基于IEC61850数字化变电站的研究
基于IEC61850数字化变电站的研究
摘要
变电站自动化技术的发展和微机保护的广泛应用极大地提高了电网的自动化水平和管理水平，但是由于变电站自动化系统和保护设备的通信协议不统一，造成系统无缝集成困难，生命周期缩短；设备之间互操作性差，维护工作量大，改造升级困难。同时变电站的一、二次设备的控制信号发送、模拟量采集靠大量的电缆连接实现，不仅浪费了大量的财力，而且抗干扰性大大降低。随着IEC61850 标准的发布，电子式互感器、智能化高压电气设备的发展，电气设备在线状态检测、变电站运行操作培训仿真等技术日趋成熟，以及计算机网络技术的高速发展，使得建设数字化变电站具备了必要的技术条件。
本文在研究数字化变电站相关理论和技术的基础上，总结变电站数字化技术的现状、发展趋势，初步形成数字化变电站的整体模型，提出了数字化变电站的特征和需要实现的功能。研究数字化变电站三层网络结构下通信的实现，运用前面的研究成果，探讨在现有技数条件下建设数字化变电站，如何实现与以往设备的兼容，使本文提出的数字化变电站改造方案更具有实用性和可操作性。
关键词：数字化变电站，IEC61850 标准，电子式互感器，智能化高压电气设备
DIGITAL SUBSTATION BASED ON IEC61850 RESEARCH
ABSTRACT
With the development of integrated substation automation technology and microprocessor-based protections，electrical power system automation is highly promoted. But the communication protocols among IEDs produced by different manufacturers are different，the SA system will not be integrated well.Also，IEDs from different manufacturers are difficult to achieve interoperability.Maintenance and upgrading such a SA system may cost much resource and time.In a substation，many cables made with copper are used to transmit control signal and analog data，so highly lower the anti-interference of a SA system. The IEC6185O standard electronic measurement transformers，intelligent control of high voltage electrical apparatus，computer network technology，etc，all these make it possible to build a digital substation. So,the thesis will study these key technologies and intelligence devices，and give a reference design project of digital substations. First，a digital substation model and main charaeters are formed in this thesis. Then a communication network construction principle of digital substations，including proeess buses and Station buses，are developed. According with the Principle，with the reaserch on the key technologies of 110kV wucun digital substation in Shenzhen Power Supply Bureau and 220kV sanxiang digital substation in nanfang Power Supply Bureau，this article analysis a digital substation’ s layered communication network framework. Deeply. Based on the investigation of intelligence devices of digital substations，selcetion and configuration principle of devices is summarized.
KEY WORDS: digital subatation,IEC61850 standard ,electronic
transformer ,intelligent control of high voltage electrical apparatus
目录
摘要................................................................ I ABSTRACT........................................................... I I 第1章绪论. (1)
第2章数字化变电站系统的发展及现状 (3)
2.1 变电站自动化系统的发展 (3)
2.2 变电站自动化系统通信规约现状 (6)
2.3 小结 (9)
第3章数字化变电站的技术优势及经济效益 (10)
3.1 数字化变电站的技术优势 (10)
3.2 经济效益 (13)
3.3 小结 (14)
第4章 IEC61850 标准介绍 (15)
4.1 IEC61850 标准主要内容 (15)
4.1.1 IEC61850 标准内容 (15)
4.2.1 分层 (17)
4.2.2变电站通信网络的实时性以及时延不确定性研究 (18)
4.3 本章小结 (35)
总结与展望 (36)
1.全文工作总结 (36)
2. 工作展望 (37)
致谢 (38)
参考文献 (39)
附录1 (43)
第1章绪论
变电站自动化系统是在计算机技术和网络通信技术基础上发展起来的。它改变了传统的二次设备的组态模式，大大提高了电网的自动化水平，增强了系统的可靠性，降低了变电站的总造价，因此近几年来在电力系统中被广泛应用。但是由于目前的变电站自动化系统中的后台监控系统和微机保护设备、直流设备、安稳设备等厂家的通信协议不统一，造成不同厂家连接困难，调试周期长，系统稳定性差，生命周期缩短，设备之间的互操作性差，维护工作量大，改造升级困难。同时变电站的高压电气设备和保护、监控等二次设备的控制、信号发送、模拟量采集还需要靠大量的控制电缆来连接，不仅浪费了大量的财力，而且抗干扰性大大降低。
国际电工委员会第 57 技术委员会制定的 IEC61850 标准，为数字化变电站的发展指明了新的方向，使变电站站内设备通信采用统一的标准，解决了设备之间的互操作性问题，使通信可靠性得到提高。智能化一次电气设备的发展，特别是智能化开关设备、电子式电压和电流互感器等在变电站系统中的逐渐推广应用，电气设备在线状态检测、变电站运行操作培训仿真等技术日趋成熟，以及计算机网络技术的高速发展，使得数字化变电站具备了必要的技术条件[1]。
因此本文对数字化变电站的发展、技术优势等进行详细的阐述，对数字化变电站的关键技术 IEC61850 标准、电子互感器、智能断路器的原理、功能等进行一定探索，并充分进行三乡变电站数字化改造的资料搜集，在此基础上研究中山供电局三乡变电站数字化改造的实际工程中的的实施方案，探讨了设计、施工中遇到了设备选型、兼容模式的一系列问题，为珠海供电局的常规变电站的数字化改造规划提出建议。
数字化变电站与常规的综合自动化变电站在网络结构，特别是一、二次设备之间的通信方式，取消电缆后的信息传输要求，一次智能开关、电子式互感器等方面均有很大差异，需要在原有变电站的模式上提出新的设计方案才能满足实际运行的要求。同时，现有变电站中大量常规综合自动化系统和常规一次电气设备
需要在今后较长一段时间内与新建的数字化变电站的一、二次系统同时存在，还需要探讨过渡方案以及与常规自动化系统和一次设备的兼容问题。
本人的工作具有如下意义:
