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1衷心感谢各位领导和专家评审指正!2发布单位：河北省电力勘测设计研究院小组名称：数字化变电站QC小组发布人：张志鹏发布日期：二零零八年三月数字化变电站研究设计成果报告一、小组概况企业名称河北省电力勘测设计研究院小组名称数字化变电站QC小组注册日期2006.08课题名称数字化变电站研究设计组长张志鹏课题类型创新型辅导员韩月荣活动时间2006.08-2007.12活动次数16小组人数8人注册编号2006-004出勤率出勤率100%QC教育人均60小时以上小组登记序号姓名性别年龄文化程度职称小组分工1张志鹏男30工程硕士工程师组长，制定总体方案和工作计划，组织协调，方案确定，检查指导，设计实施、成果总结。2朱萍女39本科高工组织协调，方案确定，进度控制，质量把关。3林榕男39本科高工制定方案，审核，质量把关。4贾俊英女42本科高工方案论证，审核，质量把关。5邵华男31本科工程师制定方案，收集资料和校核。6王维男33本科高工方案论证、对策实施。7梁猛男33工程硕士工程师方案论证、对策实施。8李凌睿女29本科工程师方案论证、对策实施。小组成员当前的变电站均采用综合自动化系统。系统采用“两层一网”结构：站控层、间隔层，站控层网络。二、选择课题1课题背景站控层站控层网络间隔层一次设备常规的综合自动化系统特点：实现了信息处理的数字化；实现了从站控层到间隔层信息输出、传输的数字化；一次、二次设备之间仍采用电气回路连接。变电站自动化的发展趋势—数字化变电站！随着电子式互感器、智能化开关、状态在线检测等技术的日趋成熟及高速网络在实时系统中的应用、标准的通信协议IEC61850的颁布，信息采集、传输、处理和输出过程全数字化的变电站将成为自动化技术发展的必然趋势。设备智能化：包括智能一次设备，电子式互感器、数字化二次设备。通信网络化：智能设备之间采用计算机高速网络通信。模型和通信协议统一化运行管理自动化理想目标：“同一个世界，同一个标准”，智能一次、二次设备可在网络上实现“即插即用”。数字化变电站特点数字化变电站系统结构三层两网：站控层、间隔层、过程层，站控层网络和过程层网络。站控层站控层网络间隔层过程层网络过程层一次设备数字化变电站工程实践技术的发展，使数字化变电站的建设已经走向工程实践阶段；河北省电力公司已将河北南网的数字化变电站建设项目列入公司“十一五”科技发展规划中；确定石家庄富村110kV变电站作为河北南网第一个数字化变电站的示范项目，由河北省电力勘测设计研究院承担研究和设计工作，计划2007年12月底投运；富村110kV变电站一期工程建设2台50MVA三卷变压器，2回110kV出线、6回35kV出线及20回10kV出线。上级要求选择课题常规综自系统不能满足数字化变电站要求数字化变电站技术基础基本具备2选题理由河北省电力公司确定将富村站作为数字化变电站试点工程，并列为科技项目没有过程层，数字化程度低；对象建模的差异导致互操作性不够，信息难以共享；难以适应难以技术的发展；二次接线复杂，控制电缆用量大，不利于可持续性发展。智能一次设备已被逐步采用；电子式互感器的已进入实用阶段；光纤通信及以太网技术已被普遍采用无缝通信体系IEC61850基本完成。国内已有数字化变电站的试点工程。数字化变电站研究设计三、设定目标国内目前已投运了两座数字化变电站：云南翠峰110kV变电站和内蒙古杜尔伯特220kV变电站，建设模式基本相同。1提出目标1.1数字化变电站架构研究设计目标调查分析调查分析站控层站控层网络间隔层过程层网络过程层一次设备调查分析云南翠峰110kV变电站具有较高的数字化水平，基本实现了信号的传输、处理的数字化及电流电压采集的数字化，但明显存在以下不足：(1)控制命令的输出、开关量的采集和输出没有数字化，仍采用常规电气回路；(2)计算机监控系统没有基于IEC61850通信协议构建，间隔层设备的互操作性较差；IEC61850的重要特色-GOOSE服务没有得到应用。