35 kV數(shù)字化變電站設(shè)計方案探討

目前，變電站綜合自動化技術(shù)已經(jīng)在我國得到廣泛的應(yīng)用，但是，目前的變電站綜合自動化技術(shù)的運用還存在一些技術(shù)上的局限性，另外，隨著電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，電壓等級越來越高，對系統(tǒng)運行管理也提出了更高的要求。隨著數(shù)字式互感器技術(shù)和智能一次電氣設(shè)備技術(shù)的日臻成熟并開始實用化，以及計算機高速網(wǎng)絡(luò)在電力系統(tǒng)實時網(wǎng)絡(luò)中的開發(fā)應(yīng)用，數(shù)字化變電站技術(shù)開始在我國逐步得到應(yīng)用。數(shù)字化變電技術(shù)代表著變電站自動化技術(shù)的發(fā)展方向。IEC61850標準為數(shù)字化變電站技術(shù)奠定了技術(shù)標準。數(shù)字化一次設(shè)備以及數(shù)字化通信技術(shù)的發(fā)展及實用化，也使得按IEC61850建設(shè)數(shù)字化變電站成為可能。

1 數(shù)字化變電站的關(guān)鍵技術(shù)
就目前技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀而言，數(shù)字化變電站是建立于IEC61850通信規(guī)范基礎(chǔ)上，由電子式互感器(ECT，EVT)、智能化開關(guān)等智能化一次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備按變電站層、間隔層、過程層分層構(gòu)建而成，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。它的關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下幾個方面。
1．1 IEC61850標準
就概念而言，IEC61850標準主要圍繞以下四個方面展開：
(1)功能建模。從變電站自動化通信系統(tǒng)的通信性能(PICOM)要求出發(fā)，定義了變電站自動化系統(tǒng)的功能模型(Part5)。
(2)數(shù)據(jù)建模。采用面向?qū)ο蟮姆椒ǎx了基于客戶機／服務(wù)器結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)模(Part7-3／4)。
(3)通信協(xié)議。定義了數(shù)據(jù)訪問機制(通信服務(wù))和向通信協(xié)議棧的映射，如在變電站層和間隔層之間的網(wǎng)絡(luò)采用抽象通信服務(wù)接口映射到MMS(IEC61850-8-1)，在間隔層和過程層之間的網(wǎng)絡(luò)映射成串行單向多點或點對點傳輸網(wǎng)絡(luò)(IEC61850-9-1)或映射成基于IEEE802．3標準的過程總線(IEC61850-9-2)(Part 7-2，Part8／9)。
(4)變電站自動化系統(tǒng)工程和一致性測試。定義了基于XML(Extensible Make up Language)的結(jié)構(gòu)化語言(Part 6)，描述變電站和自動化系統(tǒng)的拓撲以及IED結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。為了驗證互操性，Part 10描述了IEC 61850標準一致性測試。
1．2 電子式互感器
電子式互感器分為兩大類：有源電子式互感器和無源電子式互感器。有源電子式互感器利用Rogowski空芯線圈或低功率鐵芯線圈感應(yīng)被測電流，利用電容(電阻、電感)分壓器感應(yīng)被測電壓。遠端模塊將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后經(jīng)通信光纖傳送。無源電子式互感器利用Faraday磁光效應(yīng)感應(yīng)被測電流信號，利用Pockels電光效應(yīng)感應(yīng)被測電壓信號，通過光纖傳輸傳感信號。
1．3 智能化一次設(shè)備
根據(jù)IEC 62063：1999的定義，智能開關(guān)設(shè)備是指具有較高性能的開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備，配有電子設(shè)備、傳感器和執(zhí)行器，不僅具有開關(guān)設(shè)備的基本功能，還具有附加功能，尤其在監(jiān)測和診斷方面。
1．4 網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備
將IEC 61850應(yīng)用于變電站內(nèi)的通信，以充分利用網(wǎng)絡(luò)通信的最新技術(shù)，實現(xiàn)二次設(shè)備的信息共享、互操作和功能的靈活配置。

2 系統(tǒng)設(shè)計原則
按照數(shù)字化變電站的要求和各層所需要達到的功能，針對一個典型接線的35 kV變電站，建立數(shù)字化變電站模型，并給出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及配置方案。設(shè)計方案應(yīng)具有先進性，同時作為一種實際應(yīng)用，還應(yīng)充分考慮目前國內(nèi)外高壓電氣設(shè)備和二次設(shè)備(IED)的發(fā)展情況和運行經(jīng)驗。
設(shè)計過程分以下幾個步驟實現(xiàn)：
(1)建立35 kV變電站模型，給出電氣主接線和IED配置。
(2)分析數(shù)字化變電站的分層網(wǎng)絡(luò)特點，建立全數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。
(3)針對已建立全數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，選擇數(shù)字化變電站高壓電氣設(shè)備和二次設(shè)備。

3 系統(tǒng)設(shè)計方案
3．1 變電站主接線及IED配置
以下設(shè)計中按照常規(guī)的35 kV變電站考慮：配備有載調(diào)壓變壓器2臺；35 kV單母線分段，兩路進線一主一備；#1進線所帶35 kV直配變一臺，作為所用備用電源；10 kV單母線分段，每段母線各六路出線；集中無功補償分兩臺，分別接于10 kV I，Ⅱ母線。電氣接線如圖1所示。

本方案中，35 kV變電站采用保護及測控一體化設(shè)計，#1，#2主變壓器各配置一臺主變差動保護測控裝置，提供雙斜率雙拐點差動制動特性的比率式電流差動保護和差流速斷保護功能。此外，這兩臺保護還可為變壓器高、低壓側(cè)提供過流后備保護功能。測控方面的功能包括差動和制動電流、二次和五次諧波、電流等測量值，以及事件及故障錄波、數(shù)據(jù)記錄等功能。35 kV#1，#2進線、母聯(lián)配置一臺線路保護裝置，主要提供完整的過流，速斷和線路差動保護。兩臺主變保護各組一個屏，兩條進線和母聯(lián)的保護組一個屏。