大型钢铁企业基于网络交换机的分布式110kV智能变电站的优化设计

任立新

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北唐山063200）

1 引言

随着智能电力设备的不断发展，智能变电站技术在电网建设中得到迅速应用和发展，智能变电站的新建比例不断提高，一些大型钢铁企业本着环保、低碳、先进的发展理念，考虑智能变电站的诸多优势，也开始采用可靠、集成、先进的智能设备，以信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，以IEC61850通信规范为基础，开始建设自动信息采集、测量、控制、保护、计量和监测功能于一体并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等功能的智能变电站。

2 一次设备及系统概况

本站由电子式互感器、智能化开关等智能化一次设备、网络化二次设备分层构建，建立在IEC 61850通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。设有三个电压等级：110kV、35kV、10kV。110kV系统为直接接地，10kV系统为小电阻接地，35kV系统为不接地系统。安装三台110/10.5kV双卷电力变压器，容量为3x63000kVA；三台 110/36.75kV 双卷电力变压器，容量为 2×50000＋1×63000 kVA。在110kV侧双母线双分段接线：采用SF6封闭式组合电器（GIS），在10kV侧单母线分段接线；35kV侧单母线接线。10kV和35kV设备采用铠装移开式交流金属封闭高压开关柜。

3 智能变电站的系统结构

本智能变电站监控系统采用三层两网配置。测控系统采用网采网跳方式，保护系统采用直采直跳方式。［1］

3.1 站控层、间隔层通信MMS网，双网配置；间隔层、过程层通信采用SV/GOOSE二合一网络，主变测控系统双网配置，其余线路、母联、PT等间隔测控系统单网配置；10kV/35kV系统采用保测一体装置，三网合一数据双网上传MMS网。10kV/35kV保测一体装置配置SV数字采样数据输出功能，用于故障录波系统组网采集。

3.2 变压器系统保护双套配置，110kV、35kV、10kV间隔保护单套配置，110kV配置母差保护。

3.3 110kV线路、母联、母线等间隔采用合并单元、智能终端分体装置，单套配置；110kV按母线配置电压采集合并单元，由线路间隔MU自动选线采集对应母线PT电压。变压器系统采用合并单元、智能终端分体装置双套配置。［2］3.4计算机监控系统配置

计算机监控系统采用分层、分布、开放式网络结构，由站控层、间隔层、过程层以及网络设备构成。站控层设备布置在变电站主控制楼内的计算机室及主控制室内，间隔层设备分别布置在继电保护室内。过程层设备根据需要布置在配电装置现场或者相应的继电器室内。

4 系统设备配置

4.1 站控层设备

4.1.1 用于整个计算机监控系统的维护、管理，可完成数据库的定义、修改，系统参数的定义、修改，报表的制作、修改，以及网络管理维护、系统诊断等工作；负责收集、处理、存储站控层数据；作为计算机监控系统的主要人机界面，用于图形及报表显示、事件记录及报警状态显示和查询，设备状态和参数的查询，操作指导，就地顺序控制的显示和操作，单个操作控制命令的解释和下达、闭锁逻辑功能、AVQC等。

4.1.2 站控层全景数据包括一次设备状态监测分析结果数据、二次设备可视化数据、智能辅助系统状态数据、测控及保护数据、故障录波数据等的各种数据收集、处理、存储的中心。具备智能告警及分析决策、故障信息综合分析决策、设备状态可视化等高级应用功能。通过专用通道点对点方式以及站内的数据网接入设备向远程传送状态监测、保护信息等全景数据信息。

4.1.3 远动通信设备：采用单套专用独立设备，直采直送，通过专用通道点对点方式以及站内的数据网接入设备向各级调度传送远动信息。

4.1.4 智能接口设备用于将站内其他智能设备的通信规格转换为DL/T 860标准规格的转换终端。

4.2 间隔层设备

4.2.1 I/O测控装置具有状态量采集、交流采样及测量、防误闭锁、同期检测、就地断路器紧急操作和单接线状态及数字显示等功能，对全站运行设备的信息进行采集、转换、处理和传送。I/O测控装置还应配置有“就地/远方”切换开关。

4.2.2 I/O测控装置的配置原则为开关电气设备按每个电气单元配置，母线单元按每段母线单独配置，公用单元单独配置。主变压器单元按各侧电压等级单独配置。

4.2.3 35kV及以下母线、分段按保护测控一体化装置配置，就地布置在35kV及以下开关柜上，保护测控一体化装置。

4.3 过程层设备

过程层设备包含智能终端、合并单元及智能一次设备接口等。可完成变电站断路器、隔离开关的信号采集、处理和控制，以及互感器采样值信息的采集和处理。［3］

5 网络结构

计算机监控系统采用双机双以太网。站控层网络负责实现站控层设备之间的通信；间隔层网络负责实现间隔层设备之间、相邻间隔以及间隔层与站控层之间的通信，传输MMS报文、GOOSE报文。在站控层及网络失效的情况下，间隔层应能独立完成就地数据采集和控制功能。过程层网络负责实现过程层装置与间隔层设备之间的通信、传输GOOSE报文及采样值报文。［4］

5.1 MMS 网

5.1.1 双网配置，配置专用级联核心交换机。

5.1.2 核心交换机向上连接站控层设备，向下连接间隔层网络交换机。

5.1.3 接收 10kV/35kV 测控一体装置报文信息。

5.2 SV /GOOSE 网

5.2.1 根据变压器双套保护情况，双网配置。

5.2.2 线路、母联、分段等间隔单网配置。

5.2.3 10kV/35kV 线路 SV 数据网络

5.2.4.110 kV/35kV 配置保护装置具备 SV 数字采样输出功能，单网供故障录波系统进行数据采集。

5.3 交换机配置基本原则

5.3.1 主控制室和继电器室内网络通信介质宜采用屏蔽双绞线，通向户外的通信介质及用于交换机互联的介质采用光缆。

5.3.2 采样值和保护GOOSE报文的传输介质采用光缆。［5］

6 后台监控系统软件

6.1 计算机监控系统的软件包括操作系统、数据库和应用软件等，操作系统应采用UNIX或LINUX等安全性较高的操作系统。

6.2 采用系统组态软件用于数据生成、图形与报表编辑等数据库建模与系统维护操作。满足系统各项功能的要求，为用户提供交互式的、面向对象的、方便灵活的、易于掌握的、多样化的组态工具，宜提供一些类似宏命令的编程手段和多种实用函数，以便扩展组态软件的功能。用户能很方便地对图形、曲线、报表、报文进行在线生成、修改。所有应用面均应汉化，用户可在画面上定义数据库和各种数据集的动态数据和各种动态字符、矢量汉字。

7 结束语

基于网络交换机的分布式110kV智能变电站在国有大型钢铁企业中的应用，也符合了国家智能制造“十三”规划，智能变电站提供能够共享的数据源和灵活控制的手段，通过程层网络的应用实现数据共享，实现二次设备功能优化集成，为钢铁企业的智能制造时代的到来，做好电力保障需求。