根据以上调查分析，小组制定了第一个目标：完成数字化变电站架构研究，设计出基于IEC61850通信协议构建的，信息采集、传输、处理、输出过程全部数字化的变电站，实现数字化变电站的技术创新。制定目标河北省电力公司110kV变电站典型设计中控制电缆用量统计如下：1.2降低变电站控制电缆用量目标调查分析控制电缆类型110kV变电站典型设计电缆用量（A1方案，与富村站同规模）ZR-kVVP22-4*1.53000米ZR-kVVP22-4*2.53000米ZR-kVVP22-8*1.52000米ZR-kVVP22-14*1.51000米ZR-kVVP22-4*43000米合计12000米220kV变电站典型设计中控制电缆约需50千米（2台主变）。数字化变电站中大量采用光纤和网线作为信息交换的介质，控制电缆用量将明显降低，小组制定了第二个目标：制定目标020004000600080001000012000典型设计数字化变电站控制电缆量（米）120008000富村站控制电缆用量较典型设计降低33.3%，即控制电缆用量降低至8000米以内。根据河北省电力公司的投运计划，小组制定了第三个目标：2007年10月中旬前完成富村站的施工图设计工作，做好工代服务，保障工程顺利投运。1.3设计进度目标2目标可行性分析序号有利条件不利条件1数字化变电站的技术基础已经具备；国内已有个别地区进行了数字化变电站建设的初步尝试，可吸收部分经验；数字化变电站技术发展日新月异，为创新带来了机会。当前数字化变电站的建设没有成熟的模式，全数字化的变电站国内没有实践经验；理想的数字化变电站模式目前无法实现。2院、部领导层高度重视和支持，多次组织小组成员参加国内数字化变电站技术交流会议。数字化变电站是全新概念，涉及到最先进的自动化及网络技术，掌握难度大3小组成员积极跟踪、学习、研究数字化变电站的技术，具备了一定的理论基础对数字化变电站认知度及理解较浅。4小组成员对变电站二次系统设计的核心有较深的认识，有助于利用新技术建设数字化变电站新技术的使用将带来风险，需认真论证结论：目标虽极具挑战，但凭借主客观有利因素，我们坚信有能力设计出全新的数字化变电站方案，按期按成任务。四、提出方案并确定最佳方案1数字化变电站术语解释IEC61850国际电工委员会TC57制定的《变电站通信网络和系统》系列标准，是基于通用网络通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准。IEC61850-9-1IEC61850通信协议的一部分，适用于单向多路点对点通信传输电流电压采样值。IEC61850-9-2IEC61850通信协议的一部分，适用于通过以太网络以多播的方式传输电流电压采样值。GOOSE（通用面向对象的变电站事件）是IEC61850的服务之一，也是IEC61850的精华所在，提供了网络通讯条件下快速信息传输和交换的手段。GOOSE服务允许高速传送跳合闸等开关量信号。2提出方案数字化变电站架构设计网络结构设计智能设备选择通信规约选择2.1智能设备选择智能设备网络化的二次设备智能开关电子式互感器选择1：理想的智能开关选择2：传统开关+智能终端选择1：无源电子式互感器选择2：有源电子式互感器无需选择2.1.1智能开关选择分析智能开关理想的智能开关传统开关+智能终端设备特点具有智能控制、在线监测及自诊断功能；机构的电子化操动；具有数字接口；常规的控制及操动方式，无在线监测及自诊断功能；具有数字接口；应用业绩目前国内没有较多可靠性未知一般设备费用很高一般可实施性差好结论：选择传统开关+智能终端作为智能开关的实现方案2.1.2电子式互感器选择分析电子式互感器无源电子式互感器有源电子式互感器构成原理基于Faraday磁光效应电流互感器及Pockels电光效应电压互感器基于Rogowski线圈或低功率线圈的电子式电流互感器；电阻、电容、电感分压的电压互感器。设备特点基于有关光学传感技术，一次侧光学电流、电压传感器无需工作电源，是独立安装的互感器的理想解决方案，正在进行实用化研究。