110 kV变电站通信调度部分的电气设计

刘　燕，王栋梁，滕晓敏，陆晓晨，秦艺峰

（常熟理工学院 电气与自动化学院，江苏 常熟 215500）

世纪中心工程是某地区市政府重点建设的地产项目，项目建设的主体为住宅与大型商业综合体. 根据负荷统计，建成后世纪中心用电总量将达到125 MVA规模. 为了满足该区域的供电要求，该地区供电公司规划在世纪中心建设一座110 kV的无人值守变电站，由该市电力调度中心对此变电站运行状态实时监控，并通过智能控制系统的程序实现远方停送电操作等功能. 建成后的变电站与该地区供电公司按一级调度关系传输信息. 为了保证远动数据信息的快速、准确传输，变电站调度、通信部分的设计显得尤为重要. 本设计将在变电站调度、通信设计规范要求的基础上，完成该110 kV变电站综合自动化的配置，合理确定通信网络传输模式及遥信、遥测、遥控等远动信息传输内容. 按照安全防范要求将防盗报警、火灾报警、SF6泄露报警、视频监控等辅助智能部分接入系统. 变电站通信调度部分的合理设计，将使变电站具有智能化技术特征，通信网络的实时性和安全性实现数据的信息交互、变电站安全运行及远程监控，提高变电站的电力传输效率，保障供电质量.

1　变电站监控与调度通信系统的配置

按照国网公司的建设标准，变电站调度、通信部分应按照智能变电站技术规范建设，从功能上实现远程定值修改、远方停送电操作、信息交互等多项功能. 因此配置合理的监控、通信系统是确保电力远程运行的前提[1].

1.1　变电站电气主接线及远动信息

根据世纪中心负荷容量及供电要求，该110 kV变电站电气主接线的设计为如下形式：110 kV电源进线3回（2回引自琴川变，1回引自虞东变），每路进线通过线路变压器组接线方式，由一台63 MVA三相双圈有载调压电力变压器将110 kV电压降至10 kV. 10 kV侧为单母线6分段接线形式，每台变压器带两段母线，每段母线引出线6回，出线总数共36回. 10 kV侧接有4800 kVar并联电力电容器6组，950 kVA接地变压器3台，850 kVA消弧线圈3组. 其中1号主变系统及远动信息如图1所示. （2、3号主变系统与1号主变系统相同）.

图1　110 kV变电站1号主变系统及远动信息

1.2　监控与调度通信系统的配置

根据110 kV变电站主接线的设计进行变电站监控与通信系统配置，在满足各个一次设备间隔的测量、监视、保护、控制功能的基础上，还要满足远方调度通信等远动功能[2].

1.2.1　测控保护装置的配置

2） 3台主变压器每台配置一面主变保护测控柜，内含差动保护、高压侧后备保护、低压侧后备保护两套，高、低压侧操作箱，遥控、遥信、测控单元装置.

3） 10 KV侧每个回路配置一套线路保护测控装置，共36套，分散布置在开关柜上.

4） 10 KV侧每组电容器配置一套电容器保护测控装置，共6套，分散布置在开关柜上.

5） 10 KV侧每台接地变配置一套接地变保护测控装置，共3套，分散布置在开关柜上.

6） 10 KV分段保护及备自投装置，3套. 6段母线，一台变压器带两段，3处分段，每个分段处配置一套，分散布置在开关柜上.

7） 10 KV PT并列装置，3套. 根据排列组合，两段母线配置一套，分散布置在开关柜上.

1.2.2　通信服务器配置

通信服务器是一种多通信接口、多通信规约的专用系统. 本工程中配置一台16接口通信服务器，一个接口接电量采集装置，其余连接智能直流屏，图像监控系统，智能空调、风机，直流接地检测装置，消弧线圈自动调谐装置，防火防盗系统等智能辅助设备. 多余接口作为预留备用. 其中智能辅助设备由于设备厂家不同，其接口均为RS－485串口通信，此时通过通信服务器将其转换成以太网，将其他厂家的智能设备信息接入变电站自动化系统中，满足变电站无人值守要求[3].