基于 IEC61850 标准的数字化变电站在国内外基本处于试验和积累经验阶段，目前建成的或正在建设的数字化变电站大多不具备真正意义上数字化变电站的全部特征。有些变电站仅实现了站内的 IED 按照 IEC61850 标准进行通信，或者在站内采用电子式互感器。即使同时采用了以上两项技术，离实现整个变电站的数字化通信还有一段距离，特别是对断路器、隔离开关及变压器的数字化研究还不是很成熟。因此研究全数字化变电站的关键技术和理论以及设计方案对数字化变电站的推广应用具有重大意义。
在现有技术条件下，由于不能完全按照数字化变电站模式来实施，所以必须按照过渡方案一步步进行推进。进行数字化变电站过渡方案以及与常规自动化系统和常规一次设备实现兼容的方案研究，可以节约变电站改造或建设费用，提高改造或建设方案的可操作性和实用性，使数字化变电站的推广应用更具有吸引力。总之，完善的改造方案将确保常规变电站在向的数字化变电站转型后，既具有先进性又具有实用性，可以充分地提高变电站的自动化技术水平，使变电站内的设备运行更安全、维护和升级改造更便捷，最终达到提高效益、增加运行可靠性的目的。
第2章数字化变电站系统的发展及现状
2.1 变电站自动化系统的发展
变电站自动化系统的定义为“在变电站内提供包括通信基础设施在内的自动化系统”(Substation Automation System,SAS)[2]。在国内，我们通常所说的变电站自动化系统，包含传统的自动化监控系统、继电保护、自动装置等设备，是集保护、测量、控制、远传等功能为一体，通过数字通信及网络技术来实现信息共享的一套微机化的二次设备及系统。我国的变电站综合自动化系统发展基本上可以归纳为以下几个阶段：
第一阶段集中 RTU 模式的自动化系统
该类系统实际上是在常规的继电保护屏、控制屏及二次接线的基础上加装RTU 装置，主要应用在 80 年代后期和 90 年代初期。功能主要是与远方调度中心通信实现四遥，即遥测、遥信、遥控、遥调；与继电保护及安全自动装置的连接主要通过硬接点连接方式或串行口 RS232 通信较多。此类系统称为集中 RTU 模式，典型框图见图 2－1,目前仍有少量老变电站在使用，例如珠海局的 220kV 凤凰变电站等。
图2-1集中RTU模式的自动化系统
第二阶段集中式变电站综合自动化系统
随着微机保护的广泛应用，使变电站自动化技术取得快速的进展，出现了面向功能设计的分布式测控装置加微机保护模式。每个 10kV 开关柜上装设 1 台保护装置和 1 台测控装置，通过 RS485 通信口组网进行连接，主变保护屏、主变测控屏等安装在主控室，通过通信管理单元之后与监控后台计算机连接，调度中心通过 MODEN 与后台监控连接。保护装置与测控装置独立，通过通信管理单元能够将各自信息送到后台监控计算机。微机保护通过数据通信与自动化系统进行信息交换，并应用了现场总线和网络技术，此类系统的典型框图见图2-2。但这种系统电缆仍然需要大量的控制电缆，并且系统的可扩展性比较差。目前，有一部分变电站在使用中。例如：珠海局的 110kV 夏湾变电站、110kV 明珠变电站等。
图2-2集中式变电站综合自动化系统
第三阶段分层分布式变电站综合自动化系统
随着计算机技术和通信技术的迅猛发展，后来出线了面向间隔、面向对象设计的分层分布式结构模式。该模式按变电站分为站控层和间隔层的二层式分布控制系统结构。站控层主要包括后台监控系统、工程师站、五防机以及与远方调度中心通信的远动机系统。10kV 保护测控装置一般采用一体化装置；110kV 及以上电压等级，一般保护、测控大多按间隔分别设计。目前国内主要的综合自动化厂家均采用了此类结构模式。此类系统的典型框图见图 2－3[3]。
图2-3综合自动化系统典型结构图
变电站自动化系统采用分布式结构相比前面几种结构可以大大减少控制电缆，大大降低了变电站的投资。同时由于采用了先进的网络通信技术和面向对象设计，整个系统配置相对灵活、扩展相对比较方便。但是，即使是采用分布式自动化系统的变电站，由于各种不同二次设备需要互感器提供多组不同功能的二次绕组，它们之间信息也不能实现共享；变电站内一次设备和二次设备以及二次设备之间还需要依靠大量的控制电缆连接来实现信息及命令地传输；二次设备之间互操作性和互换性差，系统升级改造工作复杂。
2.2 变电站自动化系统通信规约现状
要实现整个变电站的自动化,并且与上一级控制中心和远动通信,必须保证变电站内工作站、主机、工程师站、现场各 CPU 单元与 RTU 等控制设备间的实时、准确地通信。而通信规约就是整个自动化系统通信部分的核心,没有通信协议,自动化系统就不能进行有效的信息交换,有时还会造成信息传递的紊乱,严重时还会引起整个通信网的崩溃。为了整个变电站自动化系统安全、可靠、稳定地运行,必须采用合适的通信规约,以使因通信故障而引起的损失降到最低。
目前在变电站自动化系统中使用的通信规约有很多，主要有以下几种：
1）部颁 CDT
该协议是电力系统中使用最早的通信协议,数据以帧结构循环发送。由于其简单可靠,至今还被广泛使用。但由于其帧结构的局限性,遥信最多只能传送 512 个遥信信号;而遥测,最多也只能传送 256 个遥测信号,所以 CDT 通信协议不适合在传输大信息量时使用。另外,CDT 规约是循环不停地上报所有事先规定的信息,不管信息是否有变化或主站是否需要,都会不停地上报。这不仅给自己的 CPU 增加了负担,占用了宝贵的资源,而且,主站也必须处理没有变化的数据,这种循环发送式的通信方式造成了时间上的延迟和资源的浪费,严重时会影响到系统的性能。由于它的局限性，现在变电站内设备一般不采用此规约[4]。
2）DNP3.0
DNP3.0 是美国 IEEE 的电力工程协会(PES)在 IEC 的基础上制定的美国国家标准。目前,DNP3.0 通信协议在我国电力行业中的应用也非常广泛。目前珠海供电局调度数据系统采用此规约。DNP3.0 将基本应用数据分为四大类:固态值、
事件数据、固态冻结数据、事件冻结数据。同时这四大类数据分 4 个组,第 1 组固定为所用的固态值数据,第 2－4 组全部为事件数据分组,并且每个事件数据的分组可以任意在线修改。基本扫描方式有 4 种。
a.哑态工作方式:主站从来不主动与子站设备通信,由子站设备向主站报告变化数据。
b.非请求变位工作方式:与哑态唯一的不同就是,主站会向子站请求所有静态数据。
c.变位扫描方式。主站会请求所有静态数据并不时地扫描变化数据。
d.扫描静态方式。主站仅请求所有或部分静态数据。在最常用的变位扫描方式中,
DNP3.0 可以利用 2 种方法获得变位数据。一种是读取事件数据来获得变位数据,这种方法灵活性好,且可以在线修改;另一种是利用简单的方法来读取固定的变化数据,这种方法通道的利用效率较高。该协议总的特点是传送信息量很大,支持突发事件主动上报的功能,支持变化信息上报的功能,提供通信链路确认的功能。但 DNP3.0 规约本身功能复杂,需要很大的程序才能实现。
3)MODBUS 通信协议
MODBUS 通信协议是 ABB 为其自动化设备提供,用于实现主从结构的控制网的通信协议。协议的主要特点如下：
a.通过 RS-485 通信支持多点连接,最多能支持 32 个节点。
b.单主机控制网系统,采用主从访问技术。
c.通信报文结构简单,可完成较简单的对从机的读写操作。
d.通信速率最高只支持 19200bps。
该协议为问答式通信协议,采用读写累存器的格式。累存器的地址为 4 个字节,解决了大信息量传送的问题,主站比CDT协议更有自主选择性,主站可以向采集装置询问所需要的数据,减轻了采集控制器的资源使用,但由于 MODBUS 不提供 SOE(事件顺序记录)的功能,在电力系统的事故分析方面造成了不便;因为是采取被动的问答式通信,变化信号不提供主动上报,这就造成了信号上报的速度慢,所以MODBUS 只适用于实时性不高不要求 SOE 的系统。
4)IEC60870-5 系列
IEC60870-5 规约系列由三大部分组成。a.物理层的选用及数据链路层的定义和选用；b.应用层基本功能定义及选用；c.各个典型工业过程的数据及功能定义标准。该通信规约的有关小节具体如下。
IEC60870-5-1,传输帧格式；
IEC60870-5-2,联结传输步骤；
IEC60870-5-3,应用数据通用格式；
IEC60870-5-4,应用数据的定义和编码；
IEC60870-5-5,规定基本的应用功能；
IEC60870-5-101,用于电力系统远动通信；
IEC60870-5-102,用于电力系统总加数据传输的补充标准；
IEC60870-5-103,用于继电保护设备信息接口配套标准；
