220kV智能变电站的继电保护及自动化系统设计

智能变电站设计的探讨

【摘 要】下文主要结合笔者多年的工作实践经验，解析了智能变电站自动化系统的构架，提出了区别于传统变电站的主要技术 ，以及这些技术在 220kv 云会变的具体应用 。然后，介绍了 220kv

云会变的主要技术特点。 仅供同行参阅。

【关键词】构架；技术及特点；智能终端；合并单元

引言

伴随着我国现代化经济与科技的不断发展与进步，我国的电网规模也在逐步的扩大，信息化程度的不断提高，国家电网公司提出了“坚强智能电网”的概念，因此，建立智能化变电站势在必行。智能变电站以数字化变电站为依托，通过采用先进的传感器、电子、信息、通信、控制、智能分析软件等技术，建立全站所有信息采集、传输、分析、处理的数字化统一应用平台，实现变电站自动运行控制，设备状态检修、运行状态自适应、分布协调控制、智能分析决策等高级应用功能，提高管理和运行水平。

1、智能变电站自动化系统的构架

智能变电站是按照全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化的基本要求，通过系统集成优化，实现全站信息的统一接入、

统一存储和统一展示，实现运行监视、操作与控制、综合信息分析与智能告警、运行管理和辅助应用等功能。设备间信息传输的方式主要为网络通信方式，取代传统的二次电缆等硬接线。智能变电站一体化监控系统由站控层、间隔层、过程层设备，以及网络和安全防护设备组成。设备之间联系均采用iec61850标准协议进行通信。站控层设备包括括监控主机、数据通信网关机、数据服务器、综合应用服务器、操作员站、工程师工作站、pmu数据集中器和计划管理终端等；提供站内运行的人机联系界面，实现变电站的监测控制、报警、操作闭锁、记录和自诊断功能、继电保护定值正定、故障分析及变电站远方控制等。间隔层设备包括继电保护装置、测控装置、故障录波装置、网络记录分析仪及稳控装置等；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。过程层设备包括合并单元、智能终端、智能组件等；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。

220kV变电站及线路继电保护设计和整定计算探讨

发布时间：2022-04-24T06:31:25.122Z 来源：《福光技术》2022年6期 作者： 王伟

[导读] 本文对220kV变电站及线路继电保护设计与整定计算的相关问题进行分析探讨，首先对220kV变电站及线路继电保护设计的关键问题进行探讨，然后侧重分析整定计算中的关键问题，希望能够通过相关分析进一步提升继电保护的运行质量，保障220kV变电站及线路的安

全稳定运行，仅供参考。

华电环保系统工程有限公司

摘要：本文对220kV变电站及线路继电保护设计与整定计算的相关问题进行分析探讨，首先对220kV变电站及线路继电保护设计的关键问题进行探讨，然后侧重分析整定计算中的关键问题，希望能够通过相关分析进一步提升继电保护的运行质量，保障220kV变电站及线路的

安全稳定运行，仅供参考。

关键词：220kV变电站；线路；继电保护；整定

在220kV变电站的安全运行过程当中，继电保护系统所发挥的作用是相当关键的。一旦电力系统出现故障运行状态，所配置继电保护装置能够及时发出报警指令，并迅速隔离故障系统与正常运行系统，继电保护的保护形式包括系统保护以及设备保护两种类型，相互作为后

备使用，通过整定的方式实现良好配合关系到变电站运行的整体质量与水平。

1 220kV变电站及线路继电保护设计

首先，需要针对过电流设置限定保护。在220kV变电站及线路的运行期间，过电流即电流过载，电流过载问题对变电站及线路系统运行产生影响的情况下会直接造成外部电流的短路故障，增加电流负荷压力水平。考虑这一因素，在220kV变电站及线路的继电保护设计中，有

关继电保护装置的设计应当遵循电压限定延时的基本原则，通过对这一方式的与应用能够确保线路电流测量的精准性，从而在220kV变电站

及线路出现过载电流的第一时间对其进行处理。同时需要注意的是，在将继电保护装置设置于220kV变电站及线路系统的情况下，还应面向

220kV智能变电站网络结构分析

摘要：随着智能变电站的快速发展和大规模建设，其在智能电网中的枢纽地位越来越突出。智能变电站采用光纤数字通信技术和网络技术代替传统的电缆传输模拟量，相比较而言，智能变电站简化了二次电缆接线，增强了抗干扰能力，提高了系统的互操作性与可拓展性。而网络结构的优劣则会直接影响到变电站内的网络传输效率、设备配置数量和投资。基于此，本文主要对220kV智能变电站网络结构进行分析探讨。