1.2.3　全站时间同步系统配置

为了保证变电站系统时钟的统一，站内配置一套公用的时钟同步系统，主时钟双重化配置，另配置扩展装置实现站内所有设备的软、硬对时. 支持北斗系统和GPS系统单向标准授时信号，优先采用北斗系统，时钟同步精度满足站内所有设备的对时精度要求. 时间同步系统对时范围包括监控系统站控层设备、保护装置、测控装置及站内其他智能设备等.

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1.2.4　电能计量装置配置

专用计量点设置在变电站110 kV进线侧. 110 kV进线专用计量电能表安装在专用计量柜内. 计量CT、PT精度为0.2 S级，电能表选用0.2 S复合分时电能表. 主变10 kV侧电度表采用电子式三相四线多功能电能表，有功电度测量精度0.5 S级、无功电度测量精度2.0级. 10 kV出线电度表采用电子式三相三线多功能电能表，有功电度测量精度0.5 S级、无功电度测量精度2.0级.

1.3　110 kV变电站综合自动化结构

110 KV变电站综合自动化系统采用分层分布式网络结构. 以太网连接，以TCP/IP协议与站内继电保护和其他智能装置通信，通信规约统一采用DL/T 860（IEC 61850），此协议将IEC 61850标准用于TCP/IP网络[4]. 本变电站自动化系统设计中微机总控、公用测控装置、主变保护、测控及自动化装置等采用集中组柜；10 kV出线、电容器、PT并列、分段、备自投等保护测控装置采用分散式布置在10 kV高压开关柜仪表箱上. 110 kV变电站综合自动化系统结构见图2.

变电站监控与调度通信系统的配置将变电站的相关设备信息进行联网，实现变电系统通信网络化，使变电站运行具有可靠、开放、实时、安全的巨大优势.

图2　110 kV变电站综合自动化结构图

2　110 kV变电站远动信息的传输方案

根据变电站、电厂自动化信息传输规范及本站调度关系，110 kV变电站应该向该地区市调传送远动信息，该地区市调采用设定通信规约方式接收变电站上传的远动信息[5]. 采集上传的远动信息包括遥测、遥信、遥控、遥调等，即主变、线路、母线、电容器上电压、电流、有功功率、无功功率的测量信息；隔离开关、断路器、电容器、接地刀闸、变压器等的保护信号；各个装置的状态信号以及隔离开关、断路器、主变有载调压的控制信息等.

2.1　远动信息的传输方案

根据110 kV变电站通用设计方案及调度自动化要求，传输的远动信息通过数据网络传到地区市调.本工程远动信息传输采用两个平面调度数据网互为备用的方式向调度端传输，网络通信规约采用DL/T634.5104－2002（IEC60870－5－101）. 此传输方式需配置2套电力数据网接入设备，每套电力数据网接入设备包含1台路由器和2台交换机，同时包含完整的二次系统安全防护设备. 各电压等级二次安全防护设备冗余配置，每套含Ⅰ区纵向认证加密装置2台，Ⅱ区硬件防火墙2台，分别接入数据网路由器相应的实时和非实时VPN. 110 kV变电站数据网接入通道如图3所示.

2.2　通信接入方案及传输信息种类

目前该地区电力通信网已形成以该地区供电公司及部分220 kV变电站为核心节点组成的两个2.5 G SDH 主环网，同时已建设12个622 M的支环网，支环网引接在主环网上形成分层次的拓扑结构.

为满足110 kV变电站各类信息对传输通道的要求，结合该地区光缆及网络拓扑现状，110 kV变电站拟采用同步数据高速传输体系将信息接入调度中心. 按就近接入原则，该110 kV变电站将通过110 kV李桥变和220 kV琴川变以点对点方式接入该地区城区622 M支环网，以此形成110 kV变电站至该地区市调的远程数据主备通道. 光通信接入方案拓扑图如图4所示. 该变电站与该地区供电公司之间传输的信息包括调度电话、自动化通道、数据网络通道信息等. 主、备通道采用光纤通信方式形成变电站至该市调之间的光缆通信环网.

该通信网络可以在较宽的频带范围内实现大容量的通信传输，且传输损耗低、 信息不受电磁干扰、安全保密好的特点.

