农网35kV智能变电站二次系统技术方案探讨
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摘要：目前，农网35kv智能变电站的建设模式和标准、规范尚处于空白，没有符合农网的典型二次系统设计方案以及相关设备。本文针对上述问题，结合农网变电站工程特点和具体工程，提出了一种农网35kV智能变电站二次系统设计方案，研究了适合工程需要的集中式保护装置、主变保护装置，并采用了无EPON技术、电子式互感器、状态监测等先进的技术和设备，实现了新型农网35kV智能变电站建设技术的摸索和技术应用。
关键词：农网35kV智能变电站 集中式保护 EPON技术
中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）09-0000-00
目前，国网110kV（66kV）及以上的智能变电站的技术和模式日趋成熟，并已进入全面建设阶段，新建交流 110（66）kV～750kV 变电站均按照智能变电站执行[1]。但是关于农网35kV智能变电站的建设模式和标准、规范尚处于空白阶段，作为电网末端变电站，设计仍采用常规综自保护，控制室组屏模式。一些县市也在农网35kV变电站的数字化、智能化方面进行了大胆摸索和尝试，形式各样、标准不一：有些只是简单的实现数字化，并不具备信息化、自动化、互动化等智能电网的基本特征；网络通讯体系亦未能遵循IEC61850标准建设，为今后电网发展和即将实施的县域营、配、调一体化建设留下技术隐患。
农网35kV变电站具有位于电网末端，用电负荷相对分散，长期按“密布点、短半径”的要求规划建设，接线简单、配置不高、整体投资额度较小等特点。
针对农网建设的实际情况，遵循经济、集约、灵活、节能、环保、规范和先进的设计理念，采用安全、可靠、具备先进性的技术和设备。在河南省某农网35kV变电站建设中，对新型农网35kV智能变电站建设技术进行了摸索和技术应用，为全面提高农网35kV变电站科技运行水平提供了成功案例。
1 整体实现方案
1.1工程概况
某县一个典型农网35kV变电站， 结构图如图1所示，远期2台主变，本期1台，35kV/10kV等级；远期4回35kV线路，本期1回，单母分段，一期不上母联；10kV线路10回，本期5回，单母分段，本期不上母联；所用变2台，电容器2组。
图1 35kV变电站主接线图
变电站内通信网络结构及系统遵循DL/T860标准，设备配置在具备数字化、智能化的基础上，兼顾实用性、可靠性、先进性和经济性，参照国网有关智能变电站的标准并结合农网35kV变电站的特点，尽可能的整合各智能IED功能，采用无源光网技术，开发集中式保护，配置电子式互感器、一体化电源、状态监测等设备，对农网35kV智能变电站建设进行探索。
1.2整体方案
整站建立在IEC 61850通信技术规范基础上，按分层分布式来实现智能变电站内智能电气设备间的信息共享和互操作性。分为站控层、间隔层、过程层三层。
站控层配置单站控层服务器（集成工程师站、VQC、接地选线、一体化五防功能）。
主变：1台主变的主保护、高中低压侧后备保护测控、录波等功能由2台集中式保护测控装置实现。
35kV：1条线路保护测控装置单独配置。
10kV：每段母线双重化配置2台保护装置，其中5条线路、1台电容保护测控功能由2台集中式保护测控装置双重化实现，保护配置同常规保护。
过程层设备采用合并单元2台，分别实现主变两侧和线路与电子式互感器的数字量接入。
配置1台公用测控装置实现常规公用信号的接入。
站内35kV间隔和主变两侧采用电子式组合互感器；10kV考虑成本问题，仍使用常规互感器。
站内采用一体化电源和主变状态监测，以提高本站的智能化水平。
2通信组网方案
站内配置2台实时交换机，布置于控制室，与就地装置和高压室IED设备通过EPON（无源光网络技术）技术连接，与本室内设备通过超五类屏蔽线直接连接，实现站控层网络、过程层网络、间隔层网络三网合一，以减少交换机类型和交换机数量（配置普通工业交换机需配置2台过程层光交换机和2台站控层交换机），减少工程建设成本和简化网络结构。
EPON（Ethernet Passive Optical Network）以太网无源光网络技术是一种光纤接入网技术[2]，是一种典型的点到多点接入技术，由局侧光线路终端（OLT）、用户侧光网络单元（ONU）以及光分配网络（ODN）组成[3]。
