110KV数字化变电站范本1430.docx
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110KV数字化变电站范本1430
用户单位:
项目名称:
110KV数字化变电站
技
术
方
案
南京磐能电力科技股份有限公司
二0一0年四月三十日
目录
1DMP5000数字化变电站简介-2-
1.1系统概述-2-
1.2系统架构-2-
1.2.2间隔层-4-
1.2.3站控层-4-
1.3系统特点-4-
1.3.1全站数据共享-4-
1.3.2数据定制功能-5-
1.3.3一体化设计-5-
1.3.4模块化设计-5-
1.3.5信息安全性-5-
1.3.6设备安全性-5-
1.3.7可靠性设计-5-
1.3.8全站同步-5-
1.3.9网络设计-6-
1.3.10实时性-6-
1.3.11兼容性-6-
1.3.12面向对象的软件设计-6-
1.3.13事件检索-7-
1.3.14故障录波功能-7-
1.3.15打印功能-7-
1.3.16操作回路自适应-7-
1.4系统性能对比-7-
1.5系统优点-9-
1.6功能-11-
1.7遵循的标准-13-
2工程概况-14-
3系统方案-15-
3.2.1过程层设备-16-
3.2.2间隔层设备-17-
3.2.3站控层设备-18-
4部分工程业绩-19-
5配置清单-20-
一DMP5000数字化变电站简介
1.1系统概述
常规变电站自动化系统为分布式变电站自动化系统,其应用特点是变电站二次系统采用单元间隔的布置形式,装置之间相对独立,装置间缺乏整体的协调和功能优化,输入信息不能共享、接线比较复杂、系统扩展复杂。
随着非常规互感器的应用,确定变电站信息采集、处理、传输及应用框架的IEC61850标准颁布实施,网络通信技术,尤其是以太网技术在电力系统中应用的普及,一次设备操作智能化技术的发展等,为变电站自动化技术的应用和发展注入了新的推动力。
数字化技术在变电站工程化应用中得到了进一步的拓展,“数字化变电站”乃至“数字化电网”的概念已被逐步提出,在“十一五”期间作为数字化电网基础的数字化变电站工程化试点应用将成为电网建设和变电站控制技术发展的新热点。
顺应变电站自动化技术的发展趋势,南京磐能电力科技股份有限公司与多所高等院校及电力自动化技术处于前沿的厂家合作、交流,研发出了数字化变电站系统。
其中,磐能科技的DMP5000数字式变电站系统采用分层采集、集中控制的架构体系,将模拟量、开关量的信息采集和信息的计算、逻辑判断分层实现。
各智能电气设备的模拟量、开关量信息就地采集,数字化处理后通过网络和保护装置联系;保护装置安装于主控室,综合全站信息实现保护、测控、计量功能,各功能相对独立、分时运行,即保证了保护功能的选择性、快速性、安全性、可靠性,又保证了测量、计量功能的高精度要求。
1.2系统架构
DMP5000数字式变电站系统基于IEC61850架构,能实现变电站内智能电子装置IED间信息互享和互操作的现代化变电站。
系统对变电站系统模型、二次功能模型进行描述,对应用与通信技术进行分层处理,由过程层、间隔层、站控层3个层次构成。
DMP5000系统架构图
1.2.1过程层
过程层通常又称为设备层,与变电站内的变压器和断路器、隔离开关及其辅助触点,电流、电压互感器等一次设备紧密相连,完成实时运行电气量的检测、运行设备状态的监测、操作控制命令的执行。
DMP5000数字化变电站系统过程层设备智能测控终端按站内一次设备的分布式配置,就地加装在主变、断路器和互感器处,采集运行信息数字化后,采用点对点的高速光纤通信与数据服务器通信,单台数据服务器满足下行45个智能测控终端的数据处理要求,集成全站数据信息后通过工业以太网,实现就地运行信息到间隔层保护装置---中央数据处理器的通讯传输。
