关键词：110kV；变电站；自动化系统

Abstract: Substation automation is the main trend of 110kV substation development, involving computer, communication, control, detection and other fields of technology. Taking the 110kV substation of Jinan Weihua transformer substation as an example, this paper first gives the main design principles of the automation system, designs the whole system from the station control layer, the interval layer and the process layer, and also plans the main functions of the automation system in detail.

Keywords: 110kV; Transformer substation; Automation system

  引言

110kV变电站自动化系统进过近几年的建设，已经趋于成熟，并对整个国家电力的发展有着积极的作用^[1-2]。110kV变电站自动化系统是一种危机保护系统，整合二次回路中继电器与逻辑回路，能够简化控制监管工作与节省管理人力的投入。110kV变电站自动化系统有着自动化程度高、系统运行可靠性高、信号采集功能快速高效、继电保护功能独立性高、经济效益好等诸多优点^[3-4]。但是110kV变电站自动化系统依赖于继电保护与监控系统通讯可靠性，网络结构合理性和监控全面性尤为重要^[5]。

本文以济南魏华变电站110kV变电站为例，给出自动化系统的主要设计原则，并从站控层、间隔层、过程层按照“三层两网”的结构对系统进行设计，还详细规划自动化系统中的保护、测控、计量等主要功能。

2  济南魏华变电站概况

魏华110kV变电站站址位于济南市市中区，分别由王府庄220kV变电站及许寺220kV变电站提供电源（如图1所示）。主变压器容量3×63MVA；110kV进线2回，10kV出线42回；感性无功配置2×6MVar电抗器，容性无功配置3×4.8MVar电容器。魏华110kV变电站为终端变电站，110kV没有穿越功率，输送容量按3台主变总容量189MVA计算，额定电流为1042A。10kV母线输送容量按1台主变容量63MVA计算，额定电流为3637A。并且考虑到系统发展，电气设备的短路电流取值如下：110kV电压等级：40kA；10kV电压等级：主变进线及分段40kA、出线31.5kA。

图1 魏华110kV变电站接入系统示意图

3  变电站自动化系统设计原则

魏华110kV变电站自动化系统的设备配置和功能要求按无人值班、智能变电站模式设计，主要设计原则如下：

（1）采用开放分层分布式网络结构，由站控层、间隔层、过程层以及网络设备构成。站控层设备按变电站远景规模配置，间隔层和过程层设备按工程实际规模配置。

（2）变电站自动化系统统一组网，信息共享，通信规约采用DL/T 860（IEC 61850）通信标准，实现站控层、间隔层二次设备互操作。

（3）变电站内信息具有共享性和唯一性，变电站自动化系统主站与远动数据传输设备、防误系统信息资源共享，不重复采集。

（4）变电站自动化系统实现全站的防误操作闭锁功能，实现顺序控制、智能告警、支撑经济运行等高级功能，完成对全站设备的监控，不再另外设置其它常规的控制屏以及模拟屏。

（5）变电站自动化系统具有与电力调度数据网的接口，软、硬件配置支持联网的网络通信技术以及通信规约的要求。

（6）向调度端上传的保护、远动信息量执行现有相关规程。

（7）变电站自动化系统网络按照《电力二次系统安全防护规定》执行。

4  自动化系统网络结构

变电站自动化系统符合DL/T 860，在功能逻辑上由站控层、间隔层、过程层组成。站控层由主机兼操作员工作站、远动通信装置等构成，提供站内运行的人机联系界面，实现管理控制间隔层、过程层设备等功能，形成全站监控、管理中心，并与远方监控/调度中心通信。间隔层由保护、测控、计量等若干个二次子系统组成，在站控层及网络失效的情况下，仍能独立完成间隔层设备的就地监控功能。过程层由互感器、合并单元、智能终端等构成，完成与一次设备相关的功能，包括实时运行电气量的采集、设备运行状态的监测、控制命令的执行等。具体网络结构图如图2所示。

图2  魏华110kV变电站自动化系统网络结构

（1）站控层、间隔层网络

站控层设备通过网络与站控层其它设备通信，与间隔层设备通信，传输MMS报文和GOOSE报文。

间隔层设备通过网络与本间隔其他设备通信、与其它间隔层设备通信、与站控层设备通信；传输MMS报文、GOOSE报文。在站控层网络失效的情况下，间隔层能独立完成就地数据采集和控制。

间隔层/间隔层网络采用单星型以太网络。

（2）过程层网络（含GOOSE和SV网络）

过程层网络完成过程层装置与间隔层设备之间、间隔层设备之间以及过程层设备之间的通信，传输GOOSE报文及SV报文。

1）110kV间隔内过程层设备GOOSE、SV报文共网传输，主变压器10kV过程层设备接入110kV过程层网络。

2）集中设置2台过程层中心交换机，组建单以太网络，实现故障录波、网络记录分析装置GOOSE、SV报文的传输。

3）10kV不设置过程层网络，GOOSE报文通过站控层网络传输。

5  自动化系统功能

根据国家电网公司“调控一体化”建设模式的需要，遵照“告警直传，远程浏览，数据优化，认证安全”的技术原则，按照调自[2012]101号《关于印发<变电站调控数据交互规范（试行）>的通知》的要求，同时按照DL/T 5003-2005《电力系统调度自动化设计技术规程》、DL/T 5002-2005《地区电网调度自动化设计技术规程》的规定，确定监测、监控范围包括各电压等级的断路器以及隔离开关、电动操作接地开关、主变中性点隔离开关；主变压器的分接头调节及10kV无功补偿装置自动投切；站用电控制及站用电源备用自投；直流系统和UPS系统；通信设备及通信电源告警信号；图像监视及安全警卫系统的报警信号。

测控系统中主要对110kV、10kV的电压、电流等进行监控，具体如表1所示：

表1 魏华110kV变电站自动化系统主要监控量

计量系统中计量量主要包括110kV线路有功、无功电量，主变压器高、低压侧有功、无功电量，10kV线路、电容器有功、无功电量。

保护、测控、计量系统还包括状态量监控和部分短路器的控制功能，具体如表2所示。

表2 魏华110kV变电站自动化系统主要状况量与控制量

6  总结

本文以济南魏华110kV变电站为例，介绍了自动化系统主要设计原则，并以“三层”站控层、间隔层、过程层，“两网”站控层-间隔层网络、过程层网络的结构设计了自动化系统，还详细设计了间隔层中保护、测控、计量系统主要检测、控制功能。此案例的成功应用对实际工程有重要的参考价值。

参考文献：

[1] 牛晓东. 110kV变电站综合自动化通信系统[J]. 化工设计通讯,2018,44(05):244.

[2] 尹晓梅. 110kV变电站自动化系统的安全运行管理措施[J]. 城市建设理论研究(电子版),2017(26):132.

[3] 郝亚波,王慧君. 提高110kV变电站自动化系统安全运行的策略[J]. 技术与市场,2017,24(03):124.

[4] 赵群,陆学兵. 110kV变电站自动化系统设计[J]. 中国高新技术企业,2015(21):27-28.

[5] 翟星亮. 110kV变电站自动化系统相关问题[J]. 科技创新与应用,2014(36):198.