基于iec61850标准的数字化变电站设计

基于iec61850标准的数字化变电站设计

数字装置采用iec61850通信规范，由一个智能设备（电子执用装置、智能化开关等）和两个电子二次设备（过程层、间距层、车站控制层）组成。它可以实现现代装置之间智能设备信息的交流和互联。与传统变电站相比,数字化变电站主要需对过程层和间隔层设备进行升级,通过电子式互感器、一次设备加智能化终端、数字化接口保护装置和GOOSE网络应用,将一次系统的模拟量和开关量就地数字化,用少量光纤代替原有一次与二次设备间以及各类二次设备之间的大量电缆连接,将网络通信技术的应用由站控层与间隔层之间延伸到了间隔层与过程层之间,使通信网络在变电站中更为深入和广泛应用,基于IEC61850标准的监控系统,数字化变电站设计方案在技术上逐渐整合了一些传统意义上的专业如电气二次专业整合远动专业,防误系统纳入计算机监控系统等。然而,目前不同专业设备在计算机软件平台上的互操作差、规约不一致、I/O重复设置等问题使得各二次专业的整合仍然存在技术上的难题。随着一次设备智能化、二次设备网络化,体现互操作等;新的技术平台为二次的整合提供了支撑基础。1数字化变电站iq-监测IEC61850标准包括了变电站自动化系统功能建模、数据建模、通信协议、通信系统的项目管理和一致性检测等一系列标准,是实现数字化变电站的基础,是基于网络通信平台的变电站自动化系统的国际标准。数字化变电站的主要技术特征包括:IEC61850标准的变电站通信网络和系统;智能化的一次设备(如电子式互感器、智能开关、智能变压器等);网络化的二次设备;自动化的运行管理系统。基于IEC6850标准的数字化变电站包括以下主要特点:(1)数据采集数字化。电子式互感器和一次设备智能终端的应用,实现数据采集的数字化,实现装置冗余向信息冗余的转变;(2)系统建模标准化。采用面向对象的数据统一建模技术,变电站站内及变电站与调度中心之间实现无缝通信体系,真正实现信息共享;(3)设备互操作性。采用对象建模技术、抽象通信接口技术和设备自描述规范,智能设备之间统一了通信协议和通信接口的一致性,实现互操作;(4)信息网络化。智能设备采用了统一的通信协议和接口,彼此之间连接全部采用高速的网络通信,通过网络实现数据共享、资源共享。(5)实现了设备跳合闸命令信息的GOOSE网络传输,保证网络化保护动作的快速可靠。(6)利用GOOSE网络在过程层的信息传输,以及过程层各间隔之间的状态信息交互,实现了对变电站单间隔设备的一键式智能倒闸操作。利用GOOSE信息的三层网络传输,结合本间隔设备的逻辑闭锁功能,在间隔层通过运行实时状态分析识别及逻辑判断综合决策,实现变电站过程层、间隔层、站控层完整一体的五防操作逻辑闭锁。2第二站系统的实现2.1次设备布置方案针对无人值班站的特点,将二次设备间设置与10kV配电间构成联合建筑。优化电缆沟设置,减少电缆/光纤用量。综合考虑二次设备布置方式在电缆/光纤耗量、投资、建筑面积等指标,采用集中布置方式。对相似运行环境的二次设备功能房间进行优化整合,减少冗余房间,不设置专用通信机房,将通信设备与二次公用设备合并布置,减少变电站建筑面积,有效节约了资源。利用数字化技术优化整合,实现二次装置紧凑型设计。优化间隔内二次设备的组成结构,二次设备按间隔组屏,基于IEC61850标准采用网络通信技术取代传统的硬接线,大大简化了保护测控的二次接线,取消保护柜内打印机、操作箱、电压切换箱。提出取消常规测控屏、电度表屏,按间隔将所有相关二次设备全部布置于一面屏(综合测控保护屏)内,缩减二次盘柜数量,减少了屏间连线。针对数字化变电站中过程层网络的应用使得二次屏柜电缆接线可以大幅减少的特点,提出了二次盘柜采用摇架柜(即前开门旋转式结构,屏后不开门的设计方案,)柜体尺寸统一,取消屏后维护通道,减少二次设备间面积。2.2控制电路信息交互数字变电站备自投功能直接利用过程层网络集中采集的各级母线电压、进线电流、相关开关刀闸位置等信息交互,结合当前运行方式,根据运行策略和当前的状态以及功能逻辑判别,使测控装置通过计算分析向过程层设备发送控制命令。与常规备自投装置相比,取消了专用的备自投装置及各保护之间的连接线,避免了各间隔信息的重复采集,网络化采集和传输减少了信息传输环节,提高了备自投动作的可靠性。2.3保护测控一体化装置小电流接地选线用监控系统软件功能实现。小电流接地选线功能用监控系统配套的保护测控一体化装置实现,不独立设置小电流选线装置,即取消消弧线圈控制屏上小电流选线装置。优化整合后,取消独立的小电流选线装置一套,不仅初期减少投资,也减少维护工作量。2.4基于东南角单元的防误锁功能通过采用变电站计算机监控系统逻辑闭锁和本间隔电气闭锁回路实现防误闭锁优化防误操作系统,进一步提高安全可靠性,取消独立微机“五防”装置,由监控系统实现面向全站的防误闭锁功能,在监控系统操作员工作站的系统软件中嵌入五防逻辑判断功能,并在操作回路中串入监控系统闭锁输出接点。应用GOOSE报文机制,强化测控装置的防误闭锁能力。