智能变电站网络通信结构设计与工程应用

1、智能变电站网络通信结构设计与工程应用许伟国 智能变电站回路设计 110kV大侣数字化变电站 智能变电站的技术形态智能变电站的技术形态智能变电站网络通信结构设计与工程应用 智能变电站网络设计AC采集板I/O板保护测控电源板以太网电能计量保护装置测控装置计量装置数字CTPT智能开关模拟CT模拟PT开关闸刀计量装置内部总线AC采样板I/O板主板电源板保护装置内部总线AC采样板I/O板主板电源板测控装置内部总线AC采样板主板电源板逻辑模块变电站二次常规设备到网络化演变网络通信过程取代二次回路功能GOOSE应用 断路器失灵启动传输跳闸命令联锁命令高速母联自投切换定值组甩负荷母线保护重合闸起动低周减载远方

2、起/停传统接线GOOSE复杂二次回路转为简单网络形式功能、物理节点、逻辑节点与逻辑连接关系1) 变电站计算机2) 同期装置3) 距离保护+过流保护4) 开关单元控制器5) 电流互感器6) 电压互感器7) 母线电压互感器.为了满足变电站自动化系统全部要求，尤其是功能自由分布和分配，所有功能被分解成逻辑节点，这些节点可分布在一个或多个物理装置上。二次设备逐步网络化二次装置端子 I/O端子 控制端子 A/D测量来自MU的数字输入几种过渡形态 保留A/D 保留I/O 保留TRIP二次设备网络化网络通信 60044-8 IEC61850-9-2 IEC61850-8-1-GOOSE技术保障 数字保护 同

3、步 时效系统结构 从物理上看：仍然是一次设备和二次设备(包括保护、测控、监控和通信设备)两个层面。由于一次设备被智能化，使变电站一次设备和二次设备之间的结合比现在更加紧密。从逻辑上看：可以分为三层，即过程层、间隔层和站级层。 过程层主要是指智能化电气设备的智能化部分，其功能有三类：电气量参数检测、设备健康状态检测和操作控制执行与驱动。 间隔层设备在自动化方面比现在有很大的变化，主要表现为对象的统一建模、通信信息的分层、通信接口的抽象化和自描述规范等技术的应用。 站级层除实现变电站与控制系统的无缝通信外，基于信息共享的站级运行支持功能可以与变电站运行功能协调工作。 系统结构保护、测控和计量设备运

4、行维护方式发生了改变 智能变电站回路设计 110kV大侣数字化变电站 智能变电站的技术形态智能变电站网络通信结构设计与工程应用 智能变电站网络设计智能变电站网络设计过程通信总线结构 按数据流的要求、可靠性要求或者安装时的实际情况密切相关，过程层通信总线可以按照几种方法安排。面向间隔原则.每个间隔（安装的单元）有其自己的总线段。继电保护和控制设备可从其他多个段取得数据，安装了带有路由器独立的站级通信总线，路由器和每个问隔段传输所需要的数据流。面向位置原则.类似通信总线结构，但是每个间隔段覆盖了多于一个的间隔，路由器传输多于一个段所要求的数据流，这个例子表示全部间隔的方向接地故障继电器所采用的数据

5、从母线电压互感器取得。单一总线原则.他和所有设备相连，在总线上要求非常高的数据率，但是减少了路由器的需求。面向功能原则，这种情况下的总线段是按相应继电保护区建立的，虽然需要路由器，但是段的安排能够减少段之间的传输数据。目前智能变电站网络结构不同网络结构冗余切换时间比较不同网络结构硬件成本不同网络结构优点不同网络结构缺点220kV外陈变自动化系统网络设计站控层交换机 1Ruggedcom switch 1站控层交换机 2Ruggedcom switch 2220kV小室交换机 1Ruggedcom switch 3网络分析仪IED#1主机1远动工作站工程师工作站2主机2远动工作站保护信息管理子站

6、IED220kV小室交换机 2Ruggedcom switch 4IEDIED110kV小室交换机 1Ruggedcom switch 8IEDIED110kV小室交换机 2Ruggedcom switch 7IEDIED35kV小室交换机 1Ruggedcom switch 11IEDIED220kV小室交换机 3Ruggedcom switch 5IEDIED220kV小室交换机 4Ruggedcom switch 6IEDIED110kV小室交换机 3Ruggedcom switch 10IEDIED110kV小室交换机 4Ruggedcom switch 9IEDIED15141313

