【摘要】 智能變電站作為建設智能電網(wǎng)的重要基礎節(jié)點,是建設堅強智能電網(wǎng)的重要內(nèi)容。智能變電站作為智能電網(wǎng)的重要組成部分,是智能電網(wǎng)的物理基礎,是高級調(diào)度中心信息采集和命令執(zhí)行的主要單元。智能變電站技術的推進將為構架智能電網(wǎng)提供堅實的基礎,同時構成了調(diào)度自動化技術發(fā)展的內(nèi)在推動力,隨著各種相關應用技術的成熟與發(fā)展,智能變電站將成為未來變電站技術發(fā)展的主流。本文以智能變電站為背景,介紹了智能變電站的基本結(jié)構、技術標準、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,闡述了智能變電站的主要特點及關鍵技術,并針對山東某110kV智能變電站的二次設備調(diào)試及運行情況,分析了信息一體化平臺、主變保護、線路保護等主要二次設備的功能、調(diào)試內(nèi)容和調(diào)試方法,并針對該站實際調(diào)試過程中出現(xiàn)的保護誤動事件作為一個案例進行了深入分析,并提出了實際解決方案,對當前智能變電站二次設備的調(diào)試和檢修有一定的參考價值。 

第1章緒論

 

1.1智能變電站產(chǎn)生背景及發(fā)展狀況

1.1.1課題研究背景

進入到二十世紀九十年代，隨著電子信息技術、網(wǎng)絡通信技術的飛躍發(fā)展，以微機保護、安全自動裝置及SCADA系統(tǒng)為代表的無人值守變電站迅速普及，成為當今現(xiàn)代化電力系統(tǒng)中變電站的標準配置。雖然無人值守變電站與過去的傳統(tǒng)變電站相比，在信息傳輸、設備操作、準確快速切除故障等方面有了長足的進步，但仍存在電磁式互感器抗飽和性能差、二次電纜敷設量大、通信協(xié)議標準繁雜等諸多問題，這些因素對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行來說無疑不是一種隱患。

近幾年來，隨著光電式互感器、智能設備、光纖通信技術、計算機信息處理技術的飛速發(fā)展，為變電站全數(shù)字化的信息采集處理、設備狀態(tài)在線監(jiān)測提供了堅實的理論基礎和技術支持。更為重要的是IEC61850的提出大大提高了變電站的自動化水平，實現(xiàn)了完全的互操作性，同時為智能變電站的發(fā)展指明了方向。

近年來，在歐美等許多發(fā)達國家，智能電網(wǎng)的發(fā)展建設已經(jīng)逐步上升到國家戰(zhàn)略層面，成為支撐國家經(jīng)濟發(fā)展和能源政策的重要組成部分。尤其是在應對當前全球金融危機的大環(huán)境下，建設智能電網(wǎng)己成為歐美國家新的經(jīng)濟增長點和推動經(jīng)濟發(fā)展防止經(jīng)濟衰退的重要手段之一。進入世紀以來，在國家產(chǎn)業(yè)政策的支持推動與電力企業(yè)的共同努力下，我國電網(wǎng)建設的發(fā)展速度十分迅猛。以風電、光伏等為代表的新能源發(fā)電裝機容量逐年擴大，隨著自動化、計算機信息技術不斷更新?lián)Q代，電網(wǎng)設備的技術水平不斷提高，使電網(wǎng)的運行管理水平大幅提升。但隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，能源短缺問題日益嚴峻，結(jié)構性供需矛盾日益突出，各行業(yè)對供電可靠性的要求不斷提高，使電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行面臨巨大挑戰(zhàn)。為解決以上問題與挑戰(zhàn)，需要大力發(fā)展清潔高效的能源及多元化的能源結(jié)構，確保電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行，滿足經(jīng)濟社會發(fā)展對高標準高質(zhì)量電能的需求。為了能靈活應對大規(guī)模清潔環(huán)保能源接入電網(wǎng)，保證電網(wǎng)高效運行和可持續(xù)發(fā)展，發(fā)展具有中國特色的堅強智能電網(wǎng)，是應對未來電網(wǎng)發(fā)展所面臨的新形勢。同時也符合構建安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟、清潔的現(xiàn)代電力能源供應體系的客觀需求。大力發(fā)展智能電網(wǎng)是適應中國國情的，同時也滿足了國家在未來各方面發(fā)展戰(zhàn)略需求的選擇性，對于保障我國經(jīng)濟社會和諧穩(wěn)定發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。智能電網(wǎng)作為未來電網(wǎng)發(fā)展的風向標，已滲透到發(fā)電、輸電、變電、配電、調(diào)控、運維等電力系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，其中智能變電站的建設和發(fā)展無疑是最為核心的一環(huán)。

