35 kV數(shù)字化變電站設(shè)計方案探討
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在10 kVI，Ⅱ段母線處各設(shè)備一臺合并單元，采集10 kV I，Ⅱ段母線的進(jìn)線和10條饋線部分的三相線路保護(hù)和測量電流值，同時采集10 kV I，Ⅱ段母線的單相線路電壓值和零序電壓值，其中10 kVⅡ段母線處的合并單元也負(fù)責(zé)采集10 kV母聯(lián)部分電流值。
4．2 智能斷路器
在數(shù)字化變電站中，智能開關(guān)設(shè)備的研究和現(xiàn)場應(yīng)用相對滯后一步。因此在目前的技術(shù)條件下，可供選擇的智能開關(guān)設(shè)備不是很多，目前主要的還是一些國外廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品，國內(nèi)的廠家也已經(jīng)在開發(fā)適用于各種電壓等級的智能開關(guān)設(shè)備，其中35 kV和10 kV的智能開關(guān)柜已經(jīng)開始試用。
本方案中，35 kV和10 kV智能開關(guān)設(shè)備選用智能化的成套開關(guān)柜，配備智能保護(hù)(控制)裝置，這種裝置應(yīng)具有自動采集交流量和監(jiān)視斷路器狀態(tài)等功能，并以IEC61850標(biāo)準(zhǔn)與站內(nèi)其他IED進(jìn)行通信。另一種方案是采用常規(guī)的開關(guān)柜，再在開關(guān)柜上加裝基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的保護(hù)、測控一體化裝置及智能操作箱來實(shí)現(xiàn)智能開關(guān)柜的功能。
4．3 交換機(jī)
以太網(wǎng)交換機(jī)在過程層通信的主要網(wǎng)絡(luò)部件，由于過程層通信所處的惡劣電磁環(huán)境，以及采樣值和GOOSE信息對實(shí)時性的要求，方案中選擇工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)。
這種工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)應(yīng)滿足IEC61850-3中變電站環(huán)境對設(shè)備的要求，較普通交換機(jī)更加堅固，可安裝在標(biāo)準(zhǔn)DIN導(dǎo)軌上，并有冗余電源供電，接插件采用牢固的DB-9結(jié)構(gòu)或者更加堅固的具有IP67防護(hù)等級的M-12接口，用以滿足苛刻的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境，可以抵抗震動，腐蝕和電磁干擾，大大提高了設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的可靠性。交換機(jī)采用雙全工交換模式，支持IEEE802．1q(虛擬局域網(wǎng))和IEEE802．1p(優(yōu)先級標(biāo)簽)這兩個與網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)質(zhì)量密切相關(guān)的協(xié)議。其中，IEEE802．1q定義了基于端口的虛擬局域網(wǎng)(VLAN)，IEEE802．1p定義了報文傳輸優(yōu)先級，后者對于過程總線上采樣值報文和跳閘GOOSE報文的實(shí)時傳輸十分重要，因為當(dāng)過程總線上數(shù)據(jù)通信負(fù)荷較大時，通過給采樣值報文和跳閘GOOSE報文置上高優(yōu)先級標(biāo)簽，可以保證這兩類報文會在交換機(jī)內(nèi)優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)出去。
在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上，工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)利用光纖雙環(huán)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和環(huán)網(wǎng)冗余協(xié)議，光纖網(wǎng)絡(luò)具有很高的抗干擾性，環(huán)網(wǎng)冗余協(xié)議相對于標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的STP(生成樹協(xié)議)及RSTP(快速生成樹協(xié)議)的斷路恢復(fù)時間有了明顯提高，如業(yè)界領(lǐng)先的工業(yè)交換機(jī)制造商MOXA公司的專有環(huán)網(wǎng)冗余協(xié)議MOXA Turbo Ring協(xié)議，能夠在環(huán)網(wǎng)線路出現(xiàn)故障時在20 ms內(nèi)切換到備份路徑，保持通訊的不間斷運(yùn)行，大大提高了網(wǎng)絡(luò)的可恢復(fù)性。并可根據(jù)需要靈活選配光端口和電端口的數(shù)目。
此外，由于合并單元、保護(hù)設(shè)備和開關(guān)控制器所傳輸信息的重要性，它們均應(yīng)直接和交換機(jī)端口相連，即保證各自享有獨(dú)立的帶寬。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/157712.htm
5 數(shù)字化變電站建設(shè)過渡方案
目前，國內(nèi)數(shù)字化變電站系統(tǒng)的應(yīng)用和實(shí)施尚處于起步階段，尤其是非常規(guī)互感器還需攻克一些技術(shù)難題，國內(nèi)滿足要求、可推廣應(yīng)用的智能一次設(shè)備太少；就交換機(jī)和嵌入式智能裝置而言，在過程層應(yīng)用1 000 MB以太網(wǎng)的技術(shù)還不成熟；諸如此類問題決定了數(shù)字化變電站的推廣不可能一步到位，必須根據(jù)各地實(shí)際情況分階段按不同的工程方案實(shí)施。
第一階段：變電站自動化系統(tǒng)在變電站層和間隔層真正實(shí)現(xiàn)IEC 61850，實(shí)現(xiàn)不同廠家IED之間的互聯(lián)和互操作；而過程層設(shè)備采用常規(guī)設(shè)備，間隔層設(shè)備采用傳統(tǒng)的點(diǎn)對點(diǎn)硬接線聯(lián)結(jié)方式接入常規(guī)互感器和斷路器；目前很多已投運(yùn)的數(shù)字化變電站采用的都是這種方案。
第二階段：在不改變現(xiàn)有常規(guī)一次設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過在一次設(shè)備本體或附近加裝模擬式輸入合并單元和智能控制單元完成過程層設(shè)備的智能化；間隔層設(shè)備全部取消了模擬輸入、開入和開出，僅通過通信按照IEC61850-9-1／2與合并單元、按照GOOSE與智能控制單元連接；間隔層、過程層間完全通過數(shù)字化連接，取消了大量點(diǎn)對點(diǎn)硬接線連接。這種方案是比較主流的。
第三階段：變電站層和間隔層、過程層全部實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。過程層設(shè)備采用非常規(guī)互感器和智能一次設(shè)備，過程層的測量、監(jiān)視和控制全部實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，采用1 000 MB雙環(huán)型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，變電站總線和過程總線合二為一，最大限度地實(shí)現(xiàn)了信息共享和系統(tǒng)集成，是今后數(shù)字化變電站的最終發(fā)展方向。但由于非常規(guī)互感器、智能斷路器及其他智能一次設(shè)備目前仍有大量的技術(shù)問題未解決，因此這種方案在目前的實(shí)際工程應(yīng)用中基本處于示范性探索階段。
6 結(jié) 語
數(shù)字化變電站是未來變電站自動化發(fā)展的方向，本文首先介紹了數(shù)字化變電站的關(guān)鍵技術(shù)，并基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計了35 kV數(shù)字化變電站模型，內(nèi)容包括系統(tǒng)主接線，變電站網(wǎng)絡(luò)，IED及電氣設(shè)備的配置等。從目前國內(nèi)外高壓電氣設(shè)備和二次設(shè)備(IED)的發(fā)展情況和運(yùn)行經(jīng)驗來看，數(shù)字化變電站的建設(shè)還需要一個比較長久的過程，可以走先改造，再建新站，先部分?jǐn)?shù)字化，再完全數(shù)字化的道路，對此，本文最后提出了建設(shè)基于IEC61850數(shù)字化變電站的過渡方案。
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