7、1514112122121212121212500kV兰溪变自动化系统网络设计110kV大侣变自动化系统网络设计 智能变电站回路设计智能变电站回路设计 110kV大侣数字化变电站 智能变电站的技术形态智能变电站网络通信结构设计与工程应用 智能变电站网络设计GOOSE信号设计GOOSE信号种类 联闭锁信号 保护配合信号 跳闸信号线路 线路保护跳闸 重合闸：重合、闭锁重合、勾三跳 远跳、远传 失灵启动（2/3独立、双母带失灵）母线 跳母联、跳分段 跳间隔（跳I母、II母/跳间隔1、跳间隔2）变压器 跳高压侧、跳中压侧、跳低压侧（I时限、II时限）过负荷联切 第一轮、第二轮保护回路设计样例24GOO

8、SE回路设计保护通过定义GOOSE发送数据集(dataset)和GOOSE控制块，定义发送的数据;保护通过定义INPUTS来定义其GOOSE输入;GOOSE的应用改变了传统二次设计和实施的过程;装置模型中表示装置虚拟GOOSE输入输出虚拟端子;将GOOSE虚端子图纸化，并作为设计院设计的依据;系统集成商依据设计院图纸，采用SCD配置工具进行GOOSE连线的配置。25在将GOOSE应用到保护以后，将面临如何实现设备检修的问题。传统硬接线信号，可以通过设置硬压板来实现跳闸等信号的投入和退出，退出时有明显的断开点可以检查，投入时回路是否接通也可以通过仪表检查。GOOSE报文中带入装置检修状态位，接收

9、方接收报文中的检修位与自身的检修压板状态一致则动作，不一致则不动作。实现了运行状态的装置和检修状态的装置互不影响采用GOOSE的数字化变电站提供GOOSE软压板来解决信号选择性发送问题。可通过在检修时退出相关GOOSE的软压板来实现发送方接收方相互隔离，部分功能退出。发送、接收压板的设置点尽量保持了和传统硬压板一致，有利于运行人员保持原来的操作习惯。对于发送方，GOOSE元件会将数据值与发送压板状态相与，然后再检测数据是否发生变化，从而决定是否启动新一轮发送流程。对于接收方，GOOSE元件会首先将数据值与接收压板状态相与，然后将数据送给保护元件和跳闸元件；收到GOOSE元件传过来的数据后，保护

10、元件和跳闸元件会首先将检查GOOSE元件的送过来的链路状态信息，然后再对GOOSE数据进行相应处理，或者清零，或者置1.（例如重合闸发给线路保护的沟通三跳。）GOOSE回路调试和检修GOOSE网络通信状态设计凤仪I线保护1凤仪I线保护2凤仪I线重合闸凤仪I线操作相 A网 B网凤仪I线保护1 A网 B网凤仪I线重合闸 GOOSE正常GOOSE中断MMS通道中断 接收发送 保护GOOSE通讯状态在线监视SV二次回路设计SV数据种类 60044-8 9-1 9-2完整性 电压（线路电压、母线电压） 数据标志（同步时标、品质、测试）网络配置 VLAN:广播域的隔离、交叉、重复 GMRP:按需连接,SC

11、D配置相符其它 故障录波(一次系统) 正确在线网络状态综合分析(二次回路) SNTP/IEC61588:数字化保护通信同步问题二次回路设计设计形式 GOOSE/SAVCB、DATASET、APPID、MAC地址（相当于屏柜端子组） 信号名称（相当于装置端子）传输模式 点对多点/共享 同步传输参数 T0、T1、T2等 APDU（ASDU数量），传输频率 自保持 自复归 展宽SV二次回路联调技术形态 与传统的变电站相比，智能变电站具有的特点 采用新型互感器，通过过程总线实现测量信息的全面共享 间隔层，甚至站控层自动化功能突破智能装置的“边界”，实现自由分布和应用集成 取消传统的“硬接线”，自动化功

12、能之间的逻辑配合关系建立在信息交换的基础上 变电站作为电力自动化系统的信息源和控制终端，通过信息传输为控制中心系统提供更加完整和丰富的信息，例如程序倒闸操作、一次设备监测信息、二次设备监测信息、电网运行状态信息、电网故障信息、计量信息等 变电站自动化系统成为整体电力自动化系统的有机组成部分，通过变电站信息传输可以实现如区域无功优化策略、区域防误策略、区域备自投策略、电网故障分析系统等控制中心功能。 智能变电站回路设计 110kV110kV大侣数字化变电站大侣数字化变电站 智能变电站的技术形态智能变电站网络通信结构设计与工程应用 智能变电站网络设计110kV大侣智能化变电站工程简介工程简介 11

