基于IEC61850標準的220kV數字變電站的建設研究

摘要：21世紀又被稱為信息化時代，以計算機為基礎的現代信息技術在各個領域都得到了不同程度的應用。對電力系統的影響尤為深遠。本文筆者結合工作實踐，選取了電力系統的重要組成部分---變電站作為研究對象，對基于iec61850標準的220kv數字變電站的建設進行了探討。文章首先歸納了數字化變電站的主要特征，并分析了220 kv數字變電站分層分布式的特點，分別對站控層、間隔層和過程層進行了闡述;在此基礎上，對220 kv數字化變電站建設中的主要技術問題進行了探討與研究，最后提出建設220kv數字變電站應注意的問題，這對當前變電站數字化建設有著重要的現實意義。

隨著社會的向前發展，以及以計算機為基礎的現代信息技術的進步，近年來電力技術得到了長足的發展。智能化一次設備、網絡化二次設備的出現及應用，使得變電站的建設有了很好的技術基礎。本文以基于iec61850標準的220kv數字變電站的建設為例，試圖對220kv數字化變電站的特征及體系結構進行闡述與分析，并探討220kv數字化變電站建設中的主要技術問題，以期為其他數字化變電站的建設或改造提供有益借鑒。

1、220kv數字化變電站的特征及體系結構

1.1 特征分析

數字化變電站，顧名思義是相對于傳統概念上的變電站而言的，它是由傳統意義上的變電站的數字化或改造或建設而成。其建立的基礎是現代信息技術的應用，220kv數字化變電站正是應用iec61850進行建模和通信為基礎。其技術特征概括起來，即：“一次設備智能化、二次設備網絡化、符合iec61850標準”這三個主要特征。

1.2 一般體系結構

對于常規的220kv變電站，一般存在著3個電壓等級，即220kv、110kv和10kv。因此，依據iec61850標準進行改造后，變電站的體系結構體現出分層分布式的特點。從邏輯結構而言，變電站的設備分成站控層、間隔層和過程層3個層次。全站面向通用對象的變電站事件(goose)網絡和制造報文

(1)過程層：常規的220kv變電站出線間隔采用的是電壓互感器(vt)、電流互感器(ct)，不一樣的是數字變電站采用的是電子式電壓互感器(evt)和電子式電流互感器(ect)。并接至合并單元，從而實現了對數據的合并與同步，同時給間隔層保護測控計量設備提供相應的數據信息。

(2)間隔層：它是由保護裝置、測控裝置、故障錄波裝置等智能設備所構成。基于iec61850標準的220kv數字變電站的間隔層采用goose傳遞信息。

(3)站控層：220kv數字變電站的站控層，其結構方面主要包括了：全球定位系統(gps)、后臺監控、網絡總線、保信網、防誤操作等系統構成。需要指出的是，由于在在過程層和間隔層之間組建了goose網絡，從而有效地實現了goose跳(合)閘、各間隔開關量的采集及設備之間的互鎖。

2、220kv數字化變電站建設中的主要技術問題

2.1 電流電壓回路的接入方式

常規綜自站的電流電壓回路，一般采用點對點接入的方式，用控制電纜將互感器二次側的電流電壓接入保護、測控裝置，在保護、測控裝置內實現交流采樣。220kv數字化變電站的光電互感器采用光纖輸出后，傳輸的不再是交流的電流、交流的電壓了，而是采樣后的數字編碼信息，對此而衍生的技術問題有待研究。

2.2 220kv線路兩側縱聯電流差動保護裝置的配合

220kv線路大多配置縱聯保護。其中，又以縱聯電流差動保護為主。目前，建設220kv數字化變電站時，一般只在新建220kv變電站采用數字化設備。220kv線路對端的變電站擴建變電間隔時仍采用常規一次、二次設備，不采用數字化設備。否則，擴建間隔設備將無法接入現有母線保護、故障錄波器等公共二次設備，也無法使用已有的母線電壓互感器。