IEC60870-5-104,用于远动、就地监控主站与 IED 设备间的 SCADA 监控信息的通信。其中, IEC60870-5-101 协议(以下简称 101 协议)已经成为我国电力系统远动通信标准。其传输的信息量很大,信息地址可以是 2 个字节或 3 个字节。具有平衡和不平衡两大方式,平衡方式是主站可以查询 RTU 的信息状态,对 RTU 进行控制,RTU 也可以主动和主站建立通信连接;不平衡方式是主站只能对 RTU 进行查询。目前在我国大多使用的是不平衡方式的。101 协议功能强大,一旦产生突变信息, RTU 便插入变化信息的标志,然后主站进行查询变化的数据;上报的速度也很快,平时主站仅查询变化数据, RTU 有数据变化就把变化的信息上报,报文格式相对 DNP 比较简单,所占的资源比较少[5]。
IEC60870-5-103 协议(以下简称 103 协议)是用于控制系统与继电保护设备信息交换中的继电保护设备的信息接口配套标准,物理层采用光纤传输或
RS-485 接口。
IEC60870-5-104 协议(以下简称 104 协议)本身是国际电工委员会(IEC)为了满足 101远动通信协议用于以太网而制定的。目前, 103 协议在继电保护装置的 RS-485 串行通信接口中应用较为广泛。变电站自动化系统需要通信传输的信息按数据类型可分为继电保护故障(含故障录波、扰动记录)信息和 SCADA 监控信息两大类。鉴于变电站自动化系统通信数据的特点和采用以太网的方式,采用 103 协议和 104 协议应该是 IEC61850 标准正式颁布之前,变电站自动化系
统的站内通信协议的最为合理的一种选择。它们既能满足继电保护故障信息(含故障录波、扰动记录)和 SCADA 监控信息的传输要求,又有很好的兼容性。
另外,103 协议和 104 协议同属 IEC60870-5 系列标准的配套标准,它们共享相同的应用数据结构和应用信息元素的定义与编码,会给通信数据的处理带来极大的方便。
2.3 小结
本章总结和归纳了我国变电站综合自动化发展的历程，就每个不同发展阶段的网络模式进行了分析，分析了它的优点和不足之处。同时分析了变电站使用的各种通信规约，逐一进行分析和比较。由于目前变电站综合自动化存在的问题，如不同厂家的设备互操作性差、生命周期短、耗用大量的控制电缆等，我们迫切的希望可以解决这些问题。随着新技术的出现和发展，数字化变电站的形成成为必然，数字化变电站为我们解决目前这些问题的提供了方法。
第3章数字化变电站的技术优势及经济效益
3.1 数字化变电站的技术优势
基于 IEC61850 标准的数字化变电站在现代网络技术的基础上发展起来，给变电站的自动化技术带来了全方位的影响。在交流电气量的采集环节、变电站IED 设备之间的信息交互模式、变电站信息冗余性的实现方式、变电站二次系统的可靠性、安全性、运行检修策略等，均将由于相关技术的应用而发生巨大的变化，这一系列变化意味着变电站二次系统技术将步入一个全新的发展阶段。(一)采用电子式互感器的技术优势
数字化变电站在电气量采集环节采用了电子式互感器技术，对于变电站二次系统技术应用带来的最明显特征就是，一次系统的电流、电压、功率、频率等电气量信息通过合并单元变为低电平的数字信号，经光缆直接传递给变电站二次系统的 IED 设备。变电站二次系统不再需要引入交流二次电缆，一次系统和二次系统可以实现有效的电气隔离。因此常规变电站由于交流电缆引起的传导性电磁干扰现象将不复存在，以往因一次系统故障产生的干扰对于二次系统的影响将得到有效的控制。二次系统的安全性大大提高，二次系统的接地只需要考虑本系统的等电位问题，不需要与一次系统关联。同时也可以大大降低由于二次接线错误以及绝缘降低带来的保护误动、拒动等事故[7]。电子式互感器动态范围大、对于不同应用的适应性强，合并单元可分别输出信号给不同的装置，只要合并一单元的输出接口数量足够，即可满足使用需求，不存在容量限制问题，这就从源头上保证信息采集的唯一性。
基于数字量测系统的继电保护装置不再需要考虑 CT 开路、PT 短路以及互感器饱和、方向元件的极性等问题，可以大大简化保护装置的算法，提高保护动作的可靠性。现场的调试工作也将有很大的变化，对调试人员的要求也更高了[8]。
(二)信息处理基于网络通信的技术优势
1、信息交互采取对等通信模式
数字化变电站内设备之间的信息交互由常规变电站以硬接点信号交互未特征的方式变为基于 IEC61850 标准的对等通信模式（Peer to Peer, P2P），P2P 是一种分布式网络，网路的参与者共享所拥有的一部分硬件资源，如处理能力、存储能力、网络连接能力、打印机等，这些共享资源由网络提供服务和内容，同时，能被其他对等节点（Peer）直接访问而无需经过中间实体。在此网络中的参与者既是资源（服务和内容）提供者（Server），又是资源获取者（Client），见图 3-1。
图3-1 Peer to Peer 模式
P2P 网络环境下由于每个节点既是服务器又是客户机，减少了对传统 C/S 结构服务器计算能力、存储能力的要求，同时因为资源分布在多个节点，更好地实现了整个网络的负载均衡。
这种通信模式带来的最大变化在于，以往的 IED 往往需要大量辅助接点来完成信息的传递，如跳闸信号、告警信号、事件记录信号。设备之间的连线十分复杂，IED 设计环节繁杂，往往由于辅助接点不够，需要额外增加单独的辅助继电器。实际上这构成了二次系统安全运行的“瓶颈”，因外力破环、电缆质量、小动物、超容量等原因引起的二次系统主要故障时有发生，并会引起燃耗、断路器跳闸、损坏设备等后果。
变电站之间的信息交互采取对等通信模式后，常规变电站中 IED 以
Polling 方式实现的信息传送，可以转变未根据信息应用的时效性要求，实现事故处理重要信息的有序上送和事故分析信息的事后调用。
2、信息同步采取网络同步机制
常规变电站自动化系统对时基本采用直接对时和网络对时相结合，有一个或多个GPS 接收器实现对于间隔层各种 IED 的对时，采取分脉冲方式或 IRIG-B 方式。由于间隔层设备众多，在初期应用中往往 GPS 是随不同功能的 IED 设置，因此，在实际应用中变电站存在多个 GPS 接收器同时运行，分别对不同的设备进行对时。如保护、故障录波器、测控、PMU 等。
数字化变电站内的信息传统采取网络通信方式，因此变电站采取以往的对时方式是不合适的，IEC61850 功能通信要求和装置模型的附件 G 明确：“具有精确外部时间源的逻辑节点作为主时钟，通过主时钟对个分布节点设置绝对时间，各分布节点通过主时钟实现时间同步，时钟同步通过协议层完成。”图 3-2 中国际标准时 UTC 从外部高精度时间源获取，时间服务器作为站内 IED 的时钟同步源，采取时间同步协议与站内 IED实现时间同步，所采取的协议取决于所选择的 SCSM[10]。
图3-2变电站内对时
（三）变电站整体建设方案的优化
在土地日益紧张的今天，缩小变电站的占地面积将带来巨大的社会和经济效益。采用电子式的电压/电流互感器及智能开关后，由于电子式互感器的体积小、重量轻、结构紧凑，方便集成到断路器和其它高压设备中，因此可以大大减少变电站的占地面积。变电站内的电缆基本上被光纤和通信电缆所代替，站内大量的二次电缆沟(电缆井、电缆层)可以取消，变电站的建筑结构也可大大简化。数字化变电站自动化系统由过程总线和站级总线进用效率。但将变电站层网络分割为多个网段必然造成网络的复杂化和网络设备的增加。因此在设计网络时应充分考虑当前网络发展技术水平的制约，同时应尽可能简化网络结构，提高网络的可靠性。按照目前的技术水平，可将变电站层网络分成以下3个网段。
(1)鉴于220kv间隔的重要性，间隔内部和间隔之间的数据交换量大，信息传输速度要求高，因此将所有的220kV线路、母联、母设等保护、测控装置及22OkV 故障录波器等IEO接在同一个网段上。
(2)主变之间的保护、控制及闭锁信息往往需要三侧的电气、信号量，同一台主变三侧的保护、测控装置及主变录波器等放于同一网段上比较合适。实际应用中将110kv部分、主变三侧及公用部分组成一个网段。35kV部分组成一个独立的网段。
(3)在网络技术发展到一定程度后，可以对变电站的网络结构进行简化。不仅变电站层网络合为一个网段，而且过程层网络和变电站网络合并为一个通信网络。这样就大大减少交换机的数量和间隔层IED的以太网口，网络可靠性得到进一步提高。
3.2 经济效益
推动数字化变电站技术研究、开发和应用的主要动力是它的经济性和可靠性。数字化变电站的经济效益主要体现在两个方面:
(1)在于一次性投资成本上的效益，如减少变电站占地面积从而减少建设投资;实现信息集成化应用和共享，减少设备的重复投资;由于系统集成度高，大量的调试工作在工厂完成，大大缩短现场调试时间。
对数字化变电站的几点认识
