论500kV一次设备数字化试点科技项目技术方案

论500kV一次设备数字化试点科技项目技术方案

肖锋申狄秋刘彬

肖锋申狄秋刘彬

(南方电网超高压输电公司柳州局545006）

摘要:变电站一次设备智能化、二次设备信息化已成为当今电力系统的技术潮流，为此需要全新设计的数字化变电站自动化系统。本项目的主要任务就是在500kV桂林变电站已经投运的基于IEC61850标准的监控系统的基础上，建立一个间隔500KV一次设备的数字化试点，通过项目的实施，研究制定500kV数字化变电站建设的工程设计、设备安装、设备调试、试验相关标准和规范，积累运行维护和检修试验工作的方法和经验，并编制桂林变电站全站实施完全数字化改造的方案和技术要求。试点所增加的设备用作今后变电站实施完全数字化改造的过度设备。

引言：

变电站一次设备智能化、二次设备信息化已成为当今电力系统的技术潮流，为此需要全新设计的数字化变电站自动化系统。本项目的主要任务就是在500kV桂林变电站已经投运的基于IEC61850标准的监控系统的基础上，建立一个间隔500KV一次设备的数字化试点，通过项目的实施，研究制定500kV数字化变电站建设的工程设计、设备安装、设备调试、试验相关标准和规范，积累运行维护和检修试验工作的方法和经验，并编制桂林变电站全站实施完全数字化改造的方案和技术要求。试点所增加的设备用作今后变电站实施完全数字化改造的过度设备。

一、基于IEC61850规约的500kV桂林变电站介绍

500kV电压等级主接线为双母一个半断路器接线方式，共6串，除第一串为完整串外，其余各串均为不完整串。220kV电压等级主接线为双母线接线方式（远期分段），目前已建设4回出线，投运2回。35KV采用单母线接线方式，现有2组电抗器，3组电容器。主变压器1组，容量750MVA。

采用基于IEC61850通信规约的自动化系统，间隔层、站控层以及部分辅助设备间按照数字化的标准进行建设，局部实现了信息数字化。但电网一次系统的采样设备仍采用传统的CT、CVT设备，变压器、断路器、隔离开关等一次设备仍未实现智能化，所有一次系统与保护、测控装置之间通过电缆连接，遥测、遥信、遥控信号传送未实现完全数字化。

二、实施方案

在桂林变500kV第二串500kV柳桂乙线间隔安装电子式的互感器及相关合并单元，在5021、5022断路器间隔配置高压智能终端，在500kV柳桂乙线、5021和5022断路器、500kVI母线配置保护及测控装置，建立完全的一次设备数字化试点。具体配置方案及实施步骤如下：

在桂林变选定的线路间隔和对应的断路器间隔的电流、电压互感器旁增加各增加一组光电式互感器（即一组电子式电压互感器，两组电子式电流互感器，共3组）用于采集间隔内的电流电压数据并进行同步处理。

在桂林变对应的断路器汇控箱旁增加各一个智能开关终端，用于采集断路器、隔离开关、接地刀闸等一次设备的信号量和进行控制信号的处理。

在桂林变保护小室内增加与之配合的间隔层二次设备并完成与系统的接入：线路保护、线路测控、断路器保护、断路器测控、线路合并器、断路器合并器、线路PT合并器及母差保护；

在柳东变保护小室内增加两套保护装置并完成其二次回路的接入，配合桂林变线路保护的工作。

以上新增的装置均要求能接入当地综合自动化系统，并能保证监视其运行情况。

三、设备配置与系统网架结构

设备配置情况：按照变电站标准设备的配置。

线路间隔相关电子式互感器的采样框架图：

图中线路合并器采集线路PT电压信号，通过FT3规约传输给断路器合并器。与此同时，边、中断路器合并器采集各自CT电流信号，同样通过FT3规约送给线路合并器。线路合并器将电流（两组断路器电流的矢量和）、电压分别通过以太网传输给线路保护、测控和电度表。断路器合并器将本断路器的电流、电压信号送给断路器保护、测控装置，其中边断路器合并单元还需要将数据送到母线保护。

间隔层设备和过程层设备的连接示意图：

保护测控装置与过程层一次设备的开关量采集和分合闸按照GOOSE报文进行传输，单独组网配置。

母差保护配置方案

母线保护需要同时接入传统互感器和电子式互感器的问题，考虑如下方案

A.传统互感器接入母线保护装置；

边开关的电子式互感器接入边开关对应的合并单元（以下简称合并单元）；

合并单元作为母线保护的从机箱，与母线保护存在下面的接口

母线保护发同步信号到合并单元的输入；

合并单元输出光纤以太网信号到母线保护；

如下图所示

间隔各层次结构框架图：

结构图中线路间隔共用一台合并单元，分别接入保护和测控装置，用于接收线路间隔的采样信息。线路保护和测控装置的开关量采集及出口跳闸设过程层交换机并采用GOOSE报文传输方式。