2.3 保護跳閘方式

對于220kv變電站經常出現兩、三套保護裝置甚至更多套保護跳同一個斷路器的情況。常規綜自站只需將這多套保護至此斷路器的跳閘回路接到此斷路器的操作回路并聯起來，即可實現多套保護的分別跳閘，互不影響。對220kv數字化變電站來說，保護裝置均為光纖方式跳閘，無法直接并聯起來。220kv數字化變電站保護跳閘回路采用光纖傳遞數字化的跳閘命令。

2.4 一次設備運行、單套保護檢修時如何實現隔離

由于220kv線路、母線、主變壓器等設備的重要性，均配置了雙重化的保護。220kv數字化變電站的保護跳閘輸出是通過光纖實現的，無法安裝硬壓板。因此，當一套保護因故障、更改定值等原因退出運行時，不能實現退運保護與運行的保護及其回路有效的隔離，并保持明顯的斷開點。但如果不能與運行設備和回路保持有效的隔離，就會在一套保護裝置退出運行時被迫停運一次設備，220kv設備配置雙重化保護就失去了意義。

2.5 故障錄波的方式

常規綜自站故障錄波器的接入量主要是交流電流、交流電壓、斷路器位置、保護跳閘等，只需將對應的回路用控制電纜接入故障錄波器對應的位置，即可實現統一采樣、統一記錄。對220kv數字化變電站來說，需用光纜將各互感器的合并器、智能終端、保護裝置等設備發出的數字量信息進行記錄。由于采樣是由不同的設備分別完成的，如何對這些設備統一時鐘，以便于分析事故。

3、應注意的事項

從筆者搜集的工程建設和運行實踐的有關資料來看，發現220kv數字化變電站建設有以下幾個較為普遍的問題需要引起注意：

3.1 不同廠家設備數字采樣和保護配合問題

當前220kv數字化變電站所應用的設備由于國內外的不同廠家，盡管iec61850對數據的處理和傳輸作了相關規定，但是對標準的理解上各大廠家存在著差異。從筆者進行的動態模擬實驗發現：國內外的一些主流制造廠家在互感器設備結構設計、內部處理等細節方面缺乏統一標準。這無疑會數字變電站的良好穩定運行帶來不利影響，這就要求我們在數字變電站建設的實際工程中事前做到統一，避免建成的系統在運行中出現不該有的麻煩。

3.2 goose信息校驗

從實踐來看，保護、測控等二次設備通過goose形式獲取采樣數據和發送跳閘控制命令，因此，沿襲采用傳統的方法是無法進行檢測的。對于采樣數據的正確性和完整性如何進行校驗?針對離線的情況下進行裝置校驗、檢驗時內容如何規定?需要配置哪一些工具等?這些問題應當作出明確的規定。

3.3 智能終端安全

在220kv數字變電站建設中斷路器智能終端是作為保護控制等二次設備延伸到一次設備現場的一個過渡方案。因此，充分考慮到室外各種惡劣氣候條件或其他外在環境影響下不誤動，必須有相應的方案，以做到防潮、防高溫、防小動物、防電磁干擾等方面的相應策略辦法。

3.4 線纜敷設及標識

在基于iec61850標準的220kv數字變電站建設中，由于一次設備數字化的應用，導致光纖的應用增加，而各設備之間的電纜聯系大幅度地減少。因此這就意味著傳統電纜溝設計規模、敷設形式、標識規范等方面與當前數字變電站建設不相適應，如何針對數字變電站光纖的應用特點進行設計、敷設和標識，在這一問題上還有待探索與進一步完善。

4、結語

綜上所述，變電站數字化的建設是一個動態過程，這一過程將隨科學技術的進步而不斷變化。因此，必須不斷的總結經驗，發現問題，解決問題。積極、持續地推進變電站數字化、智能化建設，使電力為國家經濟建設和人們生活質量的提高提供強有力的保障。

參考文獻

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