对数字化变电站的几点认识当前变电站综合自动化系统在我国220kV及以下等级电网得到了广泛的应用，对提高电网的安全经济运行水平起到了重要作用，基本达到了无人值班、简化运维、节省投资等目的。随着国家电网公司智能电网建设全面展开，数字化变电站也将大行其道。数字化变电站是变电站综自发展的下一个阶段。 2010年5月初，孝感电网第一座110kV汉川福科数字化变电站投入运行。至今运行良好，没有发生保护误动或拒动情况，所有运行监测数据均正确可靠。整个变电站站容站貌整洁有序、设备集成化程度高、电气一二次接线简洁，极大地提升了变电站的档次。 与传统变电站相比，数字化变电站具有以下优势： 1、大幅减少二次接线。同等规模的传统110kV变电站全站用于控制、测量、信号的二次电缆大约需要18000m，按照当前市场行情估算价值30万元；而福科变仅使用数千米低廉的普通光缆，还不算二次电缆展放及接线施工发生的人工费。二次接线工作量只有原来的10%左右。虽然集成一次设备投资高于普通设备，但数字化变电站大幅减少设备安装调试时间，更容易打造标准化变电站。 2、提升计量测量精度。传统变电站采用电磁式电压电流互感器将高电压大电流转换成100V、5A的二次标准模拟量后，综自系统再转换成毫伏毫安级别，最后进行模拟量转数字量，系统识别后数据库自动根据变比换算成一次实际值。过程比较繁琐易产生累计误差。而数字化变电站直接使用高精度的光电互感器，光信号直接通过光纤传输计算机，基本没有损耗，计量测量精度大为提升。 3、提高信号传输的可靠性。避免电缆带来的电磁兼容、传输过电压和两点接地等问题，全站操作回路电气、机械及程序闭锁三道关
变电站可研究性报告
山东晨鸣纸业集团股份有限公司 110KV输变电工程可行性研究报告 山东晨鸣纸业集团股份有限公司20万吨BCTMP浆线是寿光市重点建设项目。该项目的建成，将优化企业产品结构、降低生产成本、提高市场占有率，扩大经济效益。同时，该公司110KV 输变电工程，是寿光市电网重点建设项目之一。根据寿光市电网布局状况，为了加强山东晨鸣纸业集团股份有限公司的电力结构，对寿光市区用电负荷做了充分调查和预测后，研究拟定2004年新建110KV晨鸣集团变配电所一座。该项目的建设旨在优化寿光电网结构，提高供电能力和电能质量，降低电能损耗，使电网调度更加灵活可靠，以适应晨鸣集团生产用电迅猛发展的需要。一、建设的必要性 山东晨鸣纸业集团股份有限公司位于寿光市区西部晨鸣工业园内，位于德寿街南侧，西一环路西侧，公园西街北侧，潘曲路东侧，交通便利，区位优势得天独厚，发展空间大。 该公司现有35KV变电站3座：1＃35KV变电站自110KV寿光站供电，架空导线LGJ－240，有SL7－1250/35变压器2台，S9－5000/35变压器1台，S7—5000/35变压器1台，总装机容量12500KVA；2＃35KV变电站自110KV寿光站供电，架空导线LGJ－240单回路供电，有S9－16000/35变压器2台；晨鸣1#、2#35KV变电站位于城区内；晨鸣3＃站位于城区外的晨鸣工业园
内的晨鸣三厂，由晨鸣自备电厂直配，总装机容量4*31500KVA，3个变电站都已满负荷运行。根据山东晨鸣纸业集团股份有限公司2004年技改项目－--20万吨BCTMP浆线的负荷统计情况，新增装机容量56000KW，新增用电负荷45000KW，受供电线路和地理位置的制约，三个变电站已不能满足新增负荷的要求。 随着该公司的蓬勃发展，尤其新建工程项目的不断建成投产，用电负荷增长迅速，预计到2006年用电负荷可达85000KW。为了适应该公司的快速经济发展，优化电网接构，增强该公司的供电能力，提高供电可靠性，满足该公司经济发展的需要，迫切需要新建晨鸣集团110KV变配电所工程。110KV变配电所建成投运后，能极大提高该公司的供电能力和供电可靠性，满足该公司快速发展的用电需求，强化了寿光市的电网结构。110KV变配电所建成后，2005年预计可增加供电4亿千瓦时，社会效益、经济效益显著。 二、建设规模 变配电部分：主变容量2*63000KVA，110KV进线2回，35KV 出线6回，10KV出线26回。 线路部分：本期工程建设110KV线路两回，由220KV延庆变电站扩建出线间隔一个，作为晨鸣集团变电站的主要供电电源，线路长度约11.8km；由寿光站扩建出线间隔一个，作为晨鸣集团变电站的备用电源，线路长度约3.0km。 三、主接线方式及主要设备选型
浅析数字化变电站继电保护适应性
浅析数字化变电站继电保护适应性 发表时间：2017-09-19T11:24:03.340Z 来源：《电力设备》2017年第13期作者：孟云尹德强 [导读] 摘要：在社会经济快速发展环境下，人们生活与生产中对电能的需求量日渐增多，同时对电力系统稳定、安全与可靠等要求也随之提高。 （日照供电公司山东日照 276826） 摘要：在社会经济快速发展环境下，人们生活与生产中对电能的需求量日渐增多，同时对电力系统稳定、安全与可靠等要求也随之提高。为了适应发展的需要，我国积极建设数字化变电站，其中最为关键的装置便是继电保护。但根据调查可知，数字化变电站继电保护的现状不容乐观，特别是其适应性问题较为严重。 关键词：数字化；变电站；继电保护；适应性 一、数字化变电站的继电保护 1.1数字化保护装置 现阶段，大部分变电站采用传统的微机保护装置，而这类装置的数字电路的核心一般是微处理器，信息传输工作依赖于模拟信号，信号转换工作容易产生误差，因此传统的微机保护装置的可靠性并不强。数字化变电站采用了先进的数字信号技术，信息传输任务由可靠性高的数字信号完成。与传统的变电站相较，数字化变电站的运行速度更快、稳定性更强。 1.2保护装置可靠性分析 作为电力系统的核心成分，变电站系统的安全防护工作极为重要，而继电保护装置是确保电站安全运行的关键因素之一。随着数字自动化技术的不断进步，相信在不久的将来我国将大规模普及数字化变电站，这就要求技术人员尽快提升继电保护系统的可靠性。目前，继电保护装置元件主要有互感器、合并单元、传输介质、交换机以及同步时钟源等。通过查阅相关文献以及调查报告，认为现有各类变电站继电保护元器件的可靠性较高，其为数字化变电站的普及创造了有利的条件。 二、保护装置的可靠性 变电站的完整系统中，继电保护装置无疑是相当重要的一个部分。继电保护可靠性要求往往较高。一般而言，继电保护装置相关元件的可靠性将会影响整个变电站继电保护装置的适应性。现阶段大部分继电保护装置的元件可靠性是较为符合标准的，如表1所示。 三、数字化变电站继电保护适应性 3.1在过程层组网方案方面 对于以太网而言，其结构主要分为三种，即：总线型、星型与环型。数字化变电站过程层网络对安全性、可靠性、经济性与拓展性等均有较高的要求，其中最为关键的指标便是安全与稳定。通过调查可知，当前，数字化变电站组网方案中常见星型结构，其可靠性主要受网络交换机的影响，如果其出现故障，则会影响网络的稳定、有序与安全。为了改变此情况，数字化变电站过程层网络应积极利用智能电子设备、双网冗余装配，同时要对网络展开全方位的监控，以此保证异常情况的及时发现与有效处理。 对于数字化变电站而言，其过程层与间隔层中传送的数据类型具有丰富性，主要为采样值与变电站事件报文等，二者最为凸出的特点便是实时性，同时后者还具有明显的不确定性，一旦系统出现异常，则会增加其信息量。为了保证数据传递的质量与效果，防止通道堵塞等问题的出现，在构建过程层网络时，应采用相关的先进技术，如：虚拟局域网划分及组播注册协议等，并且要加强信息流管理水平，采用优先级分类方法，以此保证信息流传送的实时性与有效性。与此同时，在对过程层组网进行试用时，应对不同的组网方式进行尝试，以此丰富组网经验，同时也利于提高系统运行维护的质量。 3.2在电子式互感器及通信网络方面 首先，配合使用问题。当前，我国数字化变电站建设中采用了各异的电子式互感器，主要体现厂家、供能、原理等方面，其中供能方式主要有两种，一种为有源式，另一种为无源式；而原理包括光学原理与线圈原理。虽然建设实践中，涉及的电子式互感器均满足国家的相关标准与要求，但由于原理、厂家各异，导致其各指标有所不同，如：处理延时、量程等。通过实验分析可知，不同厂家所提供的电子式互感器，延时可达到0.5ms，而此误差直接影响着继电保护，为了避免此问题的出现，在实践中应对电子式互感器展开全面的检测，同时也可增加延时补偿功能。经实验测量显示，不同厂家电子式互感器在量程方面有所不同，而此问题会降低保护装置的性能，严重情况下，还会引起保护误动作，因此，实践中应尽量选用同一厂家提供的设备。 其次，保护动作实时性。与常规变电站相比，数字化变电站的过程层组网方式具有特殊性，主要体现在较长的保护动作时间，导致其延时增大的因素主要包括电子式互感器处理延时、保护装置设置了时间裕度、网络延时等，为了缩短此时间，可采取以下措施：一是采用先进的技术，控制电子式互感器的延时时间；二是借助合理的保护算法，减少数据处理时所需时间；三是调整过程层网络结构，通过进一步优化与改进，以此增强网络通信的实时性。 最后，数据畸变问题。此问题可能引起采样数据畸变，通常情况下，如果数据出现异常，电子式互感器便可对故障进行判断，此时主要是借助相关单元提供的采样数据实现的，但受畸变影响，采样数据仍处于有效状态，此后保护装置难以发现异常，随之便会出现误动作。为了避免上述情况的出现，保护装置应拥有判别畸变数据的能力，在实践中应结合运行的具体情况，设置适合的时间范围，同时，入
