基于61850的数字化变电站设计方案探讨

发布时间:2021-09-24 00:53:28

《宁夏电力》 2009 年第 1 期

基于61850的数字化变电站设计方案探讨
王惠文 (宁夏石嘴山供电局, 宁夏 石嘴山市 753000 )

摘 要: 基于61850数字化变电站的特点及实际系统的需求,针对220 kV变电站提出一套包括总体设计和 各种典型间隔的详细设计方案。 关键词: 61850; 数字化变电站; 设计方案 中图分类号: TM632 文献标志码: B 文章编号: 1672-3643 (2009 01-0020-05 )

Discussion on the design schemes based on 61850 digital substation
WANG Hui-wen

(Ningxia Shizuishan Electric Power Supply Bureau, Shizuishan, Ningxia 753000, China) Abstract: According to the characteristic of 61850 digital substation and the demand of real system and aiming at the 220 kV substation, puts forward a set of design schemes including the general design and all kinds of typical insulation interval design schemes. Key words: 61850; digital substation; design schemes

1 引言
基于 61850 数字化变电站主要由网络化的二次设备、 智能化的一次设备 (智能开关、 在线监测等 、 ) 电子式互感器 无源等不同原理 构成, ) 另外还有采用 61850 系统软 (有源、 件基础之上的各种应用功能。 由于这些先进技术的应用, 基 于 61850 数字化变电站与传统的变电站相比,有着诸多优 势。 1.1 采用 61850 的优势 (1 自描述的设备应用: ) 所有设备应用标 准 、 象 、 对 模型及命名减少了手工配置和 I/O 信号到电 力 系 统 变 量的映射, 工程、 调试及维护工作量大幅度减少, 安装维 护成本低。自动化的配置过程提高了配置信息的准确性 和一致性。 (2 使用标准的设 备 配 置 工 具 , 得 配 置 工 作 标 准 ) 使 化, 便于升级设备, 大大提高了工作效率, 降低了工程费 用。

(3 过程层设备间点对点的通信直接交换过程层数据, ) 使得保护性能可以得到保证,同时网络化的通信方式降低 了布线成本。 (4 通过高速过程层总线在设备间共享互感器数据, ) 降 低了互感器及开关设备布线成本。 (5 采用通用的 TCP/IP 和 Ethernet 技术, ) 成本低, 可靠 性高, 通用性好; ) 如报告、 数据存取、 时间日 (6 提供完善的应用服务, 志、 控制等, 便于实现数字化系统应有的各种高级功能; (7 良好的通信及模型互操作性使得产品的选型更加 ) 灵活, 从而便于用户选择性能价格比更高的产品。 1.2 电子式互感器的优势 (1 无油浸式电流互感器的爆炸危险; ) (2 可提供保护和测量需要的大范围量程 ) (动态范围 ) 从<10% In 到 2000% In ; (3 无 CT 饱和问题; ) (4 无电容式电压互感器的暂态过程; )

收稿日期: 2008-06-20 作者简介: 王惠文 (1973-) 男, , 工程师, 从事电网建设工作。

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(5 体积小, ) 重量轻。 1.3 智能化开关设备 (1 提供更完善的状态检测功能; ) (2 节省了传统方案一次设备和二次设备之间的大量 ) 电缆; ) 不一致、 压力闭锁等回 (3 原来冗余控制回路如防跳、 路得以简化和优化; (4 取消了一次和二次之间的大量的端子排连接设计, ) 简化了设计工作; (5 一、 ) 二次界面清晰, 联调与现场安装方便快捷, 调试 工作量减少, 人为出错率降低, 投运时间缩短。 总之,基于 61850 数字化变电站代表了未来技术的 发展趋势, 通过电力用户、 制造企业和科研机构的通力 合作, 终将在电力系统得到快速应用和推广。但其具体 的技术设计方案还有待于进一步讨论, 不同的系统情况 也会有不同的实现方案。本文结合基于 61850 数字化变 电站的特点及实际系统的需求,针对 220 kV 变电站提 出了一套设计方案。

基于 61850 的数字化变电站设计方案探讨

3 220 kV 进出线间隔设计方案
当线路电压互感器按单相配置时,每条出现所配备的 电压二次回路复杂, 给运行管理带来不便, 且由于电子式电 压互感器成本更低, 因此推荐采用 220 kV 线路装设专用三 相电压互感器方案[1]。 考虑到 220 kV 进出线的重要程度, 仍按双主双后备的 原则配置线路保护, 且每套保护的电压回路、 电流回路相互 独立, 且过程层总线按间隔分段, 实现本间隔设备故障不影 响其他间隔, 本套保护回路故障不影响另一套保护; 操作回 路则完全冗余, 从而保证系统的可靠性。 电能计费系统配置独立的电流电压回路,保证其独立 性, 亦可从任一冗余的的控制保护 MU 的独立端口接入, 以 降低成本及回路的复杂程度, 如图 2 所示。

4 主变间隔设计方案
主变间隔的配置方案与 220 kV 进出线间隔的差异在 于主变间隔有高、 低三侧, 中、 因此, 三侧的电流、 电压及操 作回路要通过公共的过程层总线接到主变保护及间隔控制 单元。

2 总体设计
数字化变电站系统结构如图 1 所示,系统由变电站 层、 间隔层、 过程层组成, 站层设备与间隔层设备间采用 100 Mbps 光纤自愈环网以太网通信,协议采用 IEC618508 -1; 同 时 间 隔 层 设 备 间 点 对 点 的 通 信 , 可 以 采 用 IEC61850 的 GOOSE 通信协议; 间隔层与过程层间通信采 用网络 100 Mbps 以太网, 协议采用 IEC61850-9-2, 按间隔 和功能单元形式组网。
控制中心