为了提高过程层通信的可靠性,过程层设备智能测控终端通过光纤A、B双网和数据服务器A、B进行数据交换,数据服务器A、B则由完全独立的工业以太网络和间隔层设备通信,光纤网络A和B发送的间隔信息完全相同,接收的控制命令则来源于间隔层不同的保护装置。
DMP5000数字化变电站系统的过程层是承担全站数字化采集、接收和执行控制指令,将一次设备接入过程层总线的底层部件设备。
1.2.2间隔层
间隔层一般按断路器间隔划分,具有测量、控制元件或继电保护元件。
测量、控制元件负责该间隔的测量、监视、断路器的操作控制和电气联锁,以及时间顺序记录等,保护元件负责该间隔线路、变压器等设备的保护、故障记录等。
间隔层设备与过程层设备之间、间隔层设备之间取消常规变电站硬接点信号交互的方式,变为基于IEC61850标准的对等通信模式,也就是,间隔层保护装置通过各自的以太网络从过程层获取模拟量和开关量信息,经逻辑判断和相关电气联锁判断后,发出各自的控制命令。
正常运行时,保护装置A采集光纤A网的实时数据,保护装置B则采集光纤B网的实时数据,多台保护装置之间经既定的逻辑控制出口;任一台保护装置故障时,及时告警,退出运行,不影响整个系统。
间隔层同时可选配电能计量功能,利用过程层传输的实时数据,采用插值法(1024点)进行时域积分,实现全站各间隔的电能计量,其精度达到0.5级。
1.2.3站控层
站控层采用工业以太网通信,完成站内间隔层设备、一次设备的控制及与远方控制中心、工程师站及人机界面通信的功能,也可经过协议转换设备与第三方装置进行数据交换。
1.3系统特点
1.3.1全站数据共享
采用分布式采集、集中处理的系统方案,数据在数据服务器汇总并在网络上实时发布,全站保护信息共享。
1.3.2数据定制功能
根据功能的不同应用需求,过程层采样数据按照任意模式进行抽样。
1.3.3一体化设计
●实现全站保护、监控一体化,无需外部电缆接线。
●集成了数字化电能表功能,完成全站端口电能计量。
1.3.4模块化设计
●硬件分层由不同类型的装置实现,背插式、模块化设计,便于升级和维护。
●软件采用标准C、C++编程,各标准功能模块化设计。
1.3.5信息安全性
●过程层与间隔层之间、间隔层之间、间隔层与变电站层、变电站层内部的信息交换采用严格的CRC校验措施。
●通信服务器硬件实现的网络防火墙既保证安全又不影响系统实时性。
1.3.6设备安全性
●间隔层、间隔层设备采用虚拟存储管理和严格的存储隔离技术,应用程序和配置文件分类存放、互不影响,同时配备完善的自检措施。
1.3.7可靠性设计
●配置两套数据服务器以及保护装置,实现功能冗余。
●信息交换采用双网络结构,实现信息冗余。
1.3.8全站同步
●取消了单独对时网络的架构,满足全站数据同步采样的要求,同步精度达到纳秒级。
如此高精度的同步方案为国内首创。
●独创的链路补偿技术,保证数据同步传输不受传输距离的影响,可满足2m-2000m的数据交换和对时要求。
1.3.9网络设计
●间隔层支持100base-TX和100base-FX以太网,独创的网络传输和流量控制技术解决了间隔层网络冲突问题,带宽利用率达到40%或更高。
●过程层通信在一对全双工的光纤链路上实现数据传输和同步采样,满足多通道数据同步传输。
1.3.10实时性
●保护装置采用抢先式硬实时多任务操作系统,对高优先级突发任务具有微秒级响应时间;应用软件具有完善的异步事件触发响应机制。
●通信服务器采用独创的点到多点分配的DMA技术和网络传输硬件加速机制保证实时数据和控制命令实时转发。