浅谈数字化变电站的应用
浅谈数字化变电站的应用 隨着经济技术的发展，我国的电力系统在不断地发展，但是传统的自动化变电站已经不能满足现在的需求，还存在很多的不足，而数字化变电站在近几年得到了长足的发展，也必将成为未来电网和电力市场的主旋律。数字化变电站技术较以往的自动化技术相比有自身的独特优势，本文就数字化变电站的情况做简要的介绍。 标签：数字化变电站智能化应用 随着变电站综合自动化系统、基于微机数字信息的二次设备的不断推广和普及，现有变电站已经具备了一定的数字式和自动化特征。做为变电站自动化技术的提升，数字化变电站也有其自身发展的过程，随着智能化开关、光电式互感器、一次运行设备在线状态检测等技术逐步成熟，数字化变电站已经比较完善，能够逐渐实现资源的共享；从长远看，随着一次设备智能化的进步，数字化变电站还应该有所提升，比如提高数字变电站的自我检修功能等等，很多方面还有很大的提升空间。 1 数字化变电站的主要特点 1.1 一次设备智能化 微处理器和光电技术是一次设备的信号回路和控制回路主要采用的技术，在采取此技术后，传统的导线连接不再被使用，连接主要通过数字程控器及数字公共信号网络得到实现。主要包括：电子式电流/电压互感器、智能型断路器/隔离开关、智能型变压器以及其它数字化的辅助设备。利用这些设备可以实现变电站的智能化运转，会大大地提高变电站的工作效率。 1.2 二次设备网络化 二次设备间用通信网络交换模拟量、开关量和控制命令等信息，这种网络化可以让变电站的资源共享度提高，是一次设备智能化的提升和补充。标准化、模块化的微处理机是变电站内二次设备设计制造的基础，高速网络通信是设备之间连接的主要通道，数据和资源的共享通过网络通道得到了实现一次设备和二次设备间用光纤传输数字编码信息的方式交换采样值、状态量、控制命令等信息。一次和二次设备之间的网络通信主要采用电气量采样值、跳合闸命令、状态信号及故障告警信号等三种数字化方式传输。所以两种设备间的智能化和网络化是相辅相成，共同工作的。 1.3 运行管理系统自动化 目前我国的电力变电站已基本普及了变电站自动化管理系统，实现运行管理系统的自动化。变电站运行管理自动化系统应包括电力生产运行数据、状态记录
变电站设计开题报告
毕业设计（论文） 开题报告 题目古宁城35KV变电站的电气设计 学生姓名艾昕学号2011109831 专业电气工程及自动化班级20111098 指导教师贾智彬 评阅教师贾智彬 完成日期年月日
古宁城35kV变电站的电气设计 学生：艾昕 指导教师：贾智彬 （三峡大学电气与新能源学院） 一、课题来源 本课题为三峡大学电气与新能源学院电气工程及自动化专业毕业生毕业设计课题，该课题名称为古宁城35kV变电站的电气设计，课题基本信息如下：古宁城35kV变电站位于内蒙古宁城县开发区，变电站是为开发区提供电能，占地面积1500m2，设计容量为31.5×2 MVA，电压等级为35/10.5 kV。一回由距离15公里的城东110kV变电站提供电能，另一回由距离10公里的宁西110kV站提供，10KV出线8回。该变电站主要给开发区各企业提供电能。全区用电负荷60MW，每回按照7.5MW，最小负荷按照70%计算，负荷同时率取0.85，功率因素取0.8，年最大利用小时数4200小时/年，所用电按1%来取；气象条件最高气温35℃，最低气温-20℃，全年平均气温5℃。 二、本课题研究的目的和意义 目前发达国家电力技术发展比较成熟，都已经走向输电超高压化，变电所值班无人化，继电保护智能化等。而我国电力行业发展虽有了明显的进步，但与许多国家相比发展进度还比较迟缓，有许多的漏洞和问题。我国现在所设计的常规变电所最突出的问题是设备落后，结构不合理，占地多，投资大，损耗高，效率低，尤其是在一次开关和二次设备造型问题上，从发展的观点来看，将越来越不适应我国城市和农村发展的要求。所以，这就需要我们新一代的接班人努力研究、开拓创新，将问题减少，使我国电力技术的发展走向世界的前列。 我选择设计本课题，是对自己已学知识的整理和进一步的理解、认识，学习和掌握变电所电气部分设计的基本方法培养独立分析和解决问题的工作能力及实际工程设计的基本技能。同时也是大学几年所学的有关理论知识，结合相关的参考资料，对所有知识的一次综合运用，把理论知识和实践相结合，根据国家电力行业相关规范，开拓新思维，总结和反映大学的收获，也起一个很好的见证。 35kV变电所是电力配送的重要环节，也是电网建设的关键环节。变电所设计质量的
数字化变电站继电保护系统可靠性设计技术研究
数字化变电站继电保护系统可靠性设计技术研究 发表时间：2017-11-03T16:37:15.543Z 来源：《电力设备》2017年第18期作者：张卫[导读] 摘要：在电力系统中，数字化变电站在不断创新和发展。数字化变电站实现一次电气设备、二次电子装置的通信数字化，并实现统一的全站数据通信和数据模型平台，并在此平台上完成智能装置间的互相操作性。继电保护系统是数字化变电站的重要组成部分，对于变电站设备的安全稳定运行起到了重要的支撑作用，同时能够有效现实设备故障问题的扩大与影响。本文探讨分析了数字化变电站继电保护 系统可靠性设计技术的相关内容，旨在提供一定的参（上海久隆电力（集团）有限公司设计分公司 200040）摘要：在电力系统中，数字化变电站在不断创新和发展。数字化变电站实现一次电气设备、二次电子装置的通信数字化，并实现统一的全站数据通信和数据模型平台，并在此平台上完成智能装置间的互相操作性。继电保护系统是数字化变电站的重要组成部分，对于变电站设备的安全稳定运行起到了重要的支撑作用，同时能够有效现实设备故障问题的扩大与影响。本文探讨分析了数字化变电站继电保护系统可靠性设计技术的相关内容，旨在提供一定的参考与借鉴。 关键词：数字化变电站；继电保护系统；可靠性设计 1数字化变电站继电保护系统可靠性设计技术研究 1.1保护单元失效的可靠性设计 通常继电保护系统保护单元失效均会导致停电检修，一次系统故障状态下的失效则会导致电网事故扩大。基于信息共享，则提出采用共享后备单元（SBPU）实现保护装置失效的后备。 当各保护单元工作正常时，SBPU并不采集数据。当某保护单元工作异常或失效时，由保护管理机检测到该单元异常时启动共享备用保护单元，并下载失效对象间隔的保护定值，此时备用保护单元可启动采集该间隔的数据，自动承担失效单元的保护功能，从而做到在线不停电的保护功能恢复。这一方案的优点在于：（1）环必对每个保护装置采用双重化配置即可实现保护装置的冗余，提高保护系统可靠性，特别适合于中低压电网未采用双重化配置的情况；（2）踩护装置失效时，不必马上停电检修处理，适用于无人值守变电站。（3）各间隔的数据送往备用单元无需电缆连接，仅采用光纤传输数字信号，实现备用容易、成本低。 1.2数字互感器失效的可靠性设计 数字化互感器是数字化变电站的主要特征，但电子/光电式数字互感器集成了多个电子模块，且工作在恶劣的电磁环境下，失效的概率有所增加。因此，提出采用信息冗余的软后备方案解决数字互感器失效的互感器后备方案。下图1是假设回路2互感器失效该回路数据由其他回路获取的信号流图。 图1 SB方案信号流图 在上图1中，当间隔2的保护单元检测到相应的互感器异常或失效时，该间隔的保护单元可向间隔1合并器和间隔3合并器申请传送线路L1和L3的电流，通过网络获得相关回路的电流采样值后用于代替L2的电流。此时保护单元2仍然间接获得了L2回路的电流数据，通过数据分析处理仍然维持对L2回路的保护功能。由上可见，这种后备方式无须添加硬件设备，仅通过软件功能的调用和信号传递方向的改变即可实现后备功能。 2数字化变电站继电保护系统可靠性保护策略 2.1与不同电子式互感器配合分析 通过对数字化变电站中电子式互感器的应用研究可知，电子式互感器具有多样性，根据功能方式，可以分为无源式和有源式两类电子式互感器，而根据原理标准划分，可以分为基于光学原理及基于Rogowski线圈原理电子式互感器，由此，电子式互感器的量程、延时处理等也会发生相应的变化。 首先，延时方面。为了有效避免由于测量延时误差对机电保护装置的影响，在其应用之前务必要进行检验电子式互感器测量延时，及时发现延时差异，并进行相应补偿，有效解决延时误差。其次，量程方面。测量值超出电子式互感器的输出量极限时，波形极易出现畸形。如果选择的电子式互感器量程不同，当测量值超出一定范围，即便是同一个测量值也会得出不同的结果，在实际应用过程中，会造成继电保护装置误动作情况。因此，为了避免量程对继电保护的产生不良影响，提高继电保护装置可靠性，应尽量选择同一厂家生产的相同型号电子式互感器，从源头上避免这一问题。