13、0kV大侣智能化变电站是浙江省数字化变电站试点工程，工程目的是在220kV外陈变和500kV兰溪变基于IEC61850自动化系统建设试点的基础上，扩大变电站数字化设备应用范围，重点实现电子式电流电压互感器的工程应用，增加变压器、开关、自动化系统网络通信在线故障检测和状态评估以及程序化倒闸操作，为浙江电网220kV及以上数字化变电站工程应用积累经验。工程简介工程简介工程简介工程简介网络通信IEC61850IEC61850应用范围应用范围 开关设备、变压器、CT、PT等保护、控制、测量变电站自动化系统6185061850RTU10261850101/10461334TASE260870-5-103

14、SCADA6197061968通信总线内部控制中心数据链路6197061970EMS应用DMS应用6196861968IT系统IT系统变电站现场设备1控制中心A60870-660834变电站现场设备N控制中心BTC57/WG03TC57/WG09TC57/WG07TC57/WG10TC57/WG10-12TC57/WG13TC57/WG14大侣变自动化系统大侣变自动化系统网络结构网络结构技术特点技术特点过程层与间隔层过程层与间隔层1.采用TA/TV合一有源式电子式互感器与全光纤互感器配合2.合并单元输出基于IEC61850-9-2的采样值组网3.支持IEEE1588 V2网络高精度对时4.采用

15、GMRP组播管理5.研究SMV+GOOSE+1588共网模式对保护特性影响间隔层与站控层间隔层与站控层1.MMS+GOOSE+SNTP共网模式2.10kV母差保护通过GOOSE与10kV保护测控合一通信3.10kV消弧线圈接地选线采样与10kV保护测控合一通信技术特点技术特点有源式电子式互感器与纯光学互感器应用纯光、电子式互感器实用化试点研究试验纯光、电子式、普通互感器的配合保护的影响110kV线路保护测控主变保护110kV线路保护测控110kV桥开关保护主变保护110kV母差保护110kV线路有源电子互感器主变侧全光纤电子互感器110kV线路有源电子互感器主变侧全光纤电子互感器主变低压侧互感

16、器主变低压侧互感器110kV内桥间隔有源电子互感器保护配置保护配置n进线配置有分相线路差动保护，一端为电子式互感器，另一端为常规互感器，并支持开关失灵启动功能，采用保护测控一体化内桥开关配置有断路器保护，采用保护测控一体化变压器配置双重化的主后一体的变压器保护110kV配置有双重化的单母分段兼有失灵保护的母差保护10kV配置有分散式母差保护变压器低压侧测控、合并单元、智能终端一体装置10kV保护、测控、通信、智能终端合一大侣变自动化系统大侣变自动化系统10kV10kV示意图示意图技术特点技术特点 过程层网络采用（SMV+GOOSE+1588）方式 简化网络结构 节约大量光纤 减少交换机数量 节

17、约建设成本，减轻运行维护的工作量 GMRP组播管理组播流量优化，降低网络使用带宽动态配置，减少人为配置更适应于系统的扩建与改造复杂的保护和控制二次回路复杂的保护和控制二次回路由简单的网络接线取代由简单的网络接线取代线路保护母差保护操作箱主变保护测控装置合并单元保护IED控制IED过程层总线采样值跳闸命令综合测试验收综合测试验收在线网络通信状态预警评估在线网络通信状态预警评估变电站网络通信过程的可视化变电站网络通信过程的可视化变电站网络通信过程的故障变电站网络通信过程的故障定量分析定量分析IEEE1588IEEE1588时钟同步系统时钟同步系统IEEE1588网络对时应用网络对时应用 基于IEE

18、E1588的对时结构图。GPS对时装置作为整个对时系统的主时钟（Grand Master），且冗余设置，相互备用。以太网交换机作为透明时钟（TC），其他IED设备作为从时钟（SC）。通过IEEE1588 PTP网络对时方法，IED设备与主时钟进行对时同步，从而也保证了各个IED设备之间的同步。以太网交换机作为透明时钟（TC），消除了网络报文转发交换环节对时间同步系统的影响，从而能够实现较高的同步精度。IEEE1588网络对时应用网络对时应用 大侣侧IEEE1588对时采用802.3和P2P模式，主时钟RCS-9785装置通过发送sync,followup报文来给IED设备对时，sync对时报文的发送间隔缺省为1s。IED设备和交换机端口之间通过Path_Delay_Req，Path_Delay_Resp，Path_Delay_Resp_Follow_Up报文的交互来进行路径延时的测量和修正。南瑞继保装置Path_Delay_Req报文的发送间隔缺省为2s。 时钟抖动分析效果图时钟抖动分析效果图IEEE1588IEEE1588IEEE1588系统系统同步时钟源检测同步时钟源检测变电站自动化系统的网络通变电站自动化系统的网络通信状态评估分析系统信状态评估分析系统路由器防火墙专网变