35 kV智能变电站集成化技术及应用 - 图文

2026/4/23 13:09:20

■蟹盈函—_黪iSmartGr{d第30卷第3期电网与清洁能源V01.30No.32014年3月PowerSystemandCleanEnergyMar.2014文章编号:1674—3814(2014)03-0054—05中图分类号:TM63文献标志码:A35kV智能变电站集成化技术及应用宋祺鹏1,梁英1,王金丽?,方恒福1,寇凌峰?,乔琨2(1。中国电力科学院,北京100192;2.山西运城供电分公司,山西运城044000)IntegrationTechnologyandAppliedExamplesof35kVSmartSubstationSONGQipen91,LIANGYin91,WANGJinlil,FANGHengful,KOULingfen91,QIAOKun2(1.ChinaElectricPowerResearchInstitute,Beijing100192,China;2.ShanxiYunchengPowerSupplyBranch,Yuncheng0444000,Shanxi,China)ABSTRACT:Thepaperpresentstheoptimizedandintegrated能变电站目前并没有相关技术导则和相应的设计designtechnologyfora35kVsmartstation,Intheprocesslayer,规范【31,其建设大都采用更高电压等级智能站模式,theintegratedintelligentcomponentisdesignedtorealizethe造成了变电站自动化系统的建设投资成本过高,站functionofsmartterminalandmergingunits.Inthespacer内智能设备数量和种类较多,变电站的运维困难。layer,theintegratedsubstationareaprotectionandmonitoring设备集成和功能优化已成为35kV智能变电站其自hostisdesignedtoachievethefunctionsofprotection,monito—动化系统发展的方向和趋势㈣。本文以智能变电站ring,control,faultrecorder,powerqualitymonitoringandetc.Inthestationcontrollayer,theintegratedinformationplatform当前的发展建设现状为基础,根据其功能需求提出isestablishedtoachievetheintegrationofthevarioussystem了35kV智能变电站的优化集成设计方案,并对该functionsandsharinginteractions.方案的试点应用进行了分析。KEYWORDS:smartsubstation;integrated;substation-areaprotection;substation—areacontrol;integratedinformation135kV智能变电站系统集成化方案platform摘要:提出的35kv智能变电站优化集成设计主要包括:在过常规智能变电站系统分为3层:过程层、间隔程层设计综合智能组件实现合并单元、智能终端等功能;在层、站控层鲫,如图1所示。过程层设备包含有智能间隔层设计智能站域测控保护主机实现全站的保护、测控、站域控制、故障录波、电能质量监测等功能;在站控层建立一一次设备、合并单元和智能终端等,完成变电站电体化信息平台,整合各系统功能,实现站控层数据与辅助系能分配、变换、传输及其测量、控制、计量、状态监测统全面共享互动。等相关功能。间隔层设备主要有继电保护、测控、故关键词:智能变电站;集成化;站域保护;站域控制;一体化信障录波、备自投、低周减载等智能电子设备,实现对息平台间隔数据采集、统计运算及控制命令的优先级控制,完成过程层实时数据汇总及与站控层的网络通智能变电站是智能电网的重要组成部分和关信18-9]。站控层包括监控、五防、远动通信、对时、状态键环节,国内在研究和建设方面对其开展了大量工监测、在线决策等子系统。作。智能变电站虽然在设备研制、设计、建设等方面35kV智能变电站的集成体现在变电站内不取得了较大进展,但由于系统较多、功能分散,其整同系统及同一系统不同功能原始信息采集的集成体建设理念、技术创新、设计优化、标准制定、经济化、间隔层设备功能的集成化以及站内系统间信性等方面仍有待进一步提高11-21。对于电压等级较低息交互的集成化。图2所示为35kv智能站系统结的35kv智能站,其变电规模较小,分布更广,经济构的优化集成方案,35kV集成型智能站方案仍遵敏感性更强,技术经济性要求更高。目前,35kv智循IEC61850标准对智能变电站“三层两网”的设万方数据SmartGridUH与清洁能源汁要求1)在过程层,将常规智能站中的合并单元、智能终端功能和测控、保护等功能集成在一台物理设备(综合智能组件)中实现;该组件就地安装在一次lI测挖装苜!l●.