220kV智能化变电站自动控制技术的应用

段德君

摘要：现代科技水平的提升致使变电站控制技术不断走向自动化、网络化、智能化。“安全、效率、经济”成为智能变电站为企业提供生产力的具体要求，电力系统的智能化变电站成为自动控制技术的研究根本。文章主要对南方电网推广的常规模拟量采样、GOOSE网络跳合闸模式智能化变电站自动控制技术的设计原则、结构设计进行了深度分析与探究。

关键词：智能化变电站;自动控制技术;设计原则;结构设计。

0引言

现代社会科学技术水平的提升致使变电站自动控制技术不断发展，自2018年4月以来，南方电网新建变电站自动控制技术已由综合自动化过渡到智能化。与传统综合自动化变电站相比较，智能化变电站主要体现在设立独立的GOOSE网过程层，配置光口交换机、智能终端、光口通讯方式;继电保护及测控装置电缆跳合闸改为GOOSE网跳合闸、各间隔断路器及刀闸控制集中在智能终端、采用光缆敷设，减少二次电缆敷设。

1 设计原则

（1）互感器仍采用常规互感器，通过二次电缆直接接入装置实现采样，不配置合并单元。

（2）二次系统按逻辑功能划分为站控层、间隔层、过程层设备。

（3）保护、测控装置通过网络传输GOOSE报文，实现跳合闸功能和开关量信息的传输。

（4）安全自动装置通过常规电缆接线，实现跳合闸功能和开关量信息的传输。

（5）电压切换和电压并列方式、对时、计量、直流电源、二次交流电源、二次设备安全防护与常规变电站方式相同。

2 结构设计

220kV智能化变电站计算机监控系统网络结构图（双母线接线）

2.1 站控层设备

站控层网络采用双星型冗余网络结构，双以太网通讯方式。站控层设备主要功能是通过网络汇集全站的实时数据信息，不断刷新实时数据库，并定时将数据转入历史数据记录库;按需将数据信息送往调度端;接受电网调度控制调节命令并下发到间隔层、过程层执行;具有全站操作闭锁控制功能和站内当地监控、人机联系功能;具有对间隔层、过程层二次设备的在线维护、参数修改等功能。

2.1.1监控主机

双机冗余配置，具有硬件设备和软件任务模块的运行自监视功能。主机1兼操作员工作站满足运行人员直观、便捷、安全、可靠的要求，主机2兼五防工作站功能，具有操作票专家系统，实现对倒闸操作票的智能开票及管理功能。

2.1.2智能远动机

双机冗余配置，智能远动机集成变电站和调度端系统之间的通信以及变电站的监视和控制功能，实现变电站内数据的采集、处理、存储，提供数据、模型和图形的处理和传输服务，并支持智能告警、远程浏览、数据辨识、顺序控制、电压无功控制、防误闭锁、监控终端等功能。

保护故障信息子站功能集成在智能远动机，实现收集各继电保护装置及智能录波器的动作信号、运行状态信号，对事故进行分析;调度端可调取继电保护装置和故障录波装置定值、动作时间报告和故障录波报告、运行状态信号等。

2.1.3 调度发令终端

接收调度端系统下发操作命令，人工操作。

2.1.4 站控层交换机

站控层按双网配置交换机，交换机采用100Mbps电（光）接口，级联端口采用1000Mbps光接口。

2.1.5 其它设备

网络打印机，通过监控系统打印全站各装置的保护告警、事件、波形等。

音響报警设备，播报全站事故信号、开关及刀闸位置变化、监视信号变化内容，并根据事故信号发出报警声。

2.2 间隔层设备

间隔层按间隔配置，实现各个间隔过程层实时数据信息的汇总;完成各种保护、自动控制、逻辑控制功能的运算、判别、发令;完成各个间隔及全站操作联闭锁以及同期功能的判别;执行数据的承上启下通信传输功能。

2.2.1 继电保护

（1）110kV及以上电压等级继电保护

220kV线路保护、主变保护、母线保护（集成母联、分段保护功能）按双重化配置，主变非电量保护集成在第1套本体智能终端。

110kV线路、母线（集成母联、分段保护功能）保护按单套配置按单套配置。

保护与电压、电流互感器通过电缆连接，实现模拟量采集;与刀闸机构箱通过电缆连接，

实现开关量的采集（电压切换）;与智能终端通过光缆连接，实现跳合闸控制。

（2）10kV电压等级继电保护

10kV保护、测控、智能终端一体化设计。10kV线路、电容器、电抗器、站用变、接地变按单套配置;10kV分段按双重化配置。

一体化装置与电压、电流互感器、断路器操作机构通过缆线连接，实现模拟量、开关量的采集与跳合闸控制。

2.2.2 安全自动装置

稳控切负荷执行站、220kV备自投、110kV备自投、10kV备自投按单重化配置，10kV备自投，按10kV主接线规模考虑数量。

安全自动装置与电压、电流互感器、断路器操作机构通过缆线连接，实现模拟量、开关量的采集与跳合闸控制。

2.2.3 智能录波器

智能录波器具有连续报文记录、暂态记录、稳态录波、智能运维及远程交互等功能;采用网络方式采集数据。

智能录波器包括采集单元与管理单元，其中管理单元双重化配置，另配置智能录波管理工作站;220kV电压等级、110kV电压等级、主变分别配置2套智能录波采集单元，10kV电压等级不配置智能录波采集单元。主变智能录波采集单元跨各电压等级过程层交换机采集主变各侧信息。