浅析数字化变电站电气二次设计
浅析数字化变电站电气二次设计 发表时间：2016-11-30T13:51:04.793Z 来源：《电力设备》2016年第18期作者：李学纯 [导读] 笔者结合自身多年的变电站工作经验，探讨有关数字化变电站的运行内容，系统分析变电站电气二次设计，以供参考。 (大理电力设计院有限责任公司云南大理 671000) 摘要：在电力系统中，变电站是重要的组成部分，且伴随电力系统数字化的深入发展，变电站内部也逐渐形成了数字化应用的结构，很大程度上提升了变电站运行的自动化程度，确保电力系统供电的质量。笔者结合自身多年的变电站工作经验，探讨有关数字化变电站的运行内容，系统分析变电站电气二次设计，以供参考。 关键词：数字化;变电站;二次设计 在电力系统中，变电站是其中重要的组成部分，而数字化的应用也成为其未来发展的方向之一。众所周知，数字化在变电站中的应用，能够保障变电站收集信息、传输信息与处理信息，而数字化的设备与技术保障了这些流程的数字化运行，大大提高了运行质量与效率。而二次设计占据着数字化电气设计的重要内容，本文对此进行探讨，分析数字化变电站电气的二次设计。 1数字化变电站概述 随着我国经济与科技的高速发展，我国数字化变电站在各种技术中取得了实质性的突破，如仿真技术、综合自动化技术、电子式互感器技术等等，这些技术的发展也为我国数字化变电站设计建设及发展打下技术性基础。而在计算机网络方面，高新技术也取得了较大程度的突破，这又为我国变电站的数字化发展带来了更大的契机。数字化变电站在运行中需要对其信息进行收集、传输以及处理，最终输出信息，渗入了数字化技术与设备的使用以后，这一流程与功能的实现将更为高效[1]。与传统的变电站相比，数字化变电站展现了较大的优势，比如智能化设备的补充、通信协议以及模型的统一、通信确保了网络化、运行管理工作也确保了自动化。 在数字化变电站运行过程中，其基础的组成包括了一次设备与二次设备智能化，而拥有智能化功能的设备能够实现相互之间命令及状态的交换与控制，同时本身的自我检测能力更具备了较高的性能，对自身的运行状态、数据信息的传输处理等功能有极速检测以及自动化作用，处理数据信息以后，还能对设备运行过程中是否面临维修问题进行准确的判断。 2数字化变电站电气二次设计中的注意事项分析 2.1线路保护 线路的保护由三部分组成，分别是分相电流差动保护、过流保护以及距离保护。分相电流差动保护会出现误动的情况，其原因主要是电磁式互感器存在的饱和状态，但在电子式的互感器中，又具备了一定的非饱和特征，因此就直接将以上问题解决。距离保护则是保证电流非周期分量的功能，通常情况下，电磁互感器不能本质上去改变非周期分量，于是使得测距的误差越来越大，针对这一情况的解决，比较常用的方式是加大数据窗，但这种常规方式又同时会降低距离保护的速度，形成了新的问题。而电子式互感器则能够通过对微分方程原理阻抗算法算段数据窗的充分利用，达到提高距离保护速度的目的，于是成功解决上述问题[2]。众所周知，电磁式互感器一旦出现了饱和的状态，那么就会对反时过流保护在动作操作上与时间控制上都产生较大的影响，延长了动作保护时间，而由于受到相角精准度的影响，在电磁式互感器出现饱和的情况下，还难以保证相角得到更为准确的定位，这也就是二次电流畸变的情况。在数字化技术的应用下，这一难题也得到了很好的解决，选择无饱和与特性相似的不同常规互感器交换并应用数字化技术功能即可。 2.2数字化低周保护 数字化应用下的低周保护与传统应用相比有着巨大的优势，而最为重要的区别与优势还在于数字化低周保护不用信号电缆，它是通过在单元位置就可以接受到母线电压，同时精准计算出对应的频率，于是通过报文的方法输出是否出现跳闸等命令。如果是10kV间隔设置自动投退的低周压板，那么就要密切地参考其对应的调度值，并提早对某一个出口跳闸投退进行设置，从而更好地发挥其本身的应用与功能[3]。 2.3母差保护 对于母差保护数字化设计，在进行的过程中通过对母差子站模拟信号的转化，确保数字信号的应用。母差保护是对已经具有的母差保护改变成为主站与子站两个部分的新的母差保护，但要确保间隔数字化设计完成，就必须逐一地将电流与电压各个单元与母差保护的主站相联，随后进行GOOSE的输入，从而达到连接网络的目的。 2.4电气安全 进行数字化变电站电气二次设计，既要确保整个设计工作的专业科学性，同时还要预防各种影响安全的事故发生，保障供电企业得以稳定地运行。所以电气二次设计工作，必须采用安全防误装置，且将其与变电站系统进行同时的施工，同时投入运行，才能实现其应有的防护功能。 3数字化变电站电气二次设计 3.1选用智能设备 数字化变电站电气智能设备包含了电子式互感器、二次设备以及智能开关等，在众多的对象中只有二次设备具有一定的选择性特性，且必须采用网络化设备。另外，如电子式互感器则包括了两种方案，无源电子式互感器和有源电子式互感器。在当前现代化技术发展阶段，我国很多变电站设计均采用有源电子式互感器。再比如智能开关，我国较多的变电站当前使用的是智能终端，并配合过去传统的开关相组合结合使用。 3.2通信规约 数字化变电站网络层也由两个部分组成，分别是站控层与过程层，前者包括了两种通信规约方法，如103规约和IEC61850通信规约，后者则只有IEC60044-8通信规约。在这些类别的通信规约中，103规约是过去传统中大量使用的服务方式，而在当前的变电站站控层网络中普遍采用IEC61850通信规约。如果是数字化变电站，大多也采用IEC61850通信规约，也有的将两者之间组合应用。 3.3设计组屏方案 数字化变电站的组屏方案设计和过去传统的相比有着较大的区别，在功能上看，数字化变电站组屏方案更齐全，操作便捷，而且针对
数字化变电站应用论文
数字化变电站的应用研究 【摘要】在建设坚强智能电网的大背景下，数字化变电站建设引起了研究人员的广泛关注。本文对数字化变电站的基本结构、关键技术和调试工作进行了综述。首先给出数字化变电站的定义，介绍了数字化变电站的四个基本特征。然后，根据iec 61850标准规范，从物理和逻辑两个角度入手，对数字化变电站的基本结构进行详细阐述。给出了数字化变电站建设中涉及的关键技术，并在传统变电站调试规范的基础上，介绍了数字化变电站的试验和调试工作，最后指出今后数字化变电站的发展方向。 【关键词】数字化变电站；iec 61850标准；非常规互感器；调试技术 abstract：in the construction background of smart grid, the digital substation construction has attracted much more attentions. the basic structure, key technologies and debugging work are reviewed in this paper. firstly, the definition of digital substation was introduced, and its four basic characteristics were proposed. and then according to the iec 61850 standard, the basic structure of digital substation was presented in detail from the physical and logical fields. the key technologies were described, and then the test and debugging work were presented based on traditional substation debugging specifications. finally,
我国变电站设计的研究与发展趋势
