35 kV數(shù)字化變電站設(shè)計方案探討
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對于10 kV饋線系統(tǒng)(含進(jìn)線、變壓器、電動機(jī)、母聯(lián)等)，有兩種配置方式，第一種是分散安裝模式，在每條10 kV饋線上配置一臺綜合饋線保護(hù)裝置，提供過流和速斷保護(hù)，其他保護(hù)功能包括電壓和頻率保護(hù)、斷路器失靈保護(hù)等。測控方面的功能包括重合閘、故障測距、斷路器操作次數(shù)及開斷電流統(tǒng)計、同期檢測、事件及故障錄波、各種電量及需量的測量功能，10 kV饋線保護(hù)安裝在相應(yīng)的饋線開關(guān)柜上。第二種方式是組屏方式安裝模式，在10 kV每段母線處各配置一臺多饋線保護(hù)裝置，一臺這樣的保護(hù)可同時為5條10 kV饋線提供監(jiān)控保護(hù)功能，并為母聯(lián)提供保護(hù)，這里選用后一種安裝方式，多饋線保護(hù)通過組屏安裝在35 kV主控室或10 kV配電室，10 kV I，Ⅱ兩段母線只需兩臺多饋線保護(hù)裝置即可為各饋線，變壓器及母聯(lián)提供保護(hù)，這兩套保護(hù)各組一個屏。
變電站層配置主備兩個遠(yuǎn)動主機(jī)和主備兩個后臺監(jiān)控主機(jī)以及工程師站、人機(jī)工作站等設(shè)備，整個系統(tǒng)共組五個屏放在主控室。
為了使得變電站可以兼容部分不支持IEC61850的智能設(shè)備(如UPS、直流屏、消弧系統(tǒng)，電度表等)，所以方案中設(shè)置了單獨的IEC61850通信管理機(jī)、對時設(shè)備等輔助設(shè)備，其功能是將這些智能設(shè)備轉(zhuǎn)換成符合IEC61850規(guī)范，同時實現(xiàn)統(tǒng)一對時。
3．2 變電站網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)
3．2．1 過程層網(wǎng)絡(luò)
過程層上最大的數(shù)據(jù)流出現(xiàn)在電子式互感器和保護(hù)、測控之間的采樣值傳輸過程中，采樣值傳輸有很高的實時性要求。此外，保護(hù)、測控裝置之間的互鎖、保護(hù)和智能開關(guān)之間的跳合閘命令也有很高的實時性和可靠性要求。因此，過程層通信的實時性和可靠性是最為關(guān)鍵的問題。
過程層組網(wǎng)有四種方案，分別為面向間隔原則，面向位置原則，單一總線原則和面向功能原則。其中面向間隔組網(wǎng)方案結(jié)構(gòu)清晰，易于維護(hù)，互操作性甚至互換性既可在IED層面獲得，也可在間隔層面獲得。在IEC61850實施初期，由于缺乏足夠的互操作性實踐經(jīng)驗，該方案使間隔層的互操作性更容易得到保證，所以在本設(shè)計中采用此方案組網(wǎng)，并采用100MB光纖冗余的過程總線環(huán)網(wǎng)，保證采樣值報文和跳閘GOOSE報文傳輸?shù)膶崟r性、可靠性，具體構(gòu)建如下：
35 kV部分和10 kV部分各為一間隔進(jìn)行組網(wǎng)，這兩部分的ECT／EVT從一次側(cè)采集到電流／電壓信號后，分別接入本間隔內(nèi)設(shè)置的合并單元中，合并單元采用IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)對采樣值進(jìn)行處理，處理后的采樣信息經(jīng)過本間隔內(nèi)的一臺工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)接入過程層環(huán)網(wǎng)中，這樣，采樣值信息就可以在過程層環(huán)網(wǎng)上被共享，傳至保護(hù)和測控設(shè)備里。智能開關(guān)設(shè)備如同合并單元一樣，經(jīng)本間隔內(nèi)的一臺工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)接入過程層環(huán)網(wǎng)中，傳至保護(hù)和測控設(shè)備中，合并單元及智能開關(guān)設(shè)備分別接入這兩臺交換機(jī)中，這樣的話，同一間隔內(nèi)的兩臺交換機(jī)可達(dá)到網(wǎng)絡(luò)冗余功能，如果有其中一臺交換機(jī)故障也不會影響過程層重要數(shù)據(jù)的傳輸安全。
3．2．2 變電站層網(wǎng)絡(luò)