●智能测控终端采用硬件控制的光通道编码/解码及同步检出和仲裁技术,实时采样数据由硬件直接读取并同步转发到光网络,传输性能稳定,不受软件协议栈影响。
1.3.11兼容性
既可实现传统式电压、电流互感器的模拟量接入,又可实现电子式电压、电流互感器的数字量接入。
1.3.12面向对象的软件设计
保护、测控、计量功能采用面向对象的软件设计,根据各变电站的系统情况可自由配置,各功能之间变量、定值空间相对独立,同时又实现信息共享、无缝链接。
1.3.13事件检索
事件记录类型包括最近事件、故障事件、预告事件、自检事件、遥信变位事件、操作事件、设置值修改事件。
1.3.14故障录波功能
任意故障启动时触发全站录波,记录全站所有电流、电压模拟量和开关位置等开关量信息。
1.3.15打印功能
●多台间隔层设备共享打印机,实时打印录波波形、定值、事件记录等。
●当地监控配置打印机,间隔层设备将录波波形、定值、事件传输到当地监控打印。
1.3.16操作回路自适应
操作回路自动适应现场断路器各种跳、合闸线圈电流,用户更换开关不需要改换跳合闸电流继电器。
1.4系统性能对比
传统微机变电站
DMP5000数字化变电站
系统架构
IEC60870-5-103
分层分布式
IEC61850
分布式采集、集中处理
网络架构
双以太网
485网
CAN网
●间隔层支持100base-TX和100base-FX以太网,解决间隔层网络冲突问题,带宽利用率达到40%或更高。
●过程层通信在一对全双工的光纤链路上实现数据传输和同步采样。
一体化
面向间隔的保护、监控一体化
面向系统的保护、监控一体化
全站同步
由GPS硬对时实现,对时信号必须由电缆接入各保护装置,不支持全站同步采样
●取消单独对时网络的架构,由数据传输网络同时实现同步控制,同步精度达到纳秒级。
●数据同步传输不受传输距离的影响,可同时满足2m-2000m的数据交换和对时要求。
可靠性
独立的保护装置,任意一个保护装置的故障,不会影响系统的正常运行
●配置两套或多套数据服务器和保护装置,实现功能冗余;
●网络结构上采用双网络结构,实现信息冗余。
实时性
独立的保护装置,通讯的实时性要求不高
●保护装置采用硬实时多任务操作系统的异步事件触发响应机制
●通信服务器实现实时数据和控制命令实时转发
●智能测控终端实时采样数据由硬件直接读取并同步转发到光网络。
因此,DMP5000系统的实时性性能满足IEC61850对保护和控制P1、P2、P3等级的传输时间要求
兼容性
适用于传统式电压、电流互感器的模拟量接入
既可实现传统式互感器的模拟量接入,又可实现电子式互感器的数字量接入
电气联锁
硬结点提供,非实时信号
保护装置内部信息共享,实时信号,不需任何外部接线
A/D
16位
16位
采样速率
1200点/秒
12800点/秒
满足IEC61850对保护和控制、测量仪表的生数据采样速率要求
系统升级
改造
每一个保护功能对应一个独立的保护装置,每个保护装置的模拟量和开关量信息均由电缆接入
●扩建部分需增加就地采集装置
●增加一个网络
●功能的增加由配置实现,不需增加额外的接线和装置
高级应用和增值服务
由电缆接入模拟量和开关量信息
●可定制的数字接口
●未来客户扩充增值的高级应用功能无需额外施工,仅需更换软件即可
通讯配置
工业以太网:
10兆/100兆自适应
RS485网:
4800/9600/19200可选
工业以太网:
10兆/100兆自适应
多模/单模光纤:
1310nm
录波
单装置录波
全站录波
电能表
不具备电能表功能,需另行配置
准确度等级:
0.5级
接线方式:
三相四线制
系统性能指标
测量误差
保护电流误差≤±3%
测量电流误差≤±0.3%
电压误差≤±0.3%
有(无)功功率≤±0.5%
保护电流误差≤±2%
测量电流误差≤±0.2%