四、过程层设备配置及要求

根据桂林站的主接线及情况要求，过程层设备配置如下：

1、电子式互感器及合并器

线路电压采集：新增一组线路电子式电压互感器，安装于原线路PT旁，通过线路PT合并器与线路合并器相连达到线路电压量采集的要求；

线路电流采集：在各断路器的电流互感器旁新增一组电子式电流互感器，通过断路器合并器与线路合并器相连，在线路合并器中进行求和得到线路电流；

技术要求：

电子式电流互感器应能提供两组保护线圈一组测量线圈已确保采样的可靠性；

合并器按间隔原则布置，提供IEC61850-9-1和IEC60044-8（FT3）两种通信接口方式。

对应边开关、中开关分别配置一台合并单元,采集对应电流互感器信号，同时接收线路（PT）单元送来的电压信号（FT3规约）。合并单元通过9-1规约输出合并后的电流、电压信号到断路器保护、测控装置，同时，边开关合并单元还需要通过光纤以太网接口输出到母线保护装置。

针对500kv电压等级下3/2开关配置的情况，考虑在线路侧加装一个线路合并单元线路合并器，一方面采集线路PT数据，同时接入边、中合并单元的电流值，完成线路电流的软件矢量求和功能，并将合并后的电流电压值传输给保护、测控和电度表，所有的合并器均完成采样和间隔内的同步功能。

2、智能开关终端

智能开关终端给传统开关提供了数字化接口，与间隔层设备之间通过光纤以太网交换机网络交换数据，采用IEC61850的GOOSE服务功能。

遥信采集：断路器、隔离开关、接地刀闸等其他一次设备的位置信号、异常告警信号等硬接点信号通过电缆就地接入智能开关终端，智能开关终端按照间隔的原则进行配置；

遥控实现：智能开关终端与测控装置、保护装置通过过程层交换机连接，完成测控或保护装置发出的遥控指令；控制指令通过控制电缆接入各一次设备端子箱，试验时可正常对设备进行控制操作，正常运行时可通过切换把手或投退压板的方式断开与一次设备的联系。线路侧的刀闸控制和位置接点信号采集由边开关智能终端实现。

五、间隔层设备

间隔层设备包括按间隔对象配置的保护、测控装置和计量装置。

根据桂林站的主接线及情况要求，配置增加500kV线路保护及测控装置各一台，分别通过线路合并器接入过程层电流电压采样值，保护和测控控制命令通过交换机和智能终端设备实现。由于该间隔的电流电压互感器增加了光电式互感器，对应的断路器保护也有所增加，并配置断路器合并器。

同时增加可以接入光电式互感器的母差装置，该母差装置还需要能接入其他串间隔的传统电流互感器的电流量并能实现保护功能。

间隔层设备的站控/间隔层通信接口为2～3个100M以太网（可选装光纤接口或电口），满足IEC61850对通信带宽的要求。间隔层设备通过该接口与站控层设备交换运行及配置信息。

保护和测控装置开关量采集和遥控跳闸采用光纤传输模式，采样由对应间隔的开关智能终端采集传输。

六、结束语：

500kV桂林变电站是我国第一个基于IEC61850规约的变电站，根据运行特点，与常规变电站的不同，运行和维护方面还需要进一步探讨。500kV桂林变电站顺利投产和运行具有标志性的意义，为超高压变电站自动化系统全面采用和实施IEC61850标准，也为今后基于IEC61850规约的全数字化超高压变电站应用迈出了坚实的一步。

参考文献：

[1]IEC61850：Communicationnetworksandsysteminsubstations，part5[S]．1999．

[2]电力系统自动化（AutomationofElectricPowerSystems），2001，25(10)：1-5．

[3]孙莹.集中式无人值班变电站微机监控系统.电力系统自动化，1997.

[4]中南电力设计院提供的500kV桂林变电站相关设计图纸资料。

[5]相关厂家说明书。

作者简介：

肖锋，1975年1月，男，工程师，学士学位，综合部，广西柳州市海关路22号，545006

申狄秋，1979年7月，男，工程师，学士学位，生产设备部，负责柳州局监控系统和远动专业工作

刘彬，1979年2月，男，工程师，学士学位，生产设备部