變電站站級網(wǎng)絡(luò)主要處理間隔層之間IED的通信，同時要與后臺人機(jī)工作站、工程師站進(jìn)行信息交換，并通過遠(yuǎn)動裝置與各級調(diào)度進(jìn)行雙向信息交換，變電站網(wǎng)絡(luò)也可以通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備直接接入電力數(shù)據(jù)網(wǎng)。
由于間隔層設(shè)備之間以及間隔層和變電站層之間需要共享電壓、電流值及狀態(tài)信號，而且間隔層IED數(shù)量較多，數(shù)據(jù)傳輸量大，為避免出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)堵塞，保證通信可靠性，變電站層網(wǎng)絡(luò)采用1 000 MB雙光纖交換式以太環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，來保證帶寬和可靠性。間隔層為支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字式智能電子設(shè)備保護(hù)、控制、測量，集中組屏安裝。分別有#1主變屏，#2主變屏，35 kV兩條進(jìn)線、母聯(lián)屏，兩面10 kV饋線保護(hù)屏，每一單元為一獨立網(wǎng)絡(luò)單位，相互之間可以交換信息，基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范與環(huán)網(wǎng)總線相連，與其他各單元、主站和調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行交換信息。后臺控制室通過變電站網(wǎng)絡(luò)向保護(hù)和測控裝置下達(dá)控制命令，GPS裝置也通過變電站網(wǎng)絡(luò)向全站統(tǒng)一授時，另外，遠(yuǎn)動系統(tǒng)也由變電站層網(wǎng)絡(luò)經(jīng)路由器與外部電力調(diào)度網(wǎng)絡(luò)相連。根據(jù)以上對35 kV數(shù)字化變電站過程層和變電站層的組網(wǎng)分析，具體網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建如圖2所示。本文引用地址：http://2s4d.com/article/157712.htm
4 電氣設(shè)備設(shè)備配置
4．1 電流／電壓互感器及合并單元
如前文所講，電子式電流／電壓互感器分為有源和無源兩種，由于有源互感器簡單可靠，穩(wěn)定性較好，國內(nèi)外已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行的以有源互感器居多，光學(xué)互感器在超高壓系統(tǒng)中優(yōu)勢較大，但還處在不斷改進(jìn)過程中。因此在目前的技術(shù)條件下，35 kV變電站各電壓等級的互感器選用有源互感器。具體選擇配置方案如下：
在35 kV#1，#2進(jìn)線部分各選擇一對帶有一個保護(hù)級和一個測量級輸出的電子式電流互感器；在35 kVI，Ⅱ段饋線部分各選擇一對帶有一個保護(hù)級和一個測量級輸出的電子式電流互感器；在35 kV I，Ⅱ段母線處設(shè)置帶有一個保護(hù)級(測量)和一個用于零序電壓的電子式電壓互感器；35 kV母聯(lián)部分選擇一個帶有一個保護(hù)級和一個測量級輸出的電子式電流互感器。
在10 kV I，Ⅱ段母線進(jìn)線部分各選擇有一個保護(hù)級和一個測量級的電子式電流互感器；在10 kV I，Ⅱ段母線的每條饋線部分同樣選擇有一個保護(hù)級和一個測量級的電子式電流互感器；在10 kV I，Ⅱ段母線部分各選擇一個有一個保護(hù)級(測量)和一個用于零序電壓的電子式電壓互感器；10 kV母聯(lián)部分選擇一個帶有一個保護(hù)級和一個測量級輸出的電子式電流互感器。
合并單元負(fù)責(zé)將有源互感器采集的35 kV和10 kV線路上電流，電壓信號經(jīng)IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)光纖以太網(wǎng)傳輸至過程總線所需保護(hù)，具體配置方案如下：
在35 kV I，Ⅱ段母線處各設(shè)備一臺合并單元，采集35 kV#1，#2進(jìn)線和出線部分的三相線路保護(hù)和測量電流值，同時采集35 kV I，Ⅱ段母線的單相線路電壓值和零序電壓值，其中35 kVⅡ段母線處的合并單元也負(fù)責(zé)采集35 kV母聯(lián)部分電流值。
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