35kV智能數字化變電站設計方案

數字化變電站技術是變電站自動化技術發展中具有里程碑意義的一次變革，對變電站自動化系統的各方面將產生深遠的影響。數字化變電站三個主要的特征就是「一次設備智能化，二次設備網路化，符合IEC61850標準」，即數字化變電站內的資訊全部做到數字化，資訊傳遞實現網路化，通訊模型達到標準化，使各種設備和功能共享統一的資訊平臺。這使得數字化變電站在系統可靠性、經濟性、維護簡便性方面均比常規變電站有大幅度提升。

一、目前35kV變電站的狀況

1、35kV普通變電站的規劃方案

35kV變電站的應用範圍主要是農村電網和工礦廠區,原因是隨著城網110kV線路環網的改造完成，以及城市電網負荷密度的加大，35kV變電站的輻射範圍和供電能力不適合城市電網的發展。由於農網和工礦廠區的負荷主要表現為分散性大或者負荷小，因此從長遠發展和經濟容量方面綜合考慮，一般35kV變電所配置均在3150kVA～8000kVA，最大容量以不超過10000kVA到12000kVA。35kV變電站系統通常為從可靠性及運行靈活性考慮，採用兩臺主變互為備用。35kV主回路通常採用單母線帶分段的一次方案；10kV出線路數通常為10路以下，10kV主回路一般為單母帶分段結構，也有少數雙母帶分段結構。如下圖所示，因此35kV變電站的建站規模小，容量小，結構簡單，進而投資也比較少。

2、目前國內35kV數字化變電站的主要模式

數字化變電站自動化系統的特點主要是：變電站系統結構在物理上實現一次設備的智能化和二次設備的網路化；在邏輯結構上可分為三個層次，即 「過程層」、「間隔層」、「站控層」。

35kV變電站在數字化升級中，為了能夠實現智能化和經濟效益的升級，引進了多種設計思路，主要有以下二種。

方案一，根據IEC61850的要求，變電站自動化系統在站控層和間隔層真正實現網路化，通過統一通訊標準，實現不同廠家智能裝置之間的互通和互操作；而過程層採用常規設備，採用常規的點對點聯結方式，通過導線連接常規互感器和斷路器等一次設備；網路架構採用單總線或冗餘總線型式。間隔層的測控保護裝置採用MMS協議與監控後臺、遠動工作站通訊；間隔層裝置通過GOOSE實現資訊交互。由於35kV變電站目前沒有智能一次設備，本方案在站控層和間隔層實現網路共享，改進優化了變電站的通訊構架，因此有利於對現有的常規變電站系統進行升級改進。該方案在目前35kV變電站中應用最廣，主要應用在舊站改造。相對於常規的變電站綜合自動化系統，本方案實現了不同廠家的站控層和間隔層設備互聯，但由於資訊隻在間隔層和站控層中共享，一次設備資訊沒有實現智能化，本質上就是實現了變電站二次設備的數字化。

方案二，在目前現有的一次設備情況下，選用數字式互感器和常規斷路器，通過在一次設備本體附加模擬量輸入合併單元和智能控制單元，完成過程層設備的數字化和智能化；間隔層、過程層間完全通過數字化連接，取消了大量點對點硬接線連接；本方案較方案一實現了全站的光纖化、數字化。本方案的優點是：升級方便，在協議不改變的前提下，更換數字化的智能設備即可實現功能的升級，過程層更改少，更不必更改間隔層和站控層；變電站數字化水平較高。但缺點是由於沒有真正的智能化一次設備，僅僅實現數字化，另外，由於沒有像110KV以上系統中設置對整層設備的匯總處理裝置，本質上說就是方案一數字化的前提下又升級到資訊化，但是許多功能如小電流選線、防越級跳閘等智能功能就沒了實現的硬件基礎，智能化仍然沒有實現。由於本方案相當於增加了一個過程層的設備，增加了投資，但功能卻沒有明顯的提高，因此本方案的依然難以推廣。

3、新型集中式數字化智能綜合保護為核心的數字化變電站設計方案

本方案是在方案二資訊化的基礎上，通過對資訊的集中處理，實現了原先獨立的保護控制單元無法實現的分布和集成式應用，從而實現了智能化。隨著計算機硬件和軟體技術的快速發展，獨立裝置具有的處理能力已經完全有能力對整個變電站的資訊進行系統的處理，尤其是針對35kV以下的變電站相對簡單的系統，集成式數字化智能綜合保護裝置完全有能力實現整個間隔層的功能。「以功能服務為承載、以構建資訊模型為手段、以規范數據通訊為門路，這些內涵使得IEC 61850標準不再是簡單的通訊協議，更多的是系統的自動化功能建模方法，它為變電站資訊一體化建設提供了標準。」本方案採取雙冗餘的配置方式，數據采集系統、控制單元、光纖以太網以及集成式數字化智能綜合保護裝置均採用雙系統模式，互相校驗，互為熱備用。

本方案的結構精簡但功能強大，主要是：過程層選用合併單元（MU）和智能控制單元（IU）集成為一體的就地智能化裝置，由於35kV變電站均為開關櫃結構，斷路器和互感器等一次設備距離較近，為便於接線選用一體式就地智能化裝置可以減少接線數量，同時節省投資。間隔層採用集中式數字化智能綜合保護裝置，處理所有過程層光纖上傳的資訊，設置一主一備兩臺保護，兩臺通訊網路交換機，充分保證集中式數字化智能綜合保護裝置的可靠性，集中式綜合保護裝置需要實現以前多臺智能電子裝置實現的功能，包括接入更多的交流量，完成更多的計算，因此需要有更快的運算能力、高可靠的硬件結構和豐富的網路資源，並基於此可以實現許多單臺間隔層智能單元無法實現的功能，完成了變電站的面向對象的建模，實現了智能化。站控層連接比較簡單，從單臺集中式數字化智能綜合保護裝置上通訊，另外來接其他智能設備，與方案一、二相同。