限护犍胃设备单元间隔内,实现一次设备的就地智能化;采样SV网、GOOSE网、对时网在过程层合并组网,并通过光纤进行信息采集和控制操作传输。2)在间隔层,由集成站域保护测控装置替代常规智能站中全站各间隔的保护、测控、故障录波等分立设备;该装置是集成型变电站智能化的核心装置,通过其上的多快保护主板及通讯板可以集成实现全站保护、测控、站域控制、故障录波、电能质量在线监测等功能;为提高系统的可靠性,该装置采用双机热冗余配置。●.…●J■图2Fig.235kV智能变电站优化集成方案图35kVsmartsubstationsystemintegrationandoptimizationscheme3)在站控层,通过建立一体化信息平台[10-Ill,整合全站监控、联闭锁及操作票系统、状态检测系统【12】、视频安防等系统,实现操作员站及服务器功能集成和设备运行、管理、维护功能的融合。235开发应用。2.1集成站域保护测控装置集成站域保护测控装置功能架构图见图3。该装置采用高性能的硬件平台,硬件平台设置多个功能插件板,如保护主板、数据处理板和IO板等,可以根据功能需求灵活配置,完成变电站内按间隔划分对象的保护和测控等功能,例如馈线间隔、电容器间隔、变压器间隔、站用变间隔等分别由不同的模块配置实现,在装置内部各个间隔的保护测控软件独立运行。装置满足IEC61850的采样值协议及GOOSE收发协议,支持MMS通讯处理;能够支持多kV智能变电站集成化关键技术及应用与常规智能站相比,集成型智能站主要体现在功能和设备的优化集成上【13—161,主要包括综合智能组件、集成站域保护测控装置、一体化信息平台的万方数据■匿墨蓄■■璧jSmartGrid宋祺鹏,等:35kV智能变电站集成化技术及应用个过程层综合智能组件发送的信息,并进行各种电量计算、保护测控逻辑判断、出口配置管理及执行对综合智能组件的控制策略,发送控制命令进行相应的控制操作;同步对时系统支持IRIG—B、IEC61588、秒脉冲3种对时方式。接口主要支持采样值报文发送、GOOSE报文收发,可以灵活配置每个端口信息,装置具有IRIG—B同步信号输入和PPS秒脉冲输出功能,可接入24路外部开关量信号,驱动多路继电器输出。2.3一体化信息平台如图5所示,站控层设备包括一体化信息监控平台和远动通信、对时系统、一体化电源等;一体化信息平台集成监控、五防、状态监测、辅助决策等功能,通过网络汇集全站的实时数据信息,不断刷新实时数据库,按既定规约将有关信息送向调度、控制和在线监测中心,接受调度、控制和在线监测中心的命令并发送至间隔层和过程层执行。平台利用主流操作系统,具有在线可编程的全站操作闭锁,对间隔层和过程层设备进行在线监测、维护、修改参图3集成站域保护测控装置功能架构图Fig.3Functionalarchitecturediagramofintegrated数及变电站顺序控制、故障分析、智能告警等功能。mbstation-areaprotectionandmonitoringhost2.2综合智能组件围圈函囫圈同困圈圈圈困圈剀综合智能组件功能架构图见图4,其虽然在逻辑功能上可以按照合并单元、智能终端和测控保护功能分类,但是该装置在软硬件结构上为一体化设计,硬件采用高性能的通用平台,软件采用RTOS实时操作系统,设计采用面向对象的设计和编程,可以根据不同的间隔功能进行灵活配置,以实现相应的功能需求,如线路间隔智能组件、电容器间隔智能组件、变压器智能组件。叵巫巫三囵[至至IIEC61850;和稍mr州||f【;叭刊h;_|、“r,型¨川嘴引悼"螂…¨IIll5一体化信思监控平台功能梁构图Fig.5The&mctiomM呲h她e咖ndiagramofintegratedinformationplatform335kV集成式智能变电站建设实例分析35kV智能变电站的集成化建设模式,满足“资源节约型、环境友好型”设计要求,能够实现投资省、占地小、运维简单的目的。“{土,五tt宙.g‘}叫=古图4综合智能组件功能架构图Fig.4Functionalarchitecturediagramofintegratedintelligentcomponents图6为某35kV集成型智能变电站的系统结构图,变电站35kv进线2条,35kv单母线分段;变压器容量2x10000kV?A;10kV单母线分段,8条出线,补偿电容器2x2000kV?A。为了适应变电站智能化改造中保留常规互感器的情况,综合智能组件通过合并单元模块直接接收电子式互感器的同步Sv外,还可以通过常规模拟量采集模块将常规互感器接人过程层。装置支持4个100M以太网接口(间隔层、过程层),过程层网络1)一次设备配置。该站设备除变压器外都采用户内布置,35kV高压柜采用紧凑型充气绝缘柜,kV采用移开式开关柜,永磁操作机构;互感器都采用电子式互感器,其中10kVg感器为电压电流10组合式电子式互感器,无需独立的PT柜和相应的并万方数据SmartGrid锎—函翟一57第30卷第3期电网与清洁能源列装置。无功补偿采用sVQR调压调容型补偿器,能灵活高效补偿无功。站能等功能。