基于IE61850标准的数字化变电站建设实践

基于IE61850标准的数字化变电站建设实践

摘要:介绍数字化变电站建设如何解决一次设备智能化、二次设备网络化、IEC61850标准等问题,实现站内智能电气设备间信息共享和互操作,提高变电站运行智能化水平。

关键词:数字化变电站IEC61850 二次设备网络化一次设备智能化

变电站在电力系统向用户供电的过程中承担着重要的作用,为了保证供电的可靠性,目前在国内电网变电站中自动化技术已经广泛普及使用,带来了良好的社会经济效益。

但是现有的一些变电站自动化技术也存在很多需要解决的问题,其中比较突出的是:互操作问题、传统电磁式互感器带来的问题、二次回路复杂的问题、一次设备智能化等问题,不能方便地接入变电站自动化系统实现信息共享。

1 数字化变电站的概念

数字化变电站是由电子式互感器、智能化终端、数字化保护测控设备、数字化计量仪表、光纤以太网及IEC61850规约(基于通用网络通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准)组成的全智能化分层分布式变电站,能够实现站内智能电气设备间信息共享和互操作,具有“一次设备智能化、二次设备网络化、符合IEC61850标准”的三个重要特征。

数字化变电站要求电气设备之间的通信是以数字方式传递和共享,由智能化一次设备(电子式互感器、智能化开关等)和网络化二次设备分层(过程层、间隔层、站控层)构建,建立在IEC61850通信规范基础上,能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。

电子式互感器具备体积小、重量轻;具备数字接口,便于和数字设备连接;不含铁芯,消除了磁饱和、铁磁谐振等问题;暂态特性好,测量精度高,频率响应范围宽;绝缘性能好,造价低等优点。随着数字技术和光通信技术的快速发展,使电子式互感器输出信号可方便的转换为数字信号,通过光纤输出,彻底解决了高压设备的绝缘问题和电磁干扰的问题。电子式互感器的出现解决解决传统互感器的问题,具备很高的性价比,特别是在高电压条件下优势更为明显。在性能要求和通信标准上电子式互感器遵循IEC60044-7/8和IEC61850-9-1/2标准。电子式互感器按原理通常分为两类:一类是基于光效应的互感器,另一类是空心线圈电流互感器,带铁心的低功率电流互感器,电阻分压或电感、电容分压的电压互感器等,称为有源电子式互感器。目前此类技术相对成熟,在实际工程中也得到了大量应用。

网络化的二次设备

当一次设备智能化及使用电子式互感器后,可以方便实现信息共享,但与之配套,需要网络化的二次设备与之配套。针对智能化的一次设备,间隔层的继电保护、测控等二次设备就可去掉现有的开出和开入回路,一、二次设备间信息传输的方式采用光纤网络通信或串行通信,取代传统的控制电缆硬接线。这些改变使现有二次设备向更加简单、小巧、轻便的方向发展,同时简化了二次回路,提高了抗干扰能力,使二次系统的运行可靠性大幅提高。

智能电气设备间的互操作性

长期以来关于变电站自动化系统没有一个权威标准是造成信息描述混乱,使不同厂家设备缺少互操作性。要实现不同厂家设备的互操作,需要对变电站内部智能电子设备的信息描述方法、访问方法、通信网络等进行统一规范。随着IEC61850的正式发布,提供了解决互操作问题的途径。

IEC61850是关于变电站自动化系统通信网络和系统的国际标准,2004年由IEC TC57发布。制定IEC61850的主要目的是为了实现变电站内不同厂家智能电子设备之间的互操作。该标准将变电站自动化系统分为三个层次,即变电站层、间隔层、过程层,对站内智能电子设备的信息描述方法、访问方法和通信网络进行了全面定义,使得不同厂家的智能电子设备可以互操作,实现设备的“即插即用”。这为数字化变电站的实现带来了极大的便利。因此,可以认为IEC61850为实现数字化变电站提供了一套强有力的规范,该标准是实现数字化变电站的重要手段之一。

数字化变电站系统的逻辑结构包括过程层、间隔层和变电站层。

过程层是智能化的一次设备和二次设备的结合面,是智能化电气设备的智能化部分,其功能有三类:电气量参数检测、设备健康状态检测和操作控制执行与驱动。过程层的控制执行与驱动大部分是被动的,即按上层控制指令而动作,比如接到间隔层保护装置的跳闸指令、电压无功控制的投切命令、对断路器的遥控开合命令等,在执行控制命令时具有智能性,能判别命令的真伪及其合理性,还能对即将进行的动作精度进行控制,能使断路器定相合闸,选相分闸,在选定的相角下实现断路器的关合和开断,要求操作时间限制在规定的参数内。

间隔层是指变电站内的一个间隔单元中所有的二次设备,间隔层数据交换主要是指完成间隔内数据的交换和完成间隔层间隔间直接快速数据交换。

变电站层和间隔层的数据交换是通过保护数据接和控制数据接口完成。保护数据是指二次设备传统的遥信、遥测数据的远传和故障信息的上送和查询。控制数据除前面所述的上层命令的下发外,还包含了装置定值的管理等功能。

2 数字化变电站建设的模式

目前已建或在建工程的数字化变电站解决方案

二次设备厂家与一次设备厂家合作,出现了组合式智能开关,这些设备由传统开关和智能终端构成。实现方式是取消开关内部二次回路,开关提供跳合闸接口、闭锁接点、开关辅助接点及其它检测开关量或模拟量输出,由智能终端实现跳合闸闭锁、防止跳跃、强制跳闸、就地操作等功能,如果需要也可实现重合闸功能。智能终端对继电保护采用光纤通讯,对开关采用硬结线连接,从而实现了传统开关的智能化改造。

为了使保护装置与过程层设备能以数字方式传输,目前在工程上采取了设置上端智能终端的做法。上端智能终端具备开入、开出及通信功能,与置于开关内的智能终端采用光纤通信,对保护装置采用硬接线联系。

电子式互感器与间隔层设备间采用IEC 61850-9-1的点对点光纤通信。

在变电站层及间隔层设备方面,目前支持IEC61850标准的变电站监控系统和间隔层设备已经实际投入运行,并且实现了程序化的操作。

在与开关设备的结合方面,已经有设备制造厂家在组合电器汇控柜内由集成的二次设备取代了原来汇控柜内复杂的二次回路。

在间隔层与过程层的数字通信及保护、测控一体化装置方面,有关厂家正在进行相关研发工作。比如通过设置上端智能终端及下端智能终端的方式解决。上端智能终端对保护以硬接线联系,对下端智能终端以光纤通信联系,下端智能终端对一次设备以硬接线联系。

3 基于IE61850通讯系统的数字化变电站工程建设实践和建议

(1)数字化变电站工程建设实践

目前、数字化变电站工程建设在全国的电网系统已经开展并完成了很多新建和改建项目,已经有多座110kV数字化变电站投入运行,并取得了大量运行经验。促进了设备制造和通讯技术的不断提高,向智能电网建设深入迈进。

2007年9月,河北承德西地变电站完成数字化改造,首次研发1对N的集中式测控保护装置,实现了多条线路测控保护的一体化,就地智能控制箱,兼容电子式互感器与传统电磁式互感器,可在一次设备区就地工作,适合新站建设与老站改造,满足了运行管理的要求。