35 kV數字化變電站設計方案探討

目前，變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)在我國得到廣泛的應用，但是，目前的變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的運用還存在一些技術(shù)上的局限性，另外，隨著(zhù)電力系統的結構越來(lái)越復雜，電壓等級越來(lái)越高，對系統運行管理也提出了更高的要求。隨著(zhù)數字式互感器技術(shù)和智能一次電氣設備技術(shù)的日臻成熟并開(kāi)始實(shí)用化，以及計算機高速網(wǎng)絡(luò )在電力系統實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò )中的開(kāi)發(fā)應用，數字化變電站技術(shù)開(kāi)始在我國逐步得到應用。數字化變電技術(shù)代表著(zhù)變電站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展方向。IEC61850標準為數字化變電站技術(shù)奠定了技術(shù)標準。數字化一次設備以及數字化通信技術(shù)的發(fā)展及實(shí)用化，也使得按IEC61850建設數字化變電站成為可能。

1 數字化變電站的關(guān)鍵技術(shù)
就目前技術(shù)發(fā)展現狀而言，數字化變電站是建立于IEC61850通信規范基礎上，由電子式互感器(ECT，EVT)、智能化開(kāi)關(guān)等智能化一次設備、網(wǎng)絡(luò )化二次設備按變電站層、間隔層、過(guò)程層分層構建而成，能夠實(shí)現變電站內智能電氣設備間信息共享和互操作的現代化變電站。它的關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下幾個(gè)方面。
1．1 IEC61850標準
就概念而言，IEC61850標準主要圍繞以下四個(gè)方面展開(kāi)：
(1)功能建模。從變電站自動(dòng)化通信系統的通信性能(PICOM)要求出發(fā)，定義了變電站自動(dòng)化系統的功能模型(Part5)。
(2)數據建模。采用面向對象的方法，定義了基于客戶(hù)機／服務(wù)器結構的數據模(Part7-3／4)。
(3)通信協(xié)議。定義了數據訪(fǎng)問(wèn)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(guò)程層之間的網(wǎng)絡(luò )映射成串行單向多點(diǎn)或點(diǎn)對點(diǎn)傳輸網(wǎng)絡(luò )(IEC61850-9-1)或映射成基于IEEE802．3標準的過(guò)程總線(xiàn)(IEC61850-9-2)(Part 7-2，Part8／9)。
(4)變電站自動(dòng)化系統工程和一致性測試。定義了基于XML(Extensible Make up Language)的結構化語(yǔ)言(Part 6)，描述變電站和自動(dòng)化系統的拓撲以及IED結構化數據。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(lèi)：有源電子式互感器和無(wú)源電子式互感器。有源電子式互感器利用Rogowski空芯線(xiàn)圈或低功率鐵芯線(xiàn)圈感應被測電流，利用電容(電阻、電感)分壓器感應被測電壓。遠端模塊將模擬信號轉換為數字信號后經(jīng)通信光纖傳送。無(wú)源電子式互感器利用Faraday磁光效應感應被測電流信號，利用Pockels電光效應感應被測電壓信號，通過(guò)光纖傳輸傳感信號。
1．3 智能化一次設備
根據IEC 62063：1999的定義，智能開(kāi)關(guān)設備是指具有較高性能的開(kāi)關(guān)設備和控制設備，配有電子設備、傳感器和執行器，不僅具有開(kāi)關(guān)設備的基本功能，還具有附加功能，尤其在監測和診斷方面。
1．4 網(wǎng)絡(luò )化二次設備
將IEC 61850應用于變電站內的通信，以充分利用網(wǎng)絡(luò )通信的最新技術(shù)，實(shí)現二次設備的信息共享、互操作和功能的靈活配置。

2 系統設計原則
按照數字化變電站的要求和各層所需要達到的功能，針對一個(gè)典型接線(xiàn)的35 kV變電站，建立數字化變電站模型，并給出系統結構及配置方案。設計方案應具有先進(jìn)性，同時(shí)作為一種實(shí)際應用，還應充分考慮目前國內外高壓電氣設備和二次設備(IED)的發(fā)展情況和運行經(jīng)驗。
設計過(guò)程分以下幾個(gè)步驟實(shí)現：
(1)建立35 kV變電站模型，給出電氣主接線(xiàn)和IED配置。
(2)分析數字化變電站的分層網(wǎng)絡(luò )特點(diǎn)，建立全數字化變電站自動(dòng)化系統網(wǎng)絡(luò )。
(3)針對已建立全數字化變電站自動(dòng)化系統網(wǎng)絡(luò )，選擇數字化變電站高壓電氣設備和二次設備。

3 系統設計方案
3．1 變電站主接線(xiàn)及IED配置
以下設計中按照常規的35 kV變電站考慮：配備有載調壓變壓器2臺；35 kV單母線(xiàn)分段，兩路進(jìn)線(xiàn)一主一備；#1進(jìn)線(xiàn)所帶35 kV直配變一臺，作為所用備用電源；10 kV單母線(xiàn)分段，每段母線(xiàn)各六路出線(xiàn)；集中無(wú)功補償分兩臺，分別接于10 kV I，Ⅱ母線(xiàn)。電氣接線(xiàn)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計，#1，#2主變壓器各配置一臺主變差動(dòng)保護測控裝置，提供雙斜率雙拐點(diǎn)差動(dòng)制動(dòng)特性的比率式電流差動(dòng)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、低壓側提供過(guò)流后備保護功能。測控方面的功能包括差動(dòng)和制動(dòng)電流、二次和五次諧波、電流等測量值，以及事件及故障錄波、數據記錄等功能。35 kV#1，#2進(jìn)線(xiàn)、母聯(lián)配置一臺線(xiàn)路保護裝置，主要提供完整的過(guò)流，速斷和線(xiàn)路差動(dòng)保護。兩臺主變保護各組一個(gè)屏，兩條進(jìn)線(xiàn)和母聯(lián)的保護組一個(gè)屏。