摘要：变电站是给用户提供用电服务的设施。变电站的综合自动化不仅可以使它的运行更加安全可靠，而且能够降低维护成本，显著提高经济效益。目前变电站电气设备生产厂家的技术比较成熟，但个别厂家的设备依然存在问题，需要我们通过设计去完善。通过加强对变电站设计工作的持续改进，对其中存在的问题进行认真研究分析，找出合适的解决措施，使变电站的安全高效运行成为可能。本文论述智能变电站设备设计原则，并对智能变电站组网方案技术进行分析。
关键词：电气二次设计；220kV 综合自动化变电站；应用
在我国社会经济和科学技术水平不断提升的现阶段，综合自动化技术已经在各个行业领域当中实现了较为广泛的应用，特别是对于电力事业的发展而言，自动化技术对其发展起到了积极的促进作用。变电站是电力系统中的重要部分，承担着运行监视、测量、计量和控制等功能，而电气二次设计作为整个变电站控制和监测的神经系统，其设计的合理性对于变电站的安全可靠稳定会产生直接的影响，因此，要对电气二次设计在综合自动化变电站中的应用问题予以高度的重视。
一、智能变电站设备设计原则
通过对220kV变电站的网络结构进行分析，先确定在自动化系统结构基础上二次系统的优化集成方案，因此将本工程设备的设计原则简述如下。
1、一次设备。变电站内一次设备应综合考虑测量数字化、状态可视化、功能一体化和信息互动化，一次设备采用“一次设备本体+传感器+智能终端、合并单元”形式。与一次设备本体有安装配合的传感器、互感器，与一次设备本体采用一体化设计，优化安装结构，保证一次设备运行的可靠性及安全性。变电站内互感器采用电子式互感器，取消主变压器本体套管电流互感器。互感器与一次设备一体化设计、一体化安装，以节省占地面积和工程投资。主变冷却器、有载分接开关利用合并单元智能终端一体化装置实现控制和调节功能。变电设备状态监测系统采用分层分布式结构，由传感器、状态监测IED构成，利用一体化监控系统实现一次设备状态监测数据的汇总分析。按照电压等级和设备种类进行配置。在装置硬件处理能力允许情况下，同一电压等级的同一类设备多间隔、多参量共用状态监测IED，以减少装置硬件数量。即每台主变配置一台IED、避雷器共配置一台IED。
2、二次设备。主变三侧、220kV电压等级的继电保护及与之相关的设备、网络等按照双重化原则进行配置。全站采用合并单元智能终端一体化装置。合并单元智能终端一体化装置间的相互启动、相互闭锁、位置状态等交换信息通过GOOSE网络传输，双重化配置的保护之间不直接交换信息。PT并列、双母线电压切换功能由母设合并单元智能终端一体化装置实现。1）二次系统优化集成及布置方式(1) 站控层监控主机集成操作员站、工程师站、数据服务器、保护及故障信息子站功能。(2) 整合辅助控制系统主机与状态监测系统主机功能。逐步将变电站自动化系统、一次设备状态监测系统及智能辅助系统融合，实现全景数据监测。(3) 220kV主变压器电气量保护双重化配置，非电量保护单套配置，每台主变配置一套测控装置。(4) 220kV间隔保护双重化配置。(5) 全站采用数字式电能表，实现全站电能计量功能；配置1套电能量采集终端，通过RS-485总线采集全站电能量信息。(6) 取消站域保护装置，由一体化监控系统实现变电站站域控制。(7) 故障录波和网络分析仪整合，数据采集共享。(8) 全站二次设备均采用DL/T860标准通信，不再配置规约转换器。2）变电站其他设计原则。(1)主变保护。220kV变压器电量保护按双重化配置，变压器保护220kV、110kV及10kV直接采样，直接跳各侧断路器。变压器启动失灵信号、断路器失灵联跳主变中低压侧断路器信号光纤直接传输。(2)线路保护。220kV每回线路按双重化配置完整的、独立的能反映各种类型故障、具有选相功能的全线速动保护，启动母差失灵功能采用点对点直接传输方式；110kV每回线路按单套配置保护装置。线路保护直接采样、直接跳闸。母线电压切换由合并单元智能终端一体化装置实现。(3)母线保护。220kV电压等级按远景规模双重化配置母线差动保护装置，110kV电压等级单套配置，直接采样，直接跳闸。(4)母联/分段保护。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆220kV母联断路器按双重化配置专用的、具备瞬时和延时跳闸功能的过电流保护，直接采样、直接跳闸，启动母线失灵采用点对点直接传输方式；110kV分段断路器按单套配置专用的、具备瞬时和延时跳闸功能的过电流保护，直接采样、直接跳闸。
