35 kV數字化變電站設計方案探討

目前，變電站綜合自動化技術已經在我國得到廣泛的應用，但是，目前的變電站綜合自動化技術的運用還存在一些技術上的局限性，另外，隨著電力系統的結構越來越復雜，電壓等級越來越高，對系統運行管理也提出了更高的要求。隨著數字式互感器技術和智能一次電氣設備技術的日臻成熟并開始實用化，以及計算機高速網絡在電力系統實時網絡中的開發應用，數字化變電站技術開始在我國逐步得到應用。數字化變電技術代表著變電站自動化技術的發展方向。IEC61850標準為數字化變電站技術奠定了技術標準。數字化一次設備以及數字化通信技術的發展及實用化，也使得按IEC61850建設數字化變電站成為可能。

1 數字化變電站的關鍵技術
就目前技術發展現狀而言，數字化變電站是建立于IEC61850通信規范基礎上，由電子式互感器(ECT，EVT)、智能化開關等智能化一次設備、網絡化二次設備按變電站層、間隔層、過程層分層構建而成，能夠實現變電站內智能電氣設備間信息共享和互操作的現代化變電站。它的關鍵技術主要包括以下幾個方面。
1．1 IEC61850標準
就概念而言，IEC61850標準主要圍繞以下四個方面展開：
(1)功能建模。從變電站自動化通信系統的通信性能(PICOM)要求出發，定義了變電站自動化系統的功能模型(Part5)。
(2)數據建模。采用面向對象的方法，定義了基于客戶機／服務器結構的數據模(Part7-3／4)。
(3)通信協議。定義了數據訪問機制(通信服務)和向通信協議棧的映射，如在變電站層和間隔層之間的網絡采用抽象通信服務接口映射到MMS(IEC61850-8-1)，在間隔層和過程層之間的網絡映射成串行單向多點或點對點傳輸網絡(IEC61850-9-1)或映射成基于IEEE802．3標準的過程總線(IEC61850-9-2)(Part 7-2，Part8／9)。
(4)變電站自動化系統工程和一致性測試。定義了基于XML(Extensible Make up Language)的結構化語言(Part 6)，描述變電站和自動化系統的拓撲以及IED結構化數據。為了驗證互操性，Part 10描述了IEC 61850標準一致性測試。
1．2 電子式互感器
電子式互感器分為兩大類：有源電子式互感器和無源電子式互感器。有源電子式互感器利用Rogowski空芯線圈或低功率鐵芯線圈感應被測電流，利用電容(電阻、電感)分壓器感應被測電壓。遠端模塊將模擬信號轉換為數字信號后經通信光纖傳送。無源電子式互感器利用Faraday磁光效應感應被測電流信號，利用Pockels電光效應感應被測電壓信號，通過光纖傳輸傳感信號。
1．3 智能化一次設備
根據IEC 62063：1999的定義，智能開關設備是指具有較高性能的開關設備和控制設備，配有電子設備、傳感器和執行器，不僅具有開關設備的基本功能，還具有附加功能，尤其在監測和診斷方面。
1．4 網絡化二次設備
將IEC 61850應用于變電站內的通信，以充分利用網絡通信的最新技術，實現二次設備的信息共享、互操作和功能的靈活配置。

2 系統設計原則
按照數字化變電站的要求和各層所需要達到的功能，針對一個典型接線的35 kV變電站，建立數字化變電站模型，并給出系統結構及配置方案。設計方案應具有先進性，同時作為一種實際應用，還應充分考慮目前國內外高壓電氣設備和二次設備(IED)的發展情況和運行經驗。
設計過程分以下幾個步驟實現：
(1)建立35 kV變電站模型，給出電氣主接線和IED配置。
(2)分析數字化變電站的分層網絡特點，建立全數字化變電站自動化系統網絡。
(3)針對已建立全數字化變電站自動化系統網絡，選擇數字化變電站高壓電氣設備和二次設備。

3 系統設計方案
3．1 變電站主接線及IED配置
以下設計中按照常規的35 kV變電站考慮：配備有載調壓變壓器2臺；35 kV單母線分段，兩路進線一主一備；#1進線所帶35 kV直配變一臺，作為所用備用電源；10 kV單母線分段，每段母線各六路出線；集中無功補償分兩臺，分別接于10 kV I，Ⅱ母線。電氣接線如圖1所示。

本方案中，35 kV變電站采用保護及測控一體化設計，#1，#2主變壓器各配置一臺主變差動保護測控裝置，提供雙斜率雙拐點差動制動特性的比率式電流差動保護和差流速斷保護功能。此外，這兩臺保護還可為變壓器高、低壓側提供過流后備保護功能。測控方面的功能包括差動和制動電流、二次和五次諧波、電流等測量值，以及事件及故障錄波、數據記錄等功能。35 kV#1，#2進線、母聯配置一臺線路保護裝置，主要提供完整的過流，速斷和線路差動保護。兩臺主變保護各組一個屏，兩條進線和母聯的保護組一個屏。