 

1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.2.1國外研究現(xiàn)狀

國際上幾大著名的電力設備公司，如ABB、西門子等，己開發(fā)了全套的數(shù)字化變電站一次設備及二次設備，并得到成功的應用。在IEC61850標準的制定過程中，進行了各廠家設備間的互操作試驗并在示范變電站得到應用。

1998至2000年，ABB、ALSTOM和西門子合作在德國進行了OCIS計劃，完成了間隔層設備和主控站之間的互操作試驗。試驗中由ABB完成主控站通過在以太網(wǎng)上實現(xiàn)IEC61850-8-1來連接、和ALSTOM西門子的設備。2001年和西門子在加拿大進行了間隔層設備的互操作試驗，由西門子的保護向ABB的斷路器模擬器發(fā)送跳鬧開入信號，ABB的斷路器模擬器ABB收到信號后將斷路器打開，同時將開關打開的G00SE信息發(fā)送給其他設備，配置重合鬧功能的ABB保護向斷路器發(fā)送重合命令。2002年1月，ABB和西門子在美國進行了釆樣值傳輸互操作試驗，同年9月，這兩家公司又進行了跳鬧和采樣值互操作性試驗，試驗結(jié)果都很成功。2002至2004年ABB，ALSTOM、和西門子在德國進行了間隔層設備的互操作性試驗，這次試驗的成功證明了互操作性和簡化工作難度的可行性。

1.2.國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國網(wǎng)電科院與國內(nèi)各大電力設備制造廠家自2001年就開始關注IEC61850標準體系，并且著手開始對該標準體系進行引進、翻譯工作。從2005年5月至2006年12月，由國網(wǎng)公司電力調(diào)度中心組織，國網(wǎng)電科院作為檢測機構，歷經(jīng)兩年多的時間，先后通過六次互操作性試驗的檢驗，促進了國內(nèi)相關電力設備生產(chǎn)企業(yè)在系列產(chǎn)品的幵發(fā)和兼容方面水平的提升。國內(nèi)幾家較大的電力系統(tǒng)自動化設備供應商諸如北京四方、國電南瑞、國電南自、南瑞科技、南京新寧、許繼等積極響應并參與到了此次互操作性的試驗工作，完成了IEC61850規(guī)約定義的所有功能，能達到標準規(guī)定的一致性測試和無縫互操作的要求。

國內(nèi)一些二次設備生產(chǎn)廠家也開發(fā)了用于一次設備的智能單元。在一次設備端子箱內(nèi)安裝智能終端，通過光纖與二次設備交換信息來采集設備的狀態(tài)并控制設備。像北京四方公司生產(chǎn)的JFZ—600R智能操作箱、國電南瑞生產(chǎn)的PCS9820A智能控制裝置均可對智能斷路器實現(xiàn)操作。