电压误差≤±0.2%
有(无)功功率≤±0.4%
线性度
范围
保护CT:
20倍额定电流
测量CT:
1.2倍额定电流
电压PT:
1.2倍额定电压
保护CT:
30倍额定电流
测量CT:
1.2倍额定电流
电压PT:
1.3倍额定电压
动作速度
主变差动速断保护≤20ms
主变比率差动保护≤30ms
电流速断保护≤30ms
系统时钟
系统时钟同步精度≤5mS
系统时钟误差<10mS/年
运动功能
遥信传送时间≤2S
遥测传送时间≤2S
变位响应时间≤2S
遥调、遥控命令传递时间≤1S
SOE分辨率≤2mS
遥信准确率:
99.9%
遥测综合误差<0.1%
抗干扰性能
脉冲磁场抗扰度V级
静电放电抗扰度Ⅳ级
射频电磁场辐射抗扰度Ⅲ级
电快速瞬变脉冲群抗扰度Ⅳ级
浪涌(冲击)抗扰度Ⅳ级
供电系统及所连设备谐波、谐间波B级
电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度标准70%UT等级
振荡波抗扰度Ⅳ级
工频磁场抗扰度Ⅳ级
阻尼振荡磁场抗扰度Ⅳ级
绝缘耐压
性能
交流输入对地:
大于100兆欧
直流输入对地:
大于100兆欧
信号及输出触点对地:
大于100兆欧
开入回路对地:
大于100兆欧
能承受2KV/1min的工频耐压,5KV的冲击电压
1.5系统优点
●其他厂家的数字化变电站系统采用控制、数据、对时三个独立的网络架构,网络节点多,网络设备多,同时网络带宽利用率低。
DMP5000数字化变电站系统在一对通信链路上实现数据传输、控制命令和网络对时,网络结构简单、设备少、投资少、维护方便,而且保护装置的人机界面非常友好,便于操作。
●基于全站共享的同步信息,DMP5000数字式变电站系统对各保护、测控、计量功能自由配置、无缝链接,进一步优化了传统的保护原理:
✓内部消息传递机制代替了传统的硬接点传递,可靠并且快速。
提高断路器失灵保护的可靠性和速动性;加快线路横联保护动作速度;达到变压器保护的高、中、低压复压;及断路器联跳的无缝链接。
✓解列装置的优化方案,按照各条线路的优先等级和负载情况,确定切除线路,做到停电范围最小且最优。
✓基于全站进线和出线电流的全站差流启动元件,能可靠区别变电站内部和外部故障,作为主变差动保护的启动元件,能更加可靠地避免主变差动TA断线引起的差动保护误动。
●传统的母线差动保护、电压无功自动调节装置、低频低压解列装置、备自投装置等均可用软件实现,减少硬件设备的投入,从而减少了硬件的故障量,降低了设备的维护费用。
●信息和功能的多重化配置,以及对信息和功能采取的多重校验措施,提高了系统的安全性和可靠性,大大降低设备故障、通讯出错等导致的保护误动、拒动的可能性。
●对网络的大容量数据吞吐能力和各网络设备对数据的处理能力采用独创性技术,保证了数据传递的实时性要求。
●基于全站的、每周波256点的故障录波,提供相对传统微机保护更全面的故障信息,能进行更加全面的故障分析。
●智能测控终端的开入量,采用了与控制电源隔离的48V电源,避免了直流系统接地的发生。
●智能测控终端就地安装,通过光纤通讯上送数据,大大减少二次电缆及二次设备种类,降低了变电站成本投入,减少了维护费用。
●智能测控终端安装在CT附近采集模拟量,避免了由于模拟量采集的电缆过长,而引起的TA饱和、信号衰减现象,提高了保护的可靠性。
●即可满足电子式互感器的接入需求,也可采集传统互感器的模拟量信号,适用于老站改造工程。
●易于实现站内升级改造、扩充高级应用和增值服务,仅需软件升级,无需硬件装置的接入。
1.6
功能
实时显示各保护功能运行状态
实时显示电压、电流、无功、有功、功率因素
实时显示各智能测控终端运行状态
实时显示各测控功能运行状态
