数字化变电站背景材料资料

数字化变电站设计建设研究工作素材一、数字化变电站的主要特征和特点（一）主要特征1．一次设备数字化采用数字输出的电子式互感器、智能开关（或配智能终端的传统开关）等智能一次设备。

一次设备和二次设备间用光纤传输数字编码信息的方式交换采样值、状态量、控制命令等信息。

2．二次设备网络化二次设备间用通信网络交换模拟量、开关量和控制命令等信息，取消常规自动化系统一次设备和二次设备之间的控制电缆，采用光纤网络直接通信。

3．管理系统信息化、自动化应包括自动故障分析系统、设备健康状态监测系统和程序化控制系统等自动化系统，提升自动化水平，减少运行维护的难度和工作量。

（二）近、中、远景特征近期数字化变电站的建设主要是基于IEC61850的二次设备发展。

一次智能设备明显滞后于二次智能设备的发展，一次设备的数字化仅依靠二次设备厂家的附加设备将一次设备数字化后接入数字化变电站二次采集系统，而基于IEC61850的二次设备取得全面提升。

此阶段电子式互感器的应用还处于试用和起步阶段。

而数字化变电站的建设和管理正处于积累经验的阶段，开始对基于现阶段技术水平的数字化变电站提出一些运行、管理上的规范。

中期数字化变电站的电子式互感器的发展已经较成熟，开始全面应用于数字化变电站，由此带动二次智能设备装置性能提升、功能分布更加合理。

有革命性变革的智能一次设备开始逐渐应用于变电站中，但技术和应用程度都有待进一步提高。

基于IEC61850的二次系统更加完善，互操作、网络技术等发展已经趋于成熟和稳定。

整个数字化变电站管理体系已经逐渐成熟。

远景智能一次设备已经基本发展成熟，在数字化变电站中全面应用，完全意义上的数字化变电站开始出现，基本掌握与之相适应的数字化变电站技术、管理系统。

（三）关键技术1．数字化变电站体系研究电网发展对数字化变电站的要求研究数字化变电站及其架构研究2．数字化一次设备应用研究电子式互感器在数字化变电站中的应用研究数字化高压电器在数字化变电站中的应用研究一次设备在线监测3．数字化变电站自动化系统研究基于IEC61850标准的变电站自动化系统总体方案研究数字化变电站继电保护技术研究数字化变电站测控技术研究数字化变电站故障录波技术研究4．数字化变电站电能计量技术研究5．数字化变电站安全可靠性研究数字化变电站系统安全可靠性研究数字化变电站信息安全及对策研究6．数字化变电站相关技术标准、规范研究数字化变电站相关认证、试验及验收标准研究数字化变电站设计规范研究数字化变电站运行及管理规范研究数字化变电站典型设计制订二、数字化变电站相关规程规范（一）已有国家、行业、国际标准IEC61850《变电站通信和网络系统》IEC60044-7《电子式电压互感器》IEC60044-8《电子式电流互感器》IEC62063《电子及相关技术在高压开关设备和控制设备辅助回路中的应用》IEC62271-3《基于IEC61850标准的高压断路器及其附件的数字接口》IEEE1588《网络时间同步系统》DL/T860《变电站通信和网络系统》（二）需要研究编制的技术标准三、数字化变电站关键设备(一) 交换机交换机在数字化变电站中的应用使用其重要性日益凸现，交换机的选型原则：1）符合IEC61850-3；2）支持IEEE1588（可选）；3）保证GOOSE报文传输零丢包；4）保证网络实时性，支持优先级；5）支持VLAN；6）支持RSTP网络冗余； 7）带端口镜像功能；8）支持组播管理；9）支持SNTP；10)宜通过KEMA认证。

目前通过KEMA测试的厂家有罗杰康、赫斯曼、GE，国内的东土以及MOXA。

国外交换机的价格较贵，国内的交换机价格相对便宜。

（二）智能终端产品国内主流继电保护生产厂商都有智能终端产品在变电站中的应用业绩，其价格也相对较便宜。

国外如GE公司的BRICK产品也有类似智能终端的功能，但价格相对较高。

（三）电子互感器国内外公司基于IEC 61850 标准、电子互感器应用的保护测控装置均已有产品，国内基于61850和电子式互感器的测控和保护装置与常规测控保护装置在价格上基本持平。

四、推荐工程实施方案（一）数字化变电站系统设计原则根据目前数字化变电站应用的实际情况，以及数字化技术发展的成熟程度，数字化变电站系统设计原则如下：1．监控系统采用开放式分层分布式系统，计算机监控系统体系面向对象而不是面向功能，整合二次控制、保护、测量设备。

2．全站二次系统采用IEC 61850通信标准，通信介质采用电缆或光纤。

3．为保证变电站的可靠运行，对有双重化要求的保护，其对应的CT、PT采样器、智能终端以及网络配置需按双重化配置。

4．可采用数字信号输出的电子式互感器，简化二次模拟量采集设备的结构。

5．信息共享采集的唯一性，所有保护故障信息、远动信息不重复采集。

保护信息子站支持IEC61850标准，接入监控网收集各保护装置的信息，并通过调度数据网接入调度保护信息管理系统。

6．配置支持IEC61850标准的故障录波器。

故障录波器单独组网接入保护信息子站。

（二）数字化变电站设计原则性方案1．采用智能终端、保护GOOSE跳闸，不采用电子式互感器采用常规一次设备和智能终端以及符合IEC61850标准的智能二次设备结合的模式；监控、保护跳合闸命令的输出、保护间动作信息的交互由网络完成，通过GOOSE 报文实现间隔层联闭锁和保护跳合闸功能。