文獻從智能變電站的優(yōu)越性方面介紹了電子式互感器、智能設備、IEC61850標準，并對智能變電站的發(fā)展方向與有待解決的問題提出了自己的看法與建議。由于該文獻寫于智能變電站的發(fā)展起步階段，許多新技術還不夠成熟甚至還未出現(xiàn)，使得該文獻中有些內(nèi)容略顯陳舊。文獻較詳細的介紹了數(shù)字變電站的體系結(jié)構及關鍵技術，具體實施建設時面臨的主要問題及對未來的展望。由于智能變電站的絕大部分技術和運行經(jīng)驗都是從數(shù)字化變電站中得來的，因此怎樣從數(shù)字化變電站當中吸取營養(yǎng)就變得尤為重要。數(shù)字化變電站面臨需要解決的問題當中有很多也是智能變電站將要面對的問題。文獻從數(shù)字化變電站二次設備檢修的角度闡述了智能設備、電子式互感器、保護及自動化裝置的校驗項目及測試方法，對智能變電站的設備檢修具有參考價值。

 

第2章IEC61850標準體系綜述

 

2.1IEC61850標準簡介

2.1.1產(chǎn)生背景

通信系統(tǒng)作為智能變電站自動化系統(tǒng)的基礎，其運行的可靠性與傳輸信息的快速性決定了通信系統(tǒng)的適用性。為了使智能變電站自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡具備開放性和兼容性，最好的辦法和途徑就是采用標準統(tǒng)一的通信協(xié)議，以實現(xiàn)各類裝置間的無縫信息連接，并最終實現(xiàn)變電站的數(shù)字一體化。要使變電站的二次設備之間實現(xiàn)完全的數(shù)字化通信，就必須大量增加變電站內(nèi)的智能裝置數(shù)量。因此，全站的智能裝置必須采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式及通信平臺才能實現(xiàn)智能變電站的互操作性�；ゲ僮餍允菍崿F(xiàn)智能變電站無縫通信理念的重要保障機制。設備的互操作性可以最大限度地保留用戶原來的設備投資，實現(xiàn)不同廠家設備的集成。在全球經(jīng)濟一體化進程的過程中，特別是通信信息技術和計算機網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展，以ABB、ALSTOM、西門子等為代表的電氣產(chǎn)業(yè)巨頭一致認為，之前各個電氣制造企業(yè)采用各自為政的方式自己所制定的通信協(xié)議已不能滿足當前電力通信的發(fā)展要求，同時各大電氣設備生產(chǎn)廠商在連接不同廠家的設備時所花費的財力和物力也變得越來越巨大。為了規(guī)范當前雜亂無序的通信協(xié)議例如LON，CAN，PROFIBUS，IEC60870-5)，國際電工委員會（IEC)TC57工作組制定了具有里程碑意義的通信標準，這就是IEC61850。

IEC61850系列標準的全稱是變電站通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)。IEC61850規(guī)范了智能變電站內(nèi)的智能電子設備（之間的通信行為和相關的系統(tǒng)要求，筆耕文化傳播，并提供了智能變電站自動化系統(tǒng)在數(shù)據(jù)建模、功能建模、通信協(xié)議、通信系統(tǒng)的項目管理和一致性檢測等方面建立了一系列標準。IEC61850釆用面向?qū)ο蟮募夹g和抽象通信服務接口，對站內(nèi)各層級設備的數(shù)據(jù)對象進行統(tǒng)一建模。IEC61850是針對解決智能變電站自動化系統(tǒng)所面臨的互操作性問題來制定的關于變電站通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)的一系列標準，是基于網(wǎng)絡信息平臺建立的智能變電站自動化系統(tǒng)的唯一國際標準。應用此協(xié)議可以實現(xiàn)變電站內(nèi)的無縫通信，大大提高了變電站自動化水平，實現(xiàn)了設備間完全的互操作性，同時的提出為智能變電站的發(fā)展指明了方向。