图3　110 kV变电站数据网接入通道示意图

图4　光通信接入方案拓扑图

3　智能辅助系统

全站配置1套智能辅助控制系统实现变电站安全警卫、火灾报警、消防、环境监测等系统的智能联动控制. 通过实时接收各终端装置上传的各种模拟量、开关量及视频图像信号，分类存储各类信息并进行分析、计算、判断、统计和其他处理实现变电站安全防范的要求.

智能辅助控制系统包括智能辅助系统综合监控平台、图像监视及防盗系统、火灾自动报警及消防子系统、环境监测子系统等. 由一体化监控系统的综合应用服务器实现智能辅助系统的数据分类存储分析、智能联动功能. 系统结构示意图见图5.

3.1　火灾报警的接入

变电站火灾报警系统是由一个火灾报警控制器和若干个火灾探测器组成. 根据所探测区域的不同，配置不同类型和原理的探测器或探测器组合. 火灾报警控制器安装在主控制室内，各个探测器通过传输线路与主控制室内的控制器相连. 当某一区域发生火灾时，探测器便将火警信号送进控制器而发出声光报警信号，显示发生火灾的地点. 火灾探测区域有GIS配电装置室、电容器室、接地变消弧线圈室、二次设备室、10 kV配电装置室、主变压器、电缆竖井等设备间.

3.2 　SF6泄漏报警的接入

安装SF6气体泄漏报警系统主要是监测变电站室内空气中SF6气体含量和氧气含量. 变电站自动化系统通过RS－485接收安装在监测点处的各种变送器采集的数据，并进行实时显示和分析处理. 当空气中SF6气体浓度超过设定值时启动报警装置，同时自动启动通风装置及时通风，保证工作人员的人身安全. SF6泄露报警系统主要由采集器、监控主机、风机控制器、报警装置等组成，SF6系统主机安装在GIS室主出入口处，距离地面1.4 m左右. 本系统可与GIS室风机实现联动，由系统主机的输出信号控制风机控制器，通过风机控制器实现对风机的控制.

图5　110 kV世茂变电站智能辅助系统

3.3　视频监控的接入

为保证变电站安全运行，便于运行维护管理，设置一套图像监视及防盗系统. 其功能按满足安全防范要求配置，不考虑对设备运行状态进行监视. 图像监视及防盗系统设备包括摄像机、录像机、灯光控制器、报警器、图像解码器、监视器等. 其中视频服务器等后台设备按全站最终规模配置，并留有远方监视的接口.

在变电站开关室内及户外不同位置装设视频监控装置用于监控变电站内部和周围的情况，视频可以通过网络传输到监控中心. 一旦发生异常的情况，调度中心可以及时采取行动解决问题.

4　结束语

变电站调度、通信部分的设计对变电站的安全、高效运行起着不可或缺的作用. 该110 kV变电站从调度自动化、系统通信和智能辅助系统设计要求出发，确定了该变电站综合自动化结构，根据地区电力通信现状，确定调度数据网接入方式，完成火灾报警、视屏监控、SF6泄露报警相关的智能辅助系统方面设计. 变电站通信调度部分设计实现该110 kV变电站远程定值修改、远方停送电操作、信息交互等多项功能，使变电站具有智能化水平高、集成化程度高、远动传输信息快速、准确的特点.

从发展趋势看，将来变电站中的测控设备还将和电力一次设备完全融合，因而变电站自动化通信系统将变得更加智能和简单.

参考文献：

[1]姜莹莹. 基于IEC61850变电站自动化通信系统的研究[J]. 中国高新技术企业，2013（8）：124－125.

[2]李孟超，王允平，李献伟. 智能变电站及技术特点分析[J]. 电力系统保护与控制，2010，38（18）：59－62.

[3]吴罡，李琳. 110 kV智能变电站设计方案初探[J]. 江苏电机工程，2011，30（2）：31－35.

[4]冯霞. 基于IEC61850标准的110 KV变电站数字化二次设计[J]. 电力信息化， 2011（7）：30－31.

[5]江苏省电力公司. 配电网技术导则实施细则（试行）[M]. 南京：江苏省电力公司，2009：49－53.