我国变电站设计的研究与发展趋势 摘要分析我国变电站的设计和发展趋势，得出数字化变电站的设计前景应该是以数字化、智能化和自动化为基础的，以全面控制为依托，向着更适合供电实效性的方向发展。 关键词变电站自动化；现状；趋势 随着经济的发展，我国电力系统建设已经成为一个值得探讨的问题，根据我国变电站的发展情况以及我国的国情来看，我国的变电站设计的发展趋势。变电站综合自动化系统技术经过10余年的发展，尤其是计算机及网络技术的迅速发展，电力系统的变电技术也有了新的飞跃，我国变电站设计出现了一些新的趋势。 1我国变电站设计趋势分析 随着制造厂生产的电气设备质量的提高以及电网可靠性的增加，新型的变电站自动化系统。必须有安全可靠的保障，检修时间少，更换部件费时短。为了进一步控制工程造价，提高经济效益。经过专家反复论证，我国少量变电站设计简化接线新方案已经逐渐采用。简化接线方案集中在这些方面：我国330 kV/500 kV 电压为主网架的大区电网已经形成，500 kV/330 kV电压等级的接线较多采用3/2断路器接线。但现在有些设计院提出：根据工程情况，也可以采用不同的线路进行变电设备装置，主要是考虑到线路的可靠性和建设的投资问题。电力建设工程中，超高电压等级330 kV/500 kV变电站自动化系统占有重要的地位。有关部门对此也极为重视，专门出台了超高电压等级，变电站自动化系统的模式化方案并以推广实施，大大提高了变电站建设的现代化水平，降低了变电站建设的总造价成本，这已经成为不争的事实。目前，变电站设计技术虽然趋于成熟，但是电力建设的发展永无止境，为了更好地服务社会，建立更为广袤的供电体系，变电站技术控制必须向着更为经济合理、先进自控的方向发展，以最快地自动化、数字化进程来进行技术调整和发展应用调整。 2我国变电站发展趋势 随着近几年来计算机技术的不断提高，国内变电站的不断发展，变电站发展已经越来越快，为了适应新时代对变电站技术的要求，变电站必须进行技术改革，向着更为精准、自动化的有调控能力的方向发展。目前我国变电站的发展趋于表现在以下几个方面。 2.1数字化 数字化变电站的研究，已从实验室进入实际工程应用阶段，变电站自动化技术发展，是具有里程碑意义的一次变革。变电站自动化系统的各方面将产生深远的影响。数字化变电站主要的特征就是一次智能化设备，二次网络化设备，符合IEC61850标准。一次智能化设备和二次网路化设备从中充分体会到数字化变电
我国数字化变电站发展现状及趋势
我国数字化变电站发展现状及趋势 作者：全国电力系统管理及其信息交换标准化技术委员会何卫来源：赛尔电力自动化总第80期 数字化变电站技术是变电站自动化技术发展中具有里程碑意义的一次变革，对变电站自动化系统的各方面将产生深远的影响。数字化变电站三个主要的特征就是“一次设备智能化，二次设备网络化，符合IEC61850标准”，即数字化变电站内的信息全部做到数字化，信息传递实现网络化，通信模型达到标准化，使各种设备和功能共享统一的信息平台。这使得数字化变电站在系统可靠性、经济性、维护简便性方面均比常规变电站有大幅度提升。 数字化变电站在我国发展迅速，从1995年德国提出制定IEC61850的设想开始，中国就一直关注IEC61850的发展。全国电力系统管理及其信息交换标准化技术委员会自2 000年起，将对IEC61850的转化作为工作重点之一。从CD（委员会草案）到CDV，从F DIS到正式出版物，标委会及其工作组专家密切跟踪IEC标准的进展，用近5年的时间，二十多位专家的辛勤工作，完成了IEC61850到行业标准DL/T860的转化。 标准转化的同时，国内顶级设备制造商如南瑞集团、北京四方、国电南自、许继电器等同步开展了标准研究和软硬件开发。2006年以来，相继有采用IEC61850标准的变电站投入运行，从110kV到500kV，从单一厂家到多家集成，国内对数字化变电站工程实践的探索正在向纵深发展。 在国调中心的领导下，从2004底开始，标委会成功组织了6次大规模互操作试验，极大地推动了基于IEC61850标准的设备研制和工程化。 为规范IEC61850在国内的有效有序应用，2007年，标委会将DL/T860标准工程实施技术规范纳入工作计划，并迅速组织有关专家进行起草，经广泛征求意见，2008年该规范通过标委会审查报批。成为指导DL/T860标准国内工程实施的重要配套文件。 目前，国内各网省公司都进行了数字化变电站试点，对DL/T860标准的应用程度和技术水平各不相同，有单在变电站层应用DL/T860的，也有在过程层试验的，还有结合电子式互感器应用的；有单一厂家实现的，也有多达十多加设备制造商参与的。数字化变电站的试点已经较为充分，现在应该到了总结成功经验、探讨发展策略的时候了。
数字化变电站简介及常规检测 周利明
数字化变电站简介及常规检测周利明 发表时间：2018-01-26T17:56:38.217Z 来源：《电力设备》2017年第27期作者：周利明丁洪波 [导读] 摘要：本文主要介绍了数字化变电站的定义、特点，数字化变电站检测专用仪器的使用及常规检测项目开展及注意事项。 (云南电力技术有限责任公司云南昆明 650061) 摘要：本文主要介绍了数字化变电站的定义、特点，数字化变电站检测专用仪器的使用及常规检测项目开展及注意事项。为数字化变电站的了解及检测项目的开展提供参考。 关键词：数字化变电站；检测；光数字测试仪 随着智能化开关、光电式电流电压互感器、一次运行设备在线状态检测、变电站运行操作培训仿真等技术日趋成熟，以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用，越来越多的地方建了数字化的变电站，部分新能源如风电场、光伏电站的升压站也建成了数字化升压站，对于数字化变电站的学习及检测有必要加强。 1数字化变电站介绍 1.1数字化变电站的定义 数字化变电站是指按照站控层、间隔层、过程层构建，过程层采用具有数字化接口的智能一次设备，以网络通信平台为基础，采用DL/T860 数据建模和通信服务协议，实现了变电站监测信号、控制命令、保护跳闸命令的数字化采集、传输、处理和数据共享，可实现网络化二次功能、程序化操作、智能化功能等的变电站。 1.2数字化变电站的特点 通过光纤通讯来传递信息，取代原来复杂的二次电缆，可以节省大量投资；电缆很少，方便做好防火措施，可以降低火灾风险；可以减少电缆施工、接线等大量工作量，缩短工程时间；二次机柜内二次接线很少，机柜内看着很整洁；可以避免电缆带来的电磁兼容、传输过电压和两点接地等问题。 用电子式（或光）互感器解决传统互感器的固有问题，电力互感器是电力系统中的一种测量传感器，负责基本参数的测量，为系统的计量、保护监控单元提供依据信号。传统互感器存在有功率损耗大、体积大、造价贵；因受铁芯磁饱和限制，通常在使用时，将测量用电流互感器与保护用电流互感器分开处理；当短路电流过大，致使电流互感器铁芯饱和而使电流信号畸变等缺点。电子式互感器有简单的绝缘结构，优良的绝缘性能；消除了磁饱和与磁滞问题；二次侧无开路危险，抗电磁干扰性能好；体积小、重量轻、节约空间；适应电力测量和保护数字化、微机化和自动化发展的潮流等优点。从图1和图2可以得出电子式互感器还可以提高测量精度。 采用IEC61850通信标准，系统开放性高，按统一的通信协议传输，实现不同设备和不同功能的信息共享，解决了不同厂家间通讯兼容问题，变电站设备选型更加方便、实用，变电站的扩建、维修将更容易，不会受制于单一厂家。 通过智能终端对一次设备进行信息采集、传输、处理、控制，智能终端作为一个过程层装置，通过光纤GOOSE网或点对点的光纤连接接收相关联的间隔层设备的控制指令，完成对断路器等一次设备的操作，同时采集断路器等一次设备的相关状态信号通过光纤上送给间隔层设备。 合并单元，对一次互感器传输过来的电气量进行合并和同步处理，并将处理后的数字信号按照特定格式转发给间隔级设备使用的装置。通过合并单元实现电流、电压的采集及数据共享。 2数字化变电站检测及注意事项 数字化变电站检测项目和常规变电站差异不大，但是需要使用专门的检测仪器，如光数字测试仪、数字保护测试仪等专门的数字化检测设备。 2.1光数字测试仪的使用 DM5000H手操光数字测试仪，可以模拟合并单元输出标准的光数字报文，对光数字保护测控装置进行测试。 检测使用一般步骤： 1）导入文件。找到最新的SCD文件，安装SD卡内的工具软件转换成KSCD文件，不转换的SCD文件无法导入测试仪，转换好后存入SD卡，打开测试仪，导入对应KSCD文件，（设置—全站配置文件—Enter—导入—选择文件Enter—ESC 后自动导入）。 2）导入成功后，选择该KSCD文件，进行参数设置，选择基本设置（根据实际参数修改PT、CT变比）。 3）基本设置—SMV发送设置（SMV类型：选择 IEC 61850-9-2；交直流设置—所有通道都是交流，确有直流量对应修改；SMV发送1—光口1（与实际接入的光口对应。 4）SMV测试：选择导入IED—选择需要测试的测控装置—确认—导入本IED—作为被测对象导入—Enter —导入完成—ESC （可在SMV发送设置里看到SMV发送列表）。 5）电流电压功能：密码（654321）进入设置页面，设置好电流电压值、角度、步长等参数，全部发送，根据实际需求改变参数完成测试。 6）B码对时：系统设置（光串口接收设置—正向B码/反向B码/正向PPS/反向PPS），光串口接收信号定义（正向、反向）修改以上两个参数，进入B码对时界面确认对时正常。 2.2常规检测项目 测控装置遥测采样精度测试，使用DM5000H加量，将需要检测的装置IED导入，作为被测对象导入，进入‘电压电流’项目，输入密码，根据试验要求设置电压电流的步长，修改角度，‘发送SMV’,在测控装置上记录电压、电流、有功、无功一次值，同时观察后台数据是否正常。记录时应观察数据是否满足要求，不满足要求，应检查装置、仪器变比等参数是否设置一致。如后台数据不正常，检查画面测点是否链接正确，变比等参数是否正确。 测控装置遥信核对，使用DM5000H加量，将需要检测的装置IED导入，作为被测对象导入，进入‘电压电流’项目，输入密码，按F1切换为GSE项目，选择检测的遥信信号，手动改变遥信信号的状态，检查后台信号变位及报警是否正确。 测控装置遥控试验，进入‘设置’—基本设置—GOOSE发送设置—添加GOOSE—从全站配置中选择GOOSE—选择所在IED—Enter—