联闭锁信号可MMS网中传输，也可以在GOOSE网中传输。

建议在500kV、220kV枢纽变电站中应用。

2．采用电子互感器、合并单元、智能终端、保护GOOSE跳闸采用为较为完整的数字化变电站方案，采用常规开关设备和智能终端将开关、闸刀数字化，采用电子式互感器和合并单元输出数字信号给保护测控、电度表，采用符合IEC61850标准的智能二次设备；监控、保护跳合闸命令的输出、保护间动作信息的交互由网络完成，通过GOOSE报文实现间隔层联闭锁和保护跳合闸功能。

联闭锁信号可MMS网中传输，也可以在GOOSE网中传输。

建议在终端500kV变电站、220kV非枢纽变电站和110kV 及以下变电站使用。

五、数字化变电站试点总体情况（一）浙江兰溪500千伏变电站采用常规一次设备加基于IEC 61850标准的智能二次设备模式。

一是采用基于IEC61850 标准的监控系统，保护、测控、远动等设备支持IEC61850 标准。

二是采用网络化GOOSE跳合闸机制，GOOSE网按电压等级划分，物理独立。

三是常规电气设备加智能终端，屋外就地布置方式，过程层应用IEC 61850标准。

目前，已完成该试点工程设计、设备采购、安装接线，正在进行现场调试。

1．研究形成IEC61850工程应用模型。

依托工程规范各制造商IEC 61850设备模型，研究形成“IEC 61850工程应用模型”（ Q /GDW-11-152-2009），减少不一致性，保证设备互操作性，提升通用互换性，提高可维护性。

2．研究制定数字化变电站GOOSE检修方法。

根据GOOSE基于网络传输，采用多播报文方式发送报文，不同于常规保护跳合闸、断路器位置等实时信号硬接线的特点，研究形成GOOSE检修方法。

GOOSE接收端将GOOSE报文中检修位与自身装置检修压板状态进行比较，两者一致时，报文中数据作为有效信号处理或者动作。

3．完成500kV变电站全站IEC 61850保护系统级动模试验。

依托兰溪变、海宁变工程，进行了首次500kV 变电站IEC 61850全站保护系统级整体性动模试验。

国内主流继电保护厂家的61套IEC 61850继电保护装置参与了验证试验。

试验证明各保护装置性能指标满足相关技术标准和工程应用要求，通过智能终端采用GOOSE跳合闸的机制可行。

4. 研究提出数字化变电站智能装置GOOSE虚端子配置方法。

根据GOOSE基于网络传输，通过数字信号实现各智能装置信息交互、跳合闸出口，不存在原有传统一一对应接点、端子、接线的特点，提出智能装置虚端子、虚端子逻辑连线以及GOOSE配置表等概念，形成了智能装置GOOSE配置的设计方法，提出了“虚端子”概念，将基于网络传输的GOOSE数字信号以虚端子、虚端子逻辑连线和GOOSE配置表的形式表达，直观反映智能装置开入、开出，继电保护GOOSE配合，以及出口逻辑等。

提高了安全可靠水平，提高了施工、调试的效率。

（二）四川绵阳东220千伏变电站采用电子式互感器加基于IEC61850标准的智能二次设备模式。

一是基于IEC 61850标准构建全站监控系统数字化网络。

二是间隔层和过程层设备组建GOOSE网络，采用网络化GOOSE跳合闸机制，GOOSE网按电压等级划分，物理独立。

三是采用电子式互感器，电流电压信号数字化采集。

四是常规开关加智能终端，屋外就地布置方式，过程层应用IEC61850标准。

目前，已完成该试点工程初步设计，准备开展设备采购、施工图设计。

1．研究形成电子式互感器和合并单元标准接口规范。

针对不同厂商合并单元与电子互感器接口标准不统一现状，研究提出了基于IEC61850标准的合并单元信息模型、采样值传输模型、服务映射模型，规范了合并单元对外信息交换服务的信息模型接口和过程，规范了合并单元与电子式互感器的接口方式，实现不同厂商合并单元和电子式互感器接口互联、互通及互操作。

2．完成电子式互感器选型和电气配电装置选型研究。

分析对比电磁原理和光学原理电子式互感器绝缘性能、电磁干扰、温度循环误差试验、采集与转换单元可靠性等相关指标差异，以及国内外主流产品制造和工程应用情况，提出试点工程采用光学原理电子式电流互感器，同时，为与罗氏线圈原理电子式电流互感器相比较，试点工程部分采用有源型非常规电流互感器。

提出采用与隔离开关集成的组合式电子式电流电压互感器，形成数字化变电站配电装置设计方案。

3．开展基于电子互感器和IEC 61850标准的光纤差动保护交换信息标准化研究。

针对IEC 61850标准未规范站间保护交换信息标准、光纤纵差保护要求选择同型号等制约数字化变电站建设现状，研究分析光纤差动保护交换信息内容、采样数据同步方法、光纤通道配置及线路码型和速率等，提出数字化变电站线路光纤纵差保护装置交换信息标准化模型，规范保护装置光接口编码、信息帧格式、采样数据同步方案。

4．研究形成数字化站电气二次设计完整表达方案。

结合数字化变电站各智能装置采用网络传输数字信号，实现信息交互、跳合闸等，不同于传统一一对应硬接线的特点，研究形成表达直观的全站网络、数字信息、二次回路原理和接口、二次安装图表达方式和要求，满足数字化变电站设计、施工、调试、运行各阶段要求。

5．研究制定智能单元端子箱技术要求及检验方法。

依据国内主流智能单元对温度、湿度等环境要求，研制了智能端子箱大气环境试验装置。