2.2.4 测控装置

测控装置按间隔单套配置一体化测控;110kV及以上电压等级测控装置独立配置;主变各侧及本体测控装置独立配置;公用测控装置按接入需求配置测控数量。

测控装置设置同期手合/远控/强制手动切换开关、分合闸操作开关;测控装置设置检修硬压板。

2.2.5 电能计量装置

全站配置2套电能采集装置，电能量信息通过电能采集装置上传至调度端计量主站。

无特殊要求配置关口表情况下，变电站配置考核表，采用三相四线电子式多功能双向电能表，有功精度0.5S级，无功精度2级，具备双RS-485接口。

主变变高配置主、副表，变中、变低、220kV线路、110kV线路、10kV线路、10kV电容器组、10kV电抗器组、10kV站用变变低均按单表配置。

2.2.6 故障测距

220kV线路长度超过50kM、多单位维护、巡线困难的交流线路配置故障测距装置，两侧变电站测距装置根据线路长度、每基塔位置设置参数，线路区内故障跳闸时，可精准判别故障点。

2.2.7 间隔层交换机

间隔层按双网配置交换机。按公用设备、220kV电压等级、110kV电压等级、10kV电压等级分别配置交换机，保护、测控接入交换机相互独立。交换机采用100Mbps电（光）接口，级联端口采用1000Mbps光接口。

2.3 过程层设备

过程层实现设备运行状态的监测、控制命令的执行等。

2.3.1 智能终端

智能终端按间隔配置，提供開入GOOSE信号接点，根据需求完成所需信号合成。

智能终端接收保护跳合闸命令、测控的手合/手分断路器命令及隔离开关、接地开关等GOOSE命令，输入断路器位置、隔离开关及接地开关位置、断路器本体信号（含压力低闭锁重合闸等），跳合闸自保持功能，控制回路断线监视、跳合闸压力监视与闭锁功能等。

（1）220kV线路、主变变高、母联、分段双重化配置，母线PT单套配置。

（2）110kV线路、主变变中、母联、分段双重化配置，母线PT单套配置。

（3）主变本体（其中1套集成非电量保护功能）、主变变低双重化配置。

（4）10kV保护、测控、智能终端一体化配置，10kV分段双重化配置，其它单套配置。10kV母线PT智能终端单套配置。

2.3.2 过程层交换机

过程层交换机按电压等级配置，采用双重化双网配置。

（1）220kV电压等级过程层交换机

220kV GOOSE A1、A2网：采集线路、主变变高、主变本体、母联、分段、母线PT测控;采集线路、主变、母线（集成母联、分段）第1套保护;采集线路、主变变高、主变本体（集成非电量保护功能）、母联、分段第1套智能终端，采集母线PT智能终端。

220kV GOOSE B1、B2网：采集公用测控，线路、主变、母线（集成母联、分段）第2套保护;采集线路、主变变高、主变本体、母联、分段第2套智能终端。

（2）110kV电压等级过程层交换机

110kV GOOSE A1、A2网：采集线路、主变变中、母联、分段、母线PT测控;采集母线（集成母联、分段）、线路保护;采集主变变中、母联、分段第1套智能终端，采集线路、母线PT智能终端。

110kV GOOSE B1、B2网：采集公用测控，主变变中、母联、分段第2套智能终端。

（3）10kV电压等级过程层交换机

在无简易母差保护要求下，过程层可不独立组网;主变变低第1套智能终端、10kV分段第1套保测智接入110kV GOOSE A1/A2网;主变变低第2套智能终端、10kV分段第2套保测智接入110kV GOOSE B1/B2网。

2.4 其它二次设备

2.4.1 二次安全防护设备

按接入调度数据网双平面配置二次安全防护系统。每个平面配置2台纵向加密认证装置、1台横向防火墙、1台控制区交换机、1台非控制区交换机。实现变电站与调度端数据的安全隔离及加密认证。

2.4.2 综合数据数据处理单元

全站设置1套综合数据数据处理单元，用于汇集主变油色谱、主变铁芯、主变中性点隔直、GIS局放等电气一次设备相关信息，送至远方在线监测后台。

2.4.3 同步时钟对时系统

全站配置1套同步时钟对时系统设备，双重化配置主时钟（具备北斗、GPS对时功能），另配置对时扩展装置，输出B码RS485串口、光口对时接点。

2.4.4视频及环境监控系统

全站配置1套视频及环境监控系统，布置摄像监视点。监视站内主变压器、各电压等级配电装置等主要设备，以及全景监视变电站出入口、围墙四周电子围栏、各功能小室，辩识外观状态。具备风速、水浸、门禁管理等环境监控及管理功能。

2.4.5交、直流电源系统

（1）直流电源系统

全站配置1套直流系统，采用两段母线接线，两段母线之间设联络开关，每段母线各带1套充电装置和1组蓄电池。自动监测各直流馈线绝缘情况，发出接地信号。

（2）交流不间断电源系统

全站配置1套交流不间断电源系统，采用双机双母线带母联运行接线方式。具有2路交流输入、1路直流输入。

（3）二次交流电源系统

全站配置1套二次交流电源系统，两路交流电源进线，具备自动切换功能。

3结语

综上所述，南方电网区域智能化变电站自动化控制技术的发展，进一步提高了变电站自动控制技术网络化、智能化。电流互感器、电压互感器、安全自装置、计量表计仍旧采用常规设备，以兼具电网可靠性、稳定性、经济性为主。

随着南方电网智能化变电站投运数量的持续增加、运行经验的逐步增长、智能化设备的不断更新;在不远的将来将实现变电站全站二次设备、电压互感器、电流互感器智能化，进一步提高变电站自动化控制技术的自动化、网络化、智能化。

参考文献：

[1]中国南方电网有限责任公司  《中国南方电网公司标准设计和典型造价V2.1》

[2]中国南方电网有限责任公司  《智能变电站二次系统通用设计规范（2018年试行版）》