保护功能定值整定
保护硬压板
保护运行记录
实时显示各数字计量单元功能运行状态
实时显示每个数字计量单元实时信息
1.7现场工程案例
1.8遵循的标准
本设备及备品备件均遵照最新版本的国家标准(GB)、电力行业标准(DL)和国际电工委员会标准(IEC)及国际公制(SI)。
所遵循的主要标准如下:
DL/T769-2001电力系统微机继电保护技术导则
IEC60044-7/IEC60044-8电子式互感器标准
GB14285-1993继电保护和安全自动装置技术规程
GB15145-1992微机线路保护通用技术条件
DL/T667-1999远动设备及系统第五部分:
传输规约
GB/T14598(IEC60255-22)量度继电器和保护装置电气干扰试验
GB50062-1992电力装置的继电保护和自动装置设计规范
GB16836-2003量度继电器和保护装置安全设计的一般要求
GB/T7261-2000继电器与装置基本实验方法
二
工程概况
110KV变电站110kV主变2台,带有载开关。
110kV进线2台,110kV母联1台,单母线分段接线。
10kV为单母线分段接线,10kV出线8路,10kV电容器2台,10kV母联1台,110kV站变1台。
三系统方案
系统图
3.2.1过程层设备
3.2.1.1互感器
可以接入传统的PT、CT或小信号输出的电子式PT、CT互感器,订货时确定即可。
3.2.1.2智能测控终端
●基本功能
DMP51XX智能测控终端接收传统互感器的模拟量信号,经模数转换,同时采集开关及刀闸的位置信号、状态信息等开关量,给间隔层设备提供一次设备的信息,接收间隔层设备的跳合闸控制命令,带有操作回路。
●配置原则
每条110kV进线配置1台智能终端,就地安装于线路户外测控柜内;
每条110kV母联配置1台智能终端,就地安装于线路户外测控柜内;
每台110kV主变高压侧配置1台智能终端,就地安装于变压器户外高压测控柜内;
每台110kV主变配置1台非电量重动装置,就地安装于主变户外本体柜内;
每台110kV主变配置1台非电量采集智能终端,就地安装于主变户外本体柜内;
110kV母线配置1台PT采集智能终端,就地就近安装于变压器户外高压测控柜内;
每条10kV进线配置1台智能终端,安装于户内开关柜上或户外测控柜内;
每条10kV馈线配置1台智能终端,安装于户内开关柜上或户外测控柜内;
每条10kV母联配置1台智能终端,安装于户内开关柜上或户外测控柜内;
每台10kV电容器配置1台智能终端,安装于户内开关柜上或户外测控柜内;
每条10kV母线配置1台PT采集智能终端,安装于户内开关柜上或户外测控柜内;
所变配置1台智能终端,安装于交流屏上。
3.2.1.3数据服务器
●基本功能
数据服务器为全站数据的合并器,单台数据服务器能接收多达45路采集装置的实时数据信号,汇总后对保护控制装置提供采样数据;
给智能测控终端传递来自保护装置的控制命令;
接收来自时间服务器的同步采样信号,对就地智能测控终端进行同步控制,实现采集装置的同步采样功能。
●配置原则
本站采用双重化配置,配有两台数据服务器,DMP5181数据服务器A和B接受智能测控终端经光纤A网和B网传输的完全相同的同步采样数据。
3.2.1.4时间服务器
●基本功能
时间服务器实现全站数据采集的同步功能,它按照12800次/S要求等间隔地产生同步信号,并传递给一个或多个数据服务器,数据服务器根据链路长度产生新的同步信号启动智能测控终端的数据采集。
因此,连接在光纤双网的所有智能测控终端采集到的运行数据采样时刻完全一致。
●配置原则
全站配置1个时间服务器。
3.2.2间隔层设备
间隔层包括保护装置和电能表。