关键词：220kV智能变电站；网络结构

1、前言

随着我国“建成智能化电网”工作的全面铺开，智能化设计已经成为220kV及以上变电站设计的必然趋势。显然，在继电保护机理及元件都基本不变的情况下，智能化变电站相较于以往综自站最突出的变化就是网络结构的革新。

2、智能变电站系统结构与组网方案

结合某新建２２０ｋＶ智能变电站，分析设计智能变电站的网络结构，１．１系统结构根据ＤＬ／Ｔ８６０（ＩＥＣ６１８５０）协议的规定，智能变电站自动化系统可以从功能上划分为３层，分别是站控层、间隔层、过程层。

站控层位于变电站的顶层，包括主机与操作员站、远动通信系统、对时系统等，其主要功能是汇总实时数据，实现全站设备的监视、告警、控制等交互功能，同时执行调度下达的操作命令；间隔层位于站控层与过程层的中间，包括保护、测量、控制和录波等二次装置，其主要任务是通过智能终端对一次设备进行保护和控制，实现本间隔内的操作闭锁，并进行一次电气量的运算和计量；过程层位于智能变电站的最底层，典型设备包括常规／电子式互感器、智能终端（执行单元）、合并单元等，其主要功能是进行一次电气量采集、执行操控命令和检测设备状态。依据国家电网公司颁布的《１１０（６６）ｋＶ～２２０ｋＶ智能变电站设计规范》，智能变电站网络可从逻辑上分为“两网”，即站控层网络和过程层网络。其中，站控层网络连接了站控层设备与间隔层设备，主要是传输站控层内部、间隔层内部、以及站控层与间隔层之间的数据信息，内容以ＭＭＳ报文为主。过程层网络连接过程层设备与间隔层设备，主要是传输过程层内部、间隔层内部以及过程层与间隔层之间的数据信息，内容以ＧＯＯＳＥ和ＳＶ报文为主。