3)对时系统。站的对时系统采用双时钟信号源,可同时接收GPS和北斗的时钟信号,一路故障另一路自动投入,对时方式采用全站同步的B码格式,对时信号通过光纤分发给各个综合智能组件,保证智能监控终端采样的同步陛,全站对时误差小于1斗s。4)计量系统。全站采用了数字式电度表和电量集抄装置,计量系统采用集中组屏安装方式。电度过表与装于高压柜的电子式互感器用一根光缆连接,不再需要电流电缆和电压电缆,这样既便于计量管理,还使通讯线、电源线尽量简化,施工简单。图635kV集成型智能变电站试点系统结构图5)一体化电源。为了保证站内可靠供电,采用了一体化电源系统。该电源系统具备交流监测、直流监测、均浮充管理、绝缘监测、空开状态监测和电池巡检功能;其除了能完成保护设备和开关所需要的装置电源和操作电源外,还配置了逆变电源给监控、数字式电度表和调度通讯系统提供不问断电源。6)智能辅助设施管理系统。对站内照明、视频、门禁、安防、温控、消防等附属设施及局部气候条件实现全面、可视化的监控和管理,为无人值班站的建设提供软硬件支撑。该集成型智能化站占地面积为988mz,生产区面积219m2,造价与同规模常规站比较,增加约6%,Fig.635kVintegratedsmartsubstationpilotsystemarchitecturediagram2)智能化二次设备。站内主控室设备紧凑布置,采用一体化五防,自动化系统仅包括1面信息平台监控屏和1面保护与系统屏。全站的保护与自动化功能由1台集成站域保护测控主机和相应的综合智能组件完成,主机通过光纤采用点对点方式直接与安装在各个间隔的综合智能组件相连,现场安装非常方便。站域主机和过程层网络冗余配置,主机在实现跨间隔保护的同时能够实现跨间隔优化控制,即在不增加设备的情况下实现小电流接地选线、低周低压减载、备用电源自动投切、故障录波功表1Tab.1其与同规模容量的常规站造价比较如表1所示。万元同规模35kV集成式智能站与常规站造价比较Costcomparisonbetween35kVintegratedsmartsubstationandconventionalsubstation建设模式的整体建设成本比35kv常规站仅高约4结论356%;较分布分散的常规智能站模式其自动化系统投资降低约50%,节省占地面积约30%。随着集成化智能站的不断发展,其安装、调试、运维成本将进一步降低,其推广能够有效推动电网改造升级的进程,对于提高电网供电能力和装备的智能化水平有积极意义。kv变电站数量众多、经济敏感性强,且其智能化建设尚无依据的标准和规范。目前,功能优化和设备集成已成为智能变电站及其自动化系统发展的方向和趋势。本文提出的具有智能化、集成型、低成本、高可靠性为特征的35kv变电站关键技术及其应用,符合新一代智能变电站的设计理念,能够减少站内智能设备种类和数量,压缩建设、运维成本。通过工程实践对比可知,35kv智能站集成化参考文献[1]宋璇坤,李敬如,肖智宏,等.新一代智能变电站整体设计方案【J].电力建设,2012,33(11):1-6.万方数据SmartGr}d58宋祺鹏,等:35kV智能变电站集成化技术及应用V01.30No.3SONGXuankun,LIJingru,XIAOZhihong,eta1.Overalldesignschemefornewgenerationintelligentsubstation[J].ElectricPowerConstruction,2012,33(11):1-6(inChinese).[2】高志远,曹阳,朱力鹏.智能变电站未来发展的分析方法研究fJ】I电网与清洁能源,2013,29(2):11-18.GAOZhiyuan,CAOYang,ZHULipeng.Researchontheanalysismethodofthefuturedevelopmentofsmartsubstation[J].PowerSystemandEnergy,2013,29(2):11—18(inChineSe).[3】国家电网公司.Q/GDW393—2009110(66)kV-220kV智能变电站设计规范【S].北京:中国电力出版杜,2009.[4]国家电网公司基建部.关于印发《国家电网公司2011年新建变电站设计补充规定》的通知fM].北京:中国电力出版社,2011.[5]国家电网公司基建部.关于印发《智能变电站优化集成设计建设指导意见》的通知fMl.北京:中国电力出版社,2011.[6]国家电网公司.Q/GDW383—2009智能变电站技术导则[s】.北京:中国电力出版杜,2009.[7]王克杰,杨恒云,宗芝荣.110kv智能变电站关键技术研究[J】.电网与清洁能源,2012,28(10):37—43.WANGKejie,YANGHengyun,ZONGZhirong.Studyonthekeytechnologyofthe110kVintelligentsubstation叨.PowerSystemandCleanEnergy,2012,28(10):37—43(inChinese).