每一间隔测控装置除实现本间隔内的基本防误闭锁功能外,还通过GOOSE报文获取其它间隔有关的闭锁信息,实现基于间隔层的全站五防闭锁。测控装置输出本间隔的闭锁信息,经过程层网络传输到开关场,由就地智能终端输出双位置接点串入受控设备的电气闭锁回路,完善电气闭锁功能。在数字化变电站中,采用面向对象统一建模,信息统一采集,具备完善的间隔联锁功能,联锁逻辑可以灵活方便地离线组态,为将微机防误功能完全内嵌于变电站自动化系统提供了技术应用的基础并带来运行、维护上的诸多好处。数字变电站采用将微机防误功能内嵌于变电站自动化系统的方案,不设置五防后台,仅配置就地锁具,取消单元电气硬接线,间隔联闭锁由基于GOOSE网的间隔联闭锁进行实现。优化整合后,取消独立的微机防误系统及后台一套,减少投资,也大大提高了运行效率,减少维护工作量。2.5全站采用全站所设置的根据采用基于IEC61850标准的变电站自动化系统,实现互操作的网络化的二次设备,统一、高速的信息传输网络平台,为全站原分属于不同专业、不同屏柜而设置的打印机的实现了集中配置提供了完全可行的技术支持。整合保护系统和监控系统的打印机,取消保护柜打印机,设置全站打印服务器,采用网络打印。实现网络数据共享、设备共享,节约打印设备投资。2.6蓄电池所使用放电结合数字化变电站中电缆较少,直流功耗小的特点,通过对比分析计算,直流系统采用110V电压,减少蓄电池个数,降低直流系统故障几率,减少简化安装维护工作量,节省蓄电池柜和投资。2.7dc-dc变换器将通信48V直流电源与站内110V直流电源进行优化整合,站内110V直流电源通过DC-DC变换器向通信48V直流负荷供电。系统是按一蓄一充一DC-DC变换器的原则配置,蓄电池配一套电池巡检仪。DC-DC变换器采用N+1模块配置,设备故障率低,平均维护小于20min。DC-DC变换器由两路110V直流供电,因而工作可靠性较高,可以满足48V通信直流负荷的可靠性要求。以安全可靠供电为前提,经过技术经济分析,优化整合通信直流与站用直流,取消通信专用蓄电池,通信直流采用DC/D供电模式,节约建筑面积,减少维护工作量,节省全寿命周期内整体投资。可见通信专业的48V电源完全可以与全站的110V直流系统进行优化整合,优化整合后方案的技术可靠性满足要求,将全站的直流电源系统纳入统一的方案设计、采购、维护流程中,还节省通信48V蓄电池的日常维护工作和费用。2.8单台运营电源容量UPS电源容量大小由负载大小决定,按单台容量不小于1.2倍全部负载额定功率总和计算,功率因数取0.8。变电站UPS电源系统为当地监控系统计算机、远动通信设备、火灾报警系统、安防设备、调度数据网通信及事故照明回路。提供稳定、可靠的交流电源,将上述设备额定功率总加即为负载总和,取1.2倍冗余系数,再除以功率因数就得到单台UPS电源容量。根据工程经验,110kV变电站宜配置的单台UPS电源容量不小于3kVA。UPS系统不自带蓄电池组,直流电源由站用直流系统统一提供,安装在直流系统馈电屏上,不独立组屏。提供交流不停电电源给综自后台、安防系统及事故照明回路等。即事故照明不再另设独立的逆变电源,优化整合后,取消了1套独立的UPS系统,减少了初期投资及维护工作量。2.9电能表直接利用数字式变电站对于电子式互感器及数字式电能表的应用,在IEC61850的技术平台上促进了二次系统与电量计费系统的优化整合,主要体现在:(1)数字式电能表可以直接利用监控系统所采集的电流、电压量,提升计量精度,减少设备重复设置和信息重复采集,节省设备投资;(2)测量、计量使用同一个互感器的二次绕组,使得互感器不再由各专业分别管理,避免了大量的配合工作,提高生产效率;(3)利用数字化计算机监控系统的网络资源,数字式电能表可以作为间隔层设备通过IEC61850协议接入监控系统,直接上传至上一级变电站电能计量主站,简化网络结构,不需设置电能采集终端,以节约投资和保证电能数据的一致性。2.10基于光纤重复采样的能力采用数字化变电站以后,基于IEC61850标准体系的网络结构平台,实现二次各专业间的信息共享,可以完全避免了信息重复采样的现象;大量的光纤应用使得整个系统网络的各个原分属不同专业、不同装置之间的I/O只以“信息流”为交互的手段。可见,基于IEC61850标准的数字化变电站真正需要以二次优化整合的系统理念进行网络的规划,以逻辑回路的概念进行设计,以实现整个变电站的各项功能。3数字变电站系统设计方案采用基于IEC61850标准的数字化变电站新技术后,二次系统可以实现以下整合:(1)整合二次系统,取消保护专网,直接从网络上获取保护信息;(2)整合微机五防系统,取消独立的微机五防系统和就地单元电气硬接线,将五防功能内嵌于自动化系统,间隔联闭锁由基于GOOSE网的间隔联闭锁进行实现;(3)整合保护装置和测控装置,减少屏柜数量;(4)整合全站打印机资源,取消各装置独立配置的打印机,全站统一配置一台打印机;(6)整合通信48V直流电源,取消通信蓄电池两组,利用110V直流电源经DC-DC变换装置,为通信设备供电;(7)整合通信监