IEC61850標準體系是國際電工委員會旨在解決智能變電站內(nèi)間互操作性問題而推出的最權威的國際標準。IEC61850標準體系從邏輯上將智能變電站的自動化系統(tǒng)分為三學，即站控層、間隔層和過程層。通常情況下智能變電站的過程層主要包括電子式互感器、智能斷路器和變壓器等變電站一次設備及其附屬的智能終端。該層的主要功能是實現(xiàn)數(shù)字信號的采集和對設備的操作控制。間隔層主要包括智能保護裝置、在線監(jiān)測、計量、通信等二次設備，負責間隔內(nèi)信息的傳輸處理與控制，以及與過程層、站控層設備間的通信工作。站控層則與傳統(tǒng)變電站的綜合自動化系統(tǒng)有類似之處，主要負責全站的信息管控和遠方調(diào)度等信息的通信。各個層間數(shù)據(jù)與信號的傳輸均通過光纖由以太網(wǎng)實現(xiàn)，站內(nèi)的信息描述和通信規(guī)約均按照IEC61850標準統(tǒng)一實施。智能變電站各個層次之間的通信聯(lián)系都建立在數(shù)字化的基礎之上。過程層與間隔層之間基于以太網(wǎng)的交換式數(shù)字通信方式在IEC61850標準中稱之為過程總線通信。間隔層與站控層之間釆取的串行通信方式稱為站級總線通信。

 

2.2IEC61850標準的特點

(1)實現(xiàn)設備的互操作性

不同廠家的智能設備之間能夠?qū)崿F(xiàn)信息交換并能夠利用交換的信息完成各自的功能。同時能夠滿足智能變電站對數(shù)據(jù)通信和信息交換在實時性和可靠性的要求。

(2)建立系統(tǒng)功能的自由分布

IEC61850標準允許智能變電站自動化系統(tǒng)的功能能夠針對不同的設備實現(xiàn)自由分配。IEC61850的實現(xiàn)基礎是互操作性。它面向系統(tǒng)功能，對物理上的實現(xiàn)方式提供了極大的靈活性，為提高系統(tǒng)集成度、簡化產(chǎn)品配置、節(jié)省占地提供了理論依據(jù)。

(3)保持系統(tǒng)的長期穩(wěn)定

IEC61850標準具有面向滿足未來電力技術發(fā)展的特性，能夠滿足通信技術與變電站自動化系統(tǒng)的不斷發(fā)展對技術標準的需求。其中8-1，9-2等SCSM技術，均可隨著通信技術的發(fā)展而發(fā)展。

 

第3章智能變電站的特點和關鍵技術.......13

3.1智能變電站的技術特點.....13

3.1.1智能變電站與智能電網(wǎng)的關系.....13

3.1.2智能變電站的定義......14

3.1.3常規(guī)變電站的不足......15

3.1.4智能變電站的主要技術特點......16

第4章110kV智能變電站二次設備調(diào)試........25

4.1NSS300信息一體化平臺調(diào)試......25

4.1.1功能簡述........25

4.1.2數(shù)據(jù)采集功能調(diào)試....26

4.1.3控制功能調(diào)試......27

4.1.4保護管理調(diào)試....28

第5章110kV智能變電站運行情況分析......60

5.1項目簡介..60

5.2一次設備介紹......60

5.3二次設備介紹....61

 

第5章110kV智能變電站運行情況分析

 

5.1項目簡介

本項目來源于山東某110kV智能變電站。該110kV智能變電站為全戶內(nèi)設計，遠景建設3臺50MVA有載調(diào)壓變壓器，本期2臺；110kV遠景常用擴大內(nèi)橋接線，本期內(nèi)橋接線，出線2回，GIS戶內(nèi)布置；采用單母線分段接線，遠景建設36回出線，本期24回出線；遠景建設電容器3組，每組容量(3+3)Mvar，本期2組，柜式布置；遠景建設3組接地變及消弧線圈成套裝置，本期2組，柜式布置。二次屏柜均布置于繼電器室內(nèi)。

 