互感器传感头部分具有需用电源的电子电路，采用激光供能的办法，可较好的解决电源问题，已获得较多应用应用业绩少较多可靠性差高设备费用高一般可实施性差好结论：选择有源式电子互感器2.2通信规约选择网络通信规约站控层网络规约过程层网络规约选择1：IEC61850选择1：IEC61850选择2：网络化的103选择2：IEC60044-82.2.1站控层网络规约的选择分析站控层网络通信规约网络化的103IEC61850特点IEC60870-5-103规约的网络版，采用传统的面向功能的设计方式基于通用网络通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准，面向对象设计应用业绩较少较少接口类型以太网以太网互操作性差好适用范围对实时性要求不高的以太网通信各种实时和非实时以太网通信软件费用较低较高可实施性好较好结论：选择IEC61850规约2.2.2过程层网络规约的选择分析过程层网络通信规约IEC60044-8IEC61850特点电子式互感器传输采样值的国际标准，采用FT3帧格式，实时性极好，传输延时固定基于通用网络通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准，面向对象设计。接口类型串行口以太网互操作性差好适用范围对实时性要求高的串口通信，如三相电流电压数据之间的同步，差动保护数据之间的同步等。可采用插值法实现自同步。各种实时和非实时以太网通信。传输延时不固定，用于采样数据同步时需依赖于外部同步器，不能自同步。软件费用较低较高应用业绩较多较少可实施性好好结论：采用IEC61850与IEC60044-8相结合的方式，各取所长。对于单间隔不需要数据同步的二次设备，采用IEC61850规约传输，对于跨间隔需进行数据同步的二次设备，采用IEC60044-8规约传输。2.3网络结构设计网络结构设计站控层网络方案过程层网络方案单星以太网选择1：完全基于点对点技术选择2：点对点技术+GOOSE服务选择3：过程总线方式选择1：完全基于点对点技术站控层站控层网络间隔层过程层网络过程层一次设备多路点对点光纤跳闸输出选择2：点对点技术+GOOSE服务站控层站控层网络间隔层过程层网络过程层一次设备多路点对点光纤跳闸输出取消！选择3：过程总线方式站控层站控层网络间隔层过程层网络过程层一次设备三种网络方案的对比分析过程层网络方案选择1选择2选择3优点可靠性很高，协议简单，技术相对成熟，实施难度较小可靠性高，应用了先进的GOOSE服务实现过负荷联切等装置的跳闸，简化了网络接线网络结构简单，装置硬件接口最少，代表了数字化变电站发展的方向缺点对于跨间隔设备光纤联系较为复杂GOOSE跳闸首次用于工程实践，存在风险协议复杂，可靠性较差是否达到目标是是是先进性较高，国内首次采用高，国内首次采用很高，国内首次采用可实施性较好好较差结论：采用选择2，即点对点技术+GOOSE服务方式3确定最佳方案数字化变电站架构设计站控层网络方案智能设备选择站控层网络规约传统开关+智能终端有源式电子互感器网络化的二次设备IEC61850规约过程层网络规约IEC61850+IEC60044星型以太网过程层网络方案点对点技术+GOOSE通信规约选择网络结构设计电子式互感器智能开关五、制定对策对策表序号对策目标措施地点计划完成时间责任人1确定数字化变电站架构设计总体方案设计方案通过河北省力公司的技术评审1、到数字化设备供货厂家及投运的数字化站调研；2、编写数字变电站设计技术方案专题报告。南京云南曲靖院内2006.11张志鹏林榕2进行设备招标确定数字化设备供货厂家1、编写技术规范书2、由省公司招标订货3、签订技术协议院内石家庄供电公司2007.3张志鹏林榕3进行变电站各间隔、功能具体实施方案研究确定具体实施方案，可指导施工图设计1、召开设计联络会2、确定实施细则南京2007.7张志鹏林榕4进行施工图设计按期完成设计任务，保障投运1、编制卷册设计计划，组织人员设计2、工代服务院内2007.10张志鹏林榕六、对策实施1调研2006年10月初，QC小组成员林