二、智能变电站组网方案技术分析
依据二次系统组网方案，变电站网络物理结构上分为站控层和过程层网络。按照不同类型的数据流向可在现有网架结构上形成相对独立的网络，因此变电站站控层网络和过程层逻辑上分为独立的MMS网络，SV网络，GOOSE网络，IEEE-1588网络。以下按照逻辑网络对智能变电站进行网络分析。
1、MMS网络。站控层MMS网络由于都采用TCP协议传输，属于单播的范畴，就数据流向而言是逻辑上的“点对点”的传输。所以不会流动到其他的网络接口上，所以我们不需要对MMS网络进行VLAN的划分。同时由于TCP的传输为流控传输，数据量很小，对带宽影响几乎忽略不计。另外MMS网络的数据重要性最低，所以采用无优先级传输。
2、SV网络。SV网络的数据流量大，而且持续稳定，通常每一个间隔的数据流量为4~6Mbps。由于SV的数据量比较大，为了不占用其他接口的带宽，可通过VLAN技术对SV数据的路由进行划分。
3、GOOSE网络。GOOSE网络的数据流量较小，每一个端口最大峰值流量小于4Mbps；而且仅仅在发生状态变化时流量较大，没有状态变化时流量比较小。所以GOOSE报文的VLAN划分也是通过类型方式来划分。所有的GOOSE数据都必须要到达故障录波及网络记录分析一体化装置。所以所有的GOOSE的VLAN域都必须到达故障录波及网络记录分析一体化装置。GOOSE的联锁数据通过站控层MMS网络传输。
4、对时方式。SNTP是IEC61850中规定的时间同步协议是简单时间同步协议，它能用单播方式(点对点)和广播方式(点对多点)操作，也能在IP多播方式下操作。SNTP时间同步的实现过程主要分两大部分，即时间服务器端(SntpServer)的实现和客户端(SntpClient)的实现。SNTP的时间精度依赖于客户端和服务器端网络的情况，对于工作站或服务器来说一般可达到1～10 ms的精度。针对过程层网络主要有三种方式，基于硬接线的GPS秒脉冲或B码时间同步方式，以及基础网络IEEE 1588协议的网络对时方式。1) 秒脉冲对时秒脉冲对时方式需要在变电站过程层建设独立的星型采样同步网络，网络中心节点为时钟源，通过多模光纤灯物理介质发送1HZ的秒冲对时信号给各合并单元。秒脉冲对时方式需要建立独立的采用同步网，即增加投资，又将变电站的二次结构复杂化，增加大量故障节点。其次，不同厂家的合并单元对秒脉冲的处理机制未统一，将产生对时误差。最后，这种同步机制只适合某些不需要绝对对时标签的设备，如PMU装置，并不能做到绝对时间同步。因此并不适合用于智能变电站对时。2）B码对时B码对时是目前常规站及智能站广泛使用的对时方式，技术相对较成熟，依靠其可靠的精度获得了大量的应用。B码对时可以实现绝对时间同步，但是和秒脉冲对时一样，也需要建立独立的采样同步网络并增加故障节点，并不能作为智能变电站对时的最优选择。
总之，变电站是输变电系统中的关键环节，对于供用电质量会起到直接的影响， 而综合自动化变电站的发展更是对其电气二次系统设计提出了较高的要求， 电气二次设计的合理性和电力系统的稳定可靠运行具有十分紧密的联系。电气二次设计在220kV 综合自动化变电站中的应用首先应明确二者之间存在的联系和区别，在此基础之上对继电保护、跳合闸操作、防误闭锁以及电压无功补偿等功能加以注意；需要注意的是，在设计过程中还需要参考以往二次事故措施，对潜在的问题予以透彻分析，并提出针对性的解决对策，切实提高电气二次设计的质量和水平， 从而保证220kV 综合自动化变电站的高效安全运行。
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论文作者:申海燕
论文发表刊物:《电力设备》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/17
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