电力电子・Ｐｏｗｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　２２０ｋＶ智能变电站二次系统结构与设备配置　智能变电站的二次系统结构　与设备较常规变电站发生了重大　的变化。本文分析了２２ＯｋＶ智能　变电站“三层两网”的系统结构，　阐述了二次系统设备配置基本原　则，结合目前二次设计实施中遇　到的问题，提出了改进意见。　【关键词】智能变电站系统结构二次设备配　置　１概述　随着社会经济的快速增长，人们对供电　可靠性和安全性有了更高的要求。而风力、太　阳能等新能源电源的并网运行对电网系统稳定　性造成了一定的影响。智能电网能有效利用电　力资源，提高供电可靠性，实现电网的可靠、　安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。　２０１１年起，作为智能电网的关键节点，　智能变电站在全国范围内进入全面推广建设　阶段，新建２２０ｋＶ变电站按《国家电网公司　输变电工程通用设计一１１０（６６）～７５０ｋＶ　智能变电站部分》（２０１１年版）中“第五篇　２２０ｋＶ变电站通用设计技术导则”的技术方案。　与传统变电站相比，智能变电站最大特征体现　在一次设备智能化、设备检修状态化和二次设　备网络化，其中二次设备在采样方式和组网形　式上都发生了重大的变化，随着电力技术的进　步，越来越多的新技术应用到二次系统中，因　此研究智能变电站的二次系统设计和设备配置　有着重要的意义。　２　２２０ｋＶ智能变电站系统结构　以上海地区某２２０ｋＶ变电站为例，智能　变电站系统采用三层两网结构，三层即站控层、　间隔层、过程层，两网即站控层网络和过程层　网络。　２．１站控岳　负责变电站的数据处理、集中监控和数　据通信，由主机、操作员站、远动通信装置、　保护故障信息子站和其他各种功能站构成，是　全站监控、管理中心，并与远方监控／调度中　心通信。站控层网络采用百兆星形双网结构，　冗余网络采用双网双工方式运行。站控层网络　ＭＭＳ、ＧＯ０ＳＥ（逻辑闭锁）、ＳＮＴＰ三网（功　能）合一，共网运行，全站数据传输数字化、　网络化、共享化。　２．２间隔层　文／莫阮清　表１：常规变电站与智能变电站监控系统差异对比　常规变电站　智能变电站　网络组成　站控层一间隔层　站控层．间隔层．过程层　站控层分区　不分区　划分安全Ｉ区和安全ＩＩ区　主机运行模式　主备模式　双主模式　监控主机×２　监控主机ｘ２　数据服务器　主控单元×２　综合应用服务器　站控层设备配置　Ｉ区通信网关机×２　站控层交换机×２　规约转换　ＩＩ区通信网关机×２　Ｉｌｌ／ＩＶ区通信网关机　站控层交换机×４　通信规约　１０３／ｍｏｄｂｕｓ等　６１８５０　间隔层包括保护、测控、计量、录波、　相量测量等，不依赖于站控层和通信网络，可　以对间隔层设备进行就地独立监控功能。保护　测控装置配置如下：　（１）主变保护双套配置，高、中、低压　侧及本体测控装置单套独立配置。　（２）２２０ｋＶ线路、母线、母联（分段）　保护双套配置；　（３）１１０ｋＶ线路、母线、分段保护单套　配置，采用保护测控一体化装置，母线测控单　独配置：　（４）３５ｋＶ线路、电容器、站用变保护集　成测控、计量功能，母差保护单套配置；　（５）１　１０ｋＶ、３５ｋＶ母线配置低压减载装　置。　（６）过程层：过程层由互感器、合并单元、　智能终端等构成，是一次设备与间隔层设备的　转换接口，完成电流电压量的采样、设备运行　状态信号的监测和分合闸命令的执行等。　３智能变电站与常规变电站的二次设备　比较　常规变电站中电流、电压等模拟量直接从　互感器经电缆连接送至保护、测控和计量等二　次装置，保护采用直采直跳方式，各类信号量　通过硬接点上传。而智能变电站中电子互感器　或者常规互感器＋智能组件的配置使得采样、　命令和信号传输方式和传输介质的转变，电信　号在就地转变为光信号，大大节省了电缆的用　量，具体如下：　量等功能。　２２０ｋＶ及主变各侧为满足继电保护双重化　配置要求，合并单元双套配置，除２２０ｋＶ母　线设备和主变本体智能终端单套配置外，其　余均双套配置。ｌ１ＯｋＶ侧根据《智能变电站　ｌ１Ｏｋｖ保护测控装置集成技术要求（试行）》　的要求，１１０ｋＶ采用合并单元智能终端合一装　置，除主变间隔和母线设备外均单套配置，同　时两个装置合一可以把“直采直跳”的点对点　ＳＶ和ＧＯＯＳＥ通信口进行合并，减少间隔层　装置和过程层的通信端口，使间隔层的装置设　计更加紧凑。３５ｋｖ部分不考虑配置智能组件。　３．２保护采样、跳闸方式的转变　为了满足继电保护装置对电流电压量采　样以及保护出口跳闸的可靠性及实时性的要　求，同时出于降低工程造价的目的，智能变电　站保护采样和跳闸均采用“直采直跳”。考虑　到全站保护装置均为就地下放布置，故ＳＶ采　用点对点方式，２２０ｋＶ及ｌ１０ｋＶ　ＧＯＯＳＥ为独　立组双星形网方式。目前随着保护就地化推广　及优势展现，出现了不少关于２２０ｋＶ分布式　母差保护的研究，基于ＦＰＧＡ（现场可编程门　阵列）的媒体访问控制（ＭＡＣ）核仿真技术，　利用新型具有延时明确和等间隔数据交换的过　程层数据交换装置，ＳＶ采样由于延时明确可　不依赖外部对时，２２０ｋＶ母线保护实现“网采　网跳”，在满足保护可靠性要求的前提下简化　２２Ｏｋｖ过程层网络。在保证跳闸动作可靠性的　前提下，网采网跳可以发挥更大的作用。　３．１过程层设备的应用　３．３监控系统的整合优化　合并单元、智能终端等智能组件的引入　实现了就地采样信号和分合闸命令数字化。合　并单元接收常规互感器输出的模拟信号，经同　步和合并之后对外提供采样值数据，同时满足　保护、测控、录波、计量设备使用。间隔层保　护测控设备的分合闸命令通过ＧＯＯＳＥ网络下　发，智能终端挂在过程层网上接收命令，实现　对断路器、刀闸、主变等一次设备的控制、测　２２６・电子技术与软件工程Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　智能变电站一体化监控系统在网络组成、　分区方式和设备配置上都与常规站有所不同，　具体见表１。　４设计中常见问题　目前２２０ｋＶ智能变电站二次设计中主要