發(fā)布時間：2015-01-11 21:04

 

【摘要】 智能變電站作為建設(shè)智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)節(jié)點,是建設(shè)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(chǔ),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(shù)的推進將為構(gòu)架智能電網(wǎng)提供堅實的基礎(chǔ),同時構(gòu)成了調(diào)度自動化技術(shù)發(fā)展的內(nèi)在推動力,隨著各種相關(guān)應(yīng)用技術(shù)的成熟與發(fā)展,智能變電站將成為未來變電站技術(shù)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(gòu)、技術(shù)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(guān)鍵技術(shù),并針對山東某110kV智能變電站的二次設(shè)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(shè)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(dāng)前智能變電站二次設(shè)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(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)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(dāng)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(shè)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(shè)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(shè)備、光纖通信技術(shù)、計算機信息處理技術(shù)的飛速發(fā)展，為變電站全數(shù)字化的信息采集處理、設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測提供了堅實的理論基礎(chǔ)和技術(shù)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(shè)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(yīng)對當(dāng)前全球金融危機的大環(huán)境下，建設(shè)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(shè)的發(fā)展速度十分迅猛。以風(fēng)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(shù)不斷更新?lián)Q代，電網(wǎng)設(shè)備的技術(shù)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(gòu)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(gòu)，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(yīng)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(yīng)對未來電網(wǎng)發(fā)展所面臨的新形勢。同時也符合構(gòu)建安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟、清潔的現(xiàn)代電力能源供應(yīng)體系的客觀需求。大力發(fā)展智能電網(wǎng)是適應(yīng)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(fēng)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(shè)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(shè)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(shè)備及二次設(shè)備，并得到成功的應(yīng)用。在IEC61850標準的制定過程中，進行了各廠家設(shè)備間的互操作試驗并在示范變電站得到應(yīng)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(shè)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(shè)備。2001年和西門子在加拿大進行了間隔層設(shè)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(guān)打開的G00SE信息發(fā)送給其他設(shè)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(shè)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(shè)備制造廠家自2001年就開始關(guān)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(gòu)，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(guān)電力設(shè)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(shè)備供應(yīng)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(yīng)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(shè)備生產(chǎn)廠家也開發(fā)了用于一次設(shè)備的智能單元。在一次設(shè)備端子箱內(nèi)安裝智能終端，通過光纖與二次設(shè)備交換信息來采集設(shè)備的狀態(tài)并控制設(shè)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(shè)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(shù)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(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)，具體實施建設(shè)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(shù)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(dāng)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(dāng)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(shè)備檢修的角度闡述了智能設(shè)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(shè)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(chǔ)，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(luò)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(shè)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。互操作性是實現(xiàn)智能變電站無縫通信理念的重要保障機制。設(shè)備的互操作性可以最大限度地保留用戶原來的設(shè)備投資，實現(xiàn)不同廠家設(shè)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(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)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(dāng)前電力通信的發(fā)展要求，同時各大電氣設(shè)備生產(chǎn)廠商在連接不同廠家的設(shè)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(dāng)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(luò)和系統(tǒng)。IEC61850規(guī)范了智能變電站內(nèi)的智能電子設(shè)備（之間的通信行為和相關(guān)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(shù)和抽象通信服務(wù)接口，對站內(nèi)各層級設(shè)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(guān)于變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的一系列標準，是基于網(wǎng)絡(luò)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(yīng)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(shè)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(quán)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(xué)，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(shè)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(shè)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(shè)備，負責(zé)間隔內(nèi)信息的傳輸處理與控制，以及與過程層、站控層設(shè)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(zé)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(chǔ)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(shè)備的互操作性

不同廠家的智能設(shè)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(shè)備實現(xiàn)自由分配。IEC61850的實現(xiàn)基礎(chǔ)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(shù)發(fā)展的特性，能夠滿足通信技術(shù)與變電站自動化系統(tǒng)的不斷發(fā)展對技術(shù)標準的需求。其中8-1，9-2等SCSM技術(shù)，均可隨著通信技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。

 

第3章智能變電站的特點和關(guān)鍵技術(shù).......13

3.1智能變電站的技術(shù)特點.....13

3.1.1智能變電站與智能電網(wǎng)的關(guān)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(shù)特點......16

第4章110kV智能變電站二次設(shè)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(shè)備介紹......60

5.3二次設(shè)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(shè)計，遠景建設(shè)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(shè)36回出線，本期24回出線；遠景建設(shè)電容器3組，每組容量(3+3)Mvar，本期2組，柜式布置；遠景建設(shè)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(shè)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(yīng)用DLT/860 GOOSE服務(wù)傳輸非電量保護跳鬧信號，基于MMS的DLT/860服務(wù)實現(xiàn)在線監(jiān)測信號傳輸及設(shè)置、本體非電量信號傳輸和遠方控制。

斷路器、隔離開關(guān)110kV采用SF6氣體絕緣、全封閉組合電器(GIS)成套設(shè)備。GIS內(nèi)斷路器的操作機構(gòu)采用彈簧操作機構(gòu)；GIS內(nèi)隔離開關(guān)的操作機構(gòu)釆用直流彈簧操作機構(gòu)；儲能機構(gòu)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(yīng)用DLT/860 GOOSE服務(wù)接收保護和控制單元的分合間信號，傳輸斷路器、隔離開關(guān)位置等實時信號，基于MMS的DLT/860服務(wù)實現(xiàn)在線監(jiān)測信號傳輸及設(shè)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(gòu)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(shè)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，從目前智能變電站的應(yīng)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(shè)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(shè)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(shù)特點和概況，分析了面向智能電網(wǎng)的智能變電站的建設(shè)要求與發(fā)展趨勢。

2、介紹了智能變電站的主要技術(shù)特點和關(guān)鍵技術(shù)及其設(shè)備。在標準體系的基礎(chǔ)上，通過智能化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備，構(gòu)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(shè)、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(shè)備的工作原理及調(diào)試方法。

由于時間和技術(shù)條件的限制，智能變電站二次設(shè)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(wù)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(dǎo)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(yīng)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(shè)備檢修流程。目前智能變電站二次設(shè)備的檢修還是借鑒了很多傳統(tǒng)變電站二次設(shè)備的檢修流程。例如針對保護裝置還是采用周期行的預(yù)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(shè)備進行檢測，對當(dāng)前的檢修試驗流程進行優(yōu)化改造。

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本文編號：11105