Bentley变电站三维数字化设计应用[详细]
Bentley软件在变电站三维数字化设计方面的应用与探讨 三维数字化设计是未来变电工程设计的趋势,通过精细化协同工作,能够大幅提高设计质量和效率.通过工程应用中的实际经验,总结了三维精细化设计的特点.同时,Bentley软件在变电站三维数字化设计中具备特有的优势,随着三维模型 的积累以及软件的不断改进,将会引领未来变电工程设计、建造和管理等全寿命周期的数字化革命. 关键词:Bentley软件;变电工程;三维数字化;协同设计;应用 Discussion on the Application of Bentley Software in Substation 3D Nu 米erical Design RAN Rui-jiang State Nuclear Electric Power Planning Design & Research Institute,Beijing 100095,China) Abstract:3D Nu米erical Design is the trend of the future substation design. Through elaborate and coordinated work, the quality and efficiency of design has been greatly i米proved. With the practical engineering experience, the characteristics of the 3D Nu米erical Design are su米米arized. Besides, the Bentley software has special advantages in the 3D Nu米erical Design. With the accu米ulation of 3D 米odels and i米prove米ent of the Bentley software, it will definitely guide the 3D Nu米erical revolution of design, construction and 米anage米ent in the substation whole-life cycle span. Key words:Bentley software; substation engineer; 3D Nu米erical; coordinated design; application 引言 目前,变电工程的设计普遍采用的是二维设计手段,是依赖设计者的空间想象力和制图技能完成空间设计的,对工程总体空间布置的经济技术比较和优化缺乏控制,很难适应坚强智能电网的要求[1].这种设计方法对设计质量缺乏高效的控制,工作效率较低,难以适应精细化和信息化的需求. 而当前电网业主已明确提出三维设计和数字化移交的要求.采用三维设计和数字化移交有着以下重要的意义. (1)可以做到精细化设计,方便地进行三维空间的安全距离校验和材料统计,避免碰撞. (2)可适应专业间协同设计,各专业通过一个设计平台进行设计,提高了不同专业配合的效率,避免接口过程带来的错误.
变电站数字化设计体系制度的研究
变电站数字化设计体系制度的研究 发表时间：2019-06-13T08:45:52.803Z 来源：《电力设备》2019年第1期作者：王梦璕 [导读] 摘要：本文对三维数字化设计相关的组织架构、管理制度、流程体系、质量保证等各个环节进行探讨研究，阐述了数字化三维设计的流程再造，展望了数字化设计在工程建设应用的未来。 （中国电建集团江西省电力设计院有限公司江西南昌 330096） 摘要：本文对三维数字化设计相关的组织架构、管理制度、流程体系、质量保证等各个环节进行探讨研究，阐述了数字化三维设计的流程再造，展望了数字化设计在工程建设应用的未来。 关键词：变电站；数字化；三维设计；体系 0 引言 随着现代计算机技术的发展，以及工程的建设需求，数字化设计应用正越来越受到行业的重视，国家电网也下发了各项关于数字化设计的要求准则。为有效地规范三维设计在变电工程中的应用，充分发挥三维数字化协同设计在电力行业的优势，依托实际工程项目经验深入研究了紧密贴合生产过程的变电站数字化设计体系制度。 1三维数字化设计概况 自2018年7月国网院对35kV及以上变电站工程三维数字化设计提出明确要求，并已在全国进行了首批试点项目，目前全国有20多家电力设计院已开展三维数字化设计项目的建设，但各设计单位投资水平和建设深度不一，数字化设计的流程再造经行的也是参差不齐。 2三维数字化设计的组织保障 （1）总体保障 形成岗位责任明确、分类管理、管控结合的组织架构。设有专项部门，负责推动数字化技术的发展，同时管理建设工程数据库，并负责数字化设计相关的软硬件、网络及安全措施等保证工作。 （2）生产组织 对传统生产组织架构进行调整，建立了以“项目为中心，专业为基础、中心为保障”紧密贴合生产过程的矩阵生产组织架构。在该组织架构中，各相关部门的工作分工明确，职责划分清晰、完备，使数字化设计有效融入到了生产之中。设置工程的主管总工，数字化工程设总、数字化设计工程师岗位、主设人分类管理。 （3）专项措施 成立专项数字化支撑小组，除了日常维护工程数据库及数字化技术支撑外，针对实际项目工程，实行按月或根据工程实际进度，利用数字化手段对重大工程、试点工程进行数字化考量及审查，并形成检查报告。公布及发送给各项目设总，增强数字化设计质量把控。 3三维数字化设计组织结构 数字化设计组织体系及协同配合方法促进了多专业的协同设计和各专业的深度参与，同时保障了各专业间的协同工作高效、有序进行。建立各设计阶段数字化设计标准和流程，规范工程数字化设计数据结构。各专业部门是三维系统设计工作的生产基础单元，主要负责专业资源配置，并按项目要求高质量完成专业产品，实现三维系统整体设计，保证专业生产和质量。 数字化设计的组织模式：可由项目设总牵头负责整个项目的策划、组织、实施及成果移交等工作，具体工作执行由电气专业、结构专业、勘测专业、技经专业和数字化支撑专业五类人员协同完成。其中勘测专业人员主要数字化设计所需基础数据的采集入库，变电电气专业和变电结构专业人员主要负责变电的电气设计和结构设计任务，数字化中心专业人员主要负责整体权限的控制和数据库的维护。项目设总一般由业务主体部门指派，分管院领导批准通过。 4三维数字化设计生产组织责任关系 在数字化设计过程中，明确数字化设计参与人员的责任关系。当一人兼任两个岗位时应肩负两种职责；当一个岗位多人管理，可根据具体情况明确各自分工；副职协助正职工作；个人对分管的工作负责。 5三维数字化设计管理制度 规范三维数字化设计生产流程和保障设计质量，在软件平台基础和系统架构下，依托实际工程对三维设计相关的设计方法、流程、质量保证以及组织架构等各个环节进行深入研究，建立一系列符合自身情况的数字化设计配套管理规定、技术支撑标准、专业设计手册等标准文件，以保障数字化设计工作能统一有序地开展。 6三维数字化设计流程体系 严格按照数字化工程技术标准流程及要求，落实到各阶段各岗位，规范化数据库，标准化数字化工作流程，协同设计，分项管理，严格把控校审，确保工程信息模型实时性、完整性、准确性。主要过程如下：项目启动，项目策划，专业策划，创建协同环境，数据准备，协同设计，方案会审，深化设计，碰撞检查，固化模型，成果输出，工程交底，修改更新，数据化移交。 6.1项目定制设计流程 （1）总编制项目设计计划，并报分管院长审定；确定项目数据 库使用原则、项目控制权限及项目采用的编码系统，并报分管总工批准。 （2）数字化支撑工程师按照设总要求制定项目数字化设计数据 库管理构架以及项目控制权限，并报数字化支撑主任工批准。 （3）数字化支撑工程师按照第2点确定的管理架构及项目控制 权限原则进行数据库管理构架建立、完善项目数字化设计数据库结构，并经数字化支撑主任工批准。 （4）数字化支撑工程师在数字化设计全过程向各专业提供数据库支持。 6.2工程设计流程 （1）构建项目数据库 数字化支撑专业根据项目其它各专业要求，完善项目数据库数据，并上报项目设总审批。设总审批通过后，发布至各专业使用。（2）专业设计