保护装置实现全站的保护功能,电能表实现全站的电能计量功能,间隔层设备通过百兆/千兆自适应的工业以太网通讯,和过程层网络设备进行信息的交互。
3.2.2.1保护装置
●基本功能
摒弃传统的电缆接入方式,全站的数据传输由通讯实现,1台保护单元就可集成全站的保护功能,实现分散采集、集中控制的网络架构。
该网络架构易于实现保护多重化配置,多套保护实时接收经同步采样控制的模拟量数据,数据源完全相同,各保护之间采用事先设定的逻辑控制出口,提高系统可靠性。
同时,保护单元的保护、测控、计量配置由图形操作完成,各功能自由配置,无缝链接,便于变电站的升级改造工程。
●配置原则
本站采用双重化配置,配有两台保护装置,DMP5150中央数据处理器A和B分别处理来自A网和B网的实时数据。
每台DMP5150均可实现全站的保护功能,两台DMP5150之间采用“或”的关系,任意一台DMP5150保护动作,均可启动出口继电器跳闸。
当一台DMP5150检测到数据有异常时,进行分类处理、及时告警,全部保护任务由另一台DMP5150完成,保证整个系统正常运行。
3.2.2.2电能表
●基本功能
摒弃传统的电缆接入方式,利用过程层传输的实时数据,采用插值法(1024点)进行时域积分,实现全站各间隔的电能计量,其精度达到0.5级。
●配置原则
本站配置1台电能服务器,实现数据双网冗余接入,当A网通讯有误,电能服务器自动切换到B网接收实时数据,进行电能量计算,提高系统的稳定性和可靠性。
。
3.2.3站控层设备
●基本功能
站控层设备包括管理机、远动工作站、监控主机、监控软件SE900等。
其主要功能为变电站提供运行、管理、工程配置的界面,并记录变电站内的相关信息。
同时,可将站内信息转化为远动和集控设备所能接受的协议规范,实现监控中心远方控制。
站控层设备建立在IEC61850的模型基础上,具有面向对象的统一数据建模。
与站外接口设备能将站内协议转换成相应的远动规约。
●配置原则
综合屏配置1台远动通信服务器,实现数据双网冗余接入,当A网通讯有误,自动切换到B网接收实时信息。
四部分工程业绩
序号
工程名称
1
山东济宁110KV李营数字化变电站
2
广西北流110KV印岭数字化变电站
3
山东曲阜防山110kV数字化变电站
4
山东嘉祥萌山110kV数字化变电站
5
山东曲阜35KV南泉数字化变电站
6
河北石家庄35KV南西庄数字化变电站
7
广西北流35KV蟠龙数字化变电站
8
山东兖州35KV古村数字化变电站
9
山东微山韩庄35kV数字化变电站
10
阳谷35kV闫楼数字化变电站
11
曲阜35kV鄄城临卜变数字化变电站
12
山东苍山35KV会宝岭数字化变电站
13
新疆乌石化化稳控系统数字化变电站
14
山西潞安环保能源常村矿数字化煤矿系统
15
广西柳林110KV成团数字化变电站
16
成武35kV九女数字化变电站
17
山东曲阜开发区35kV数字化变电站
18
山东曲阜110KV苍山南桥数字化变电站
19
山西常村矿王村数字化变电站
20
山西阳泉煤矿数字化变电站
21
山西潞安屯留余吾煤业南风井数字化变电站
五配置清单
110KV数字化变电站配置表
序号
名称
类别
规格型号
生产厂家
数量
单位
1
110KV进线采集柜
(一)
1#110KV进线采集器
DMP5121
磐能科技
1
台
1#主变高压侧采集器
DMP5121
磐能科技
1
台
光纤集线器
GX-8
磐能科技
1
套
户外柜
磐能科技
1
套
2
110KV进线采集柜
(二)
2#110KV进线采集器
DMP5121
磐能科技
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- 110 KV 数字化 变电站 范本 1430