【8】刘益青,高厚磊,魏欣,等.智能变电站中过程层和间隔层功能一体化lED的设计[J].电力系统自动化,2011,35(21):58—62.LIUYiqing,GAOHoulei,WEIXin,eta1.DesignoflEDwithintegratedfunctionsofprocesslevelandbaylevelinintelligentsubstation[J].AutomationofElectricPowerSystems,2011,35(21):58—62(inChinese).[9]李宾皑,陈文升,张王俊,等.智能变电站二次设备整合及间隔层全下放方案探究明.华东电力,2012,40(5):768—771.LIBin7ai,CHENWensheng,ZHANGWangjun,eta1.Secongdaryeuipmentintergrationandbaylevelholistically—loweringforintelligentsubstation[J1.EASTChinaElectricPower,2012,40(5):768—771(inChinese).[10】束娜,刘尧,赵翠玲,等.智能变电站一体化信息平台整合方案研究[J】-水电能源科学,2012,30(9):141—144.SHUNa,LIUYao,ZHAOCuiling,eta1.Researchonintegratedinformationplatformofsmartsubstation[J].万方数据WaterResourcesandPower,2012,30(9):141—144(inChinese)。[11]薛晨,黎灿兵,黄小庆,等.智能变电站信息一体化应用【J】.电力自动化设备,2011,31(7):110一114.XUEChen,LICanbing,HUANGXiaoqing,eta1.App—licationofintelligentsubstationinformationintegration[J].ElectricPowerAutomationEquipment,2011,3l(7):110-114(inChinese).[12]张金江,郭创新,曹一家,等.变电站设备状态监测系统及其IEC模型协调【J]’电力系统自动化,2009,33(20):67-71.ZHANGJinjiang,GUOChuangxin,CAOYijia,eta1.SubstationequipmentconditionmonitoringsystemandIECmodelcoordination[J].AutomationofElectricPowerSystems,2009(20):67—72(inChinese).[13】钟建英.智能高压开关设备技术研究进展[J].高压电气,2013.49(7):110—115.ZHONGJianying.Technologydevelopmentsummaryofsmarthigh—voltageswitchgeat[J].HighVoltageApparatus,2013,49(7):110—115(inChinese).[14】张吉,宋斌,唐成虹.保护测控装置嵌入式采样新平台的研制[J].电力系统自动化,2011,35(2):89—92.ZHANGJi,SONGBin,TANGChenghong.Developmentofanewembeddedsampleplatformforprotectionandcontrolequipment[J].AutomationofElectricPowerSystems,2011,35(2):89—92(inChinese).【15]王红亮,黄新波,王宏,等.智能变电站电容型设备介质损耗在线监测IED设计[J].高压电器,2012,48(1):l一5.WANGHongliang,HUANGXinbo,WANGHong,eta1.DesignofanOil-linemonitoringIEDofdielectriclossincapacitiveequipmentinintelligentsubstation[J].HighVoltageApparatus,2012,48(1):1-5.[16]李小博,黄新波,陈绍英,等.;tA#:]=ZigBeeN-]络的智能变电站设备温度综合监测系统[J].高压电器,2011,47(8):18—21.LIXiaobo,HUANGXinbo,CHENShaoying,eta1.ZigBeenetwork-basedintelligentsubstationtemperaturemonitoringsystem[J].HighVoltageApparatus,2011,47(8):18—21.收稿日期:2014—01—20。作者简介:宋祺鹏(1980一),男,硕士,工程师,主要从事智能配电网、智能变电站、柔性供电与电能质量方面的研究。(编辑冯露)


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