5.2—次設備介紹

該站主變采用50MVA有載調(diào)壓變壓器，就地安裝變壓器本體智能組件，具備本體非電量保護功能，具備油色譜、微水監(jiān)測等狀態(tài)在線監(jiān)測功能。智能組件通信釆用光纖以太網(wǎng)接口，應用DLT/860 GOOSE服務傳輸非電量保護跳鬧信號，基于MMS的DLT/860服務實現(xiàn)在線監(jiān)測信號傳輸及設置、本體非電量信號傳輸和遠方控制。

斷路器、隔離開關110kV采用SF6氣體絕緣、全封閉組合電器(GIS)成套設備。GIS內(nèi)斷路器的操作機構采用彈簧操作機構；GIS內(nèi)隔離開關的操作機構釆用直流彈簧操作機構；儲能機構采用220V交流電機。就地安裝斷路器間隔智能組件，具備間隔內(nèi)信號數(shù)字化測量功能，具備SF6氣體壓力、SF6氣體密度、SF6氣體溫度等狀態(tài)在線監(jiān)測功能。智能組件通信采用光纖以太網(wǎng)接口，應用DLT/860 GOOSE服務接收保護和控制單元的分合間信號，傳輸斷路器、隔離開關位置等實時信號，基于MMS的DLT/860服務實現(xiàn)在線監(jiān)測信號傳輸及設置。

110kV電流互感器采用內(nèi)置式全光纖電流互感器，傳感光纖環(huán)嵌在GIS接地外殼中，將一次電流以光信號形式傳送至智能匯控柜的合并單元，不用鐵心作磁親合，消除了傳統(tǒng)互感器磁飽和現(xiàn)象。具有結(jié)構簡單、輕巧、測量精度高、動態(tài)范圍大、抗干擾能力強等優(yōu)點。

 

第6章總結(jié)與展望

本文結(jié)合現(xiàn)階段國內(nèi)外智能電網(wǎng)與智能變電站建設的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，從目前智能變電站的應用實際需求出發(fā)，以山東某110kV智能變電站為依托，研究了110kV智能變電站主要二次設備的運行原理和調(diào)試方法。論文取得的研究成果主要包括：

1、系統(tǒng)研究了智能變電站二次設備調(diào)試課題背景和意義，明確了課題研究的主要工作。詳細介紹智能變電站的主要技術特點和概況，分析了面向智能電網(wǎng)的智能變電站的建設要求與發(fā)展趨勢。

2、介紹了智能變電站的主要技術特點和關鍵技術及其設備。在標準體系的基礎上，通過智能化的一次設備和網(wǎng)絡化的二次設備，構建了一套完整的智能變電站運行體系。

3、以山東某110kV智能變電站的建設、調(diào)試為依托，詳細介紹了信息一體化平臺、主變保護、線路保護等主要二次設備的工作原理及調(diào)試方法。

由于時間和技術條件的限制，智能變電站二次設備調(diào)試還有很多方面需要研究，歸納起來主要可在以下兩個方面開展進一步的研究：

1、開發(fā)可視化調(diào)試軟件。服務于調(diào)試階段模擬故障及運行階段，對故障告警信息的分類和過濾，對變電站的運行狀態(tài)進行在線實時分析和推理，自動報告變電站異常并提出故障處理指導意見。對包括事件順序記錄信號及保護裝置、相量測量、故障錄波等數(shù)據(jù)進行綜合分析。調(diào)試及運行檢修人員應用可視化調(diào)試軟件可以一目了然地分析問題、解決問題。

2、進一步優(yōu)化智能變電站二次設備檢修流程。目前智能變電站二次設備的檢修還是借鑒了很多傳統(tǒng)變電站二次設備的檢修流程。例如針對保護裝置還是采用周期行的預防性試驗來進行檢測，還沒有針對全數(shù)字化的智能變電站的特點，尤其是結(jié)合狀態(tài)檢測系統(tǒng)能夠有針對性的對設備進行檢測，對當前的檢修試驗流程進行優(yōu)化改造。

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本文編號：11105