5 110 kV 出线间隔设计方案
110 kV 出线间隔设计原则与 220 kV 出线间隔类似, 只不过保护按单套配置,相对应的电流电压回路及操作回 路亦只配置 1 套, 如图 3 所示。

过程总线

过程总线

开关设备 图 1 数字化变电站系统

开关设备

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图 2 220 kV 进出线间隔设计方案 CU PU Meter 电能质量

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10 kV 间隔设计方案
10 kV 间隔包括 10 kV 进出线间隔、电容

厂变等间隔。数字化变电站应用时应 器间隔、 不推荐保护控制单元安装在开关柜上, 在开关 *沧暗挠χ皇强毓竦闹悄芙涌诘ピ 这种 安装方式能更好地解决保护控制单元安装于 开关柜要解决的问题,大大减少二次电缆, 同 时还减少了包括 VT 回路及主变、备用电源自 投回路相关的二次电缆, 且避免了保护控制单 元安装于开关柜所带来的调试维护困难 (恶劣 的环境, 安装位置及接线方式等 的问题。 ) 按 这 种 思 路 配 置 每 个 间 隔 将 包 含 PCU (Protection Control Unit 1 台、 ) 表计 1 只、 交换 机 1 台及开关柜智能接口 1 台,如图 4 所示, 图中, PISA 为 Process Interface Sensors & Actu- ators 即开关柜智能接口, 更进一步方案是 PCU 与 Meter 合二为一, 此时, 配置成本将有较大的 降低, 并且从技术上应是完全可行的, 同时, 符 合未来的发展方向。
PISA PISA PISA PISA PCUn METERn PCUn PCU1 METER1 图 3 110 kV 进出线间隔设计方案 PI PI MU1 MU3 PI 来自母线 PT 交换机

馈线智能终端 PISA

馈线智能终端

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母线保护设计方案
依据 IEC 61850-9-2 合并单元输出的采样值的典型采
[2]

图 4 10 kV 进出线间隔设计方案

率的数据直接接入母线保护,过程总线需要很高的带宽, 100 Mbps 的以太网尚不能胜任, 同时还会给母线保护更多

样速率将为 80 点/周波和 256 点/周波,如将这种高采样速

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母线保护主单元

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8 母线电压信息的共享
母线电压是系统的公共量,可能会被母线上每个间隔 的二次设备应用使用, 由于过程总线按间隔分段, 如何对母

母线保护 间隔单元

母线保护 间隔单元

母线保护 间隔单元

线电压采集, 并由各间隔单元共享就成为必需解决的问题, (VLAN 技术[4]实现的母线电压信息 ) 图 6 是一种利用虚拟网 的共享设计方案,该方案实现了母线电压一次采集多间隔 共享, 不破坏各间隔过程总线相对独立, 避免大量的采样数 据同网传输, 是一种可行的设计方案。

TCTR

TVTR

XCBR

XSWI

图 5 分布式母线保护设计方案

9 间隔层设备的信息交互
在变电站中, 不仅过程层与间隔层设备、 间隔层设备

子网 100 PU 子网 200 BCU PU BCU

与站层设备间要交互信息,间隔层设备间也需要交互信 息, 如失灵保护、 启动重合闸、 操作闭锁等, 在传统的变电 站中这种信息交互是通过电缆实现的, 在数字化变电站中 则由网络通信的方式实现,考虑到网络配置管理等原因, 在站层网络中实现更为合理,因此,站层网络应支持

子网 300

MU

PISA

MU

PISA

VLAN 及 优 先 级 传 送 功 能 , 以 控 制 网 络 流 量 , 并 保 证 GOOSE 信息的传输的实时性。

MU 图 6 母线电压信息的共享设计方案

10 结束语
如何充分发挥基于 61850 数字化变电站的技术、经济

的数据处理压力, 而母线保护的判据又不需要这种数据 (目 前的母线保护普遍采用 24 点采样 , ) 为此, 在数字化变电站 通过母线保护间隔 中应采用分布式母线保护, 如图 5 所示, 单元从间隔保护过程层总线上获取的采样数据, 经过滤波、 抽样, 形成满足母线保护要求的低采样速率的同步数据, 然 后通过间隔单元与母线保护主单元之间的通信网络送给母 100 线保护主单元, 如采用 20 点/周波的采样速率, Mbps 的 以太网将允许接入 24 个间隔单元, 此时, 网络的数据速率 为 (20×50 ×984 Bit×24=29.5 Mbps垲100 Mbps [3], ) 满足母线 保护对规模的要求。

优势,同时提供更高的可靠性及易用性是系统设计方案要 解决的主要问题。 本文在研究 IEC61850 及系统需求的基础 上提出了一套自己的设计方案, 期望共同探讨, 逐步完善设 计, 以促进基于 61850 数字化变电站的发展。 参考文献:
[1] 国家电网公司 500(330)kV 变电站典型设计工作组.国家电网 公司 500kV 变电站典型设计.中国电力出版社.2005 年版. [2] 全国电力系统及通信标准化委员会.IEC61850 变电站通信网 络和系统系列标准译文汇编. [3] 熊桂喜.王小虎译. 计算机网络 (第三版 )清华大学出版社.

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文数据库 (简称 CJED 的收录期刊。 )



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