站内的两台实时交换机各自独立组成A网和B网，局侧光线路终端（OLT）集成在实时交换机上，通过实时交换机OLT上的PON端口、光分配网络（ODN）、用户侧光网络单元（ONU）连接过程层设备和间隔层设备。如图2所示：
图2 35kV变电站网络结构图
3 保护测控技术方案
3.1 10kV集中式保护
国内对集中式保护测控装置已有 一 定的研究[4～5]，集中式保护是将面向间隔的保护改为面向功能的保护，以丰富的数据资源实现全站保护测控的功能集成，从根本上减少数据冗余和简化运行操作[6]。它能显著减少IED数量，有利于变电站保护与控制功能的整体协同，可最大程度地实现信息共享，网络结构清晰，可节省大量光缆，便于设计、维护[7]。
（1）硬件方案。集中式保护装置由电源插件、CPU插件、人机接口插件（可内置/外置）、扩展插件（可选）组成，如图3所示，其中CPU插件完成功能：处理保护逻辑运算、过程层SV/GOOSE报文的接收、GOOSE跳闸报文的发送；人机接口插件实现人机接口功能、站控层通信功能；各个插件之间通过背板总线互联。
图3集成一体化保护硬件结构图
作为间隔层设备的集中式保护装置除完成综合的保护功能、人机对话外，还要实现与过程层和站控层设备的通信，功能较为复杂，计算量较大。为了保证系统能稳定可靠的工作，本项目所采用的集中式保护装置采用功能强大的硬件设备，可以接入5条线路、1台电容、1台所变常规模拟量和开入开出。
（2）软件方案。集中式保护装置基于IEC 61850 标准协议，通过以太网通信实现保护功能。过程层合并单元对电子互感器采集器输出的信号进行合并和同步，并通过网络发送给间隔层集中式保护装置，开入信号电缆接入集中式保护装置。保护装置采用网络传来的最新模拟信号，依次调用各保护算法进行计算，在完成所有计算、判别后更新相应对象属性，并将出口信号组织成相应的报文，例如快速跳闸的指令、告警报文等，启动报文发送任务，通过网络给综合智能终端发送出口动作命令，从而实现保护功能。可以满足5条线路、1台电容器、1台所变间隔的保护测控功能（保护配置同常规保护）。
（3）配置方案。每段母线双重化配置2台保护测控装置保护测控装置双重化实现。
3.2 35kV间隔保护
35kV线路配置一台保护测控装置和一台合并单元，保护满足保护“直采直跳” [7]，保护测控装置就地布置，开入开出电缆直接接入，模拟量通过光纤直接接入合并单元。
3.3主变保护
原有的35kV常规变电站主变保护装置不能用于本智能变电站，故需要开发新的主变保护测控设备用于本工程。
主变间隔采用保护测控一体化解决方案，由2台装置共同配合完成，同时配置一台合并单元用于接入主变两侧的电子式组合互感器，具体功能分配及安装位置如表1所示：
表1 主变保护配置表
装置名称 功能描述 安装位 置
高压侧保护测控装置 主变本体保护、后备保护及高压侧测控（含主变温度采集、档位调节功能） 就地智能柜
低压侧保护测控装置 主变差动保护、低压侧测控 主进
主变合并单元 接入主变两侧ECVT 就地智能柜
为满足智能变电站的需要，对主变保护设备提出如图4所示的过程层接入方案。
图4 主变保护过程层接入方案
该方案具体说明如下：
（1）设置主变间隔合并单元。高/低压侧电流电压数字信号（FT3）接入合并单元；
（2）主变高/低压侧保护装置接收主变合并单元的9-2 SV输出；
（3）高/低压侧保护测控装置跳本侧开关采用电缆直接跳闸，跳对侧开关采用GOOSE直跳；
（4）高压侧保护测控装置本体保护通过二次电缆跳低压侧开关；
（5）GOOSE和MMS共网。逻辑互锁信息、跨间隔的跳闸信息通过GOOSE网络进行传输。
4 本设计方案技术特点
（1）优化组屏方案，节约控制室占地面积。对智能变电站的室内组屏进行优化设计，控制室内组屏综合优化为六面屏，即可满足变电站工程本期和远期需要，远远低于常规变电站的11～13面，屏位置少了一半以上。35kV智能变电站室内屏体布置如图5所示。
图5 35kV智能变电站室内屏体布置
（2）无源光网络技术应用。采用无源光网络技术实现对各类保护测控装置的接入，减少交换机数量以及光缆数量和工作量。
（3）集中式保护装置应用。10kV采用集中式保护装置，就地安装于高压开关柜，保障完全可靠的基础上，减少装置数量，减少建设投资。
（4）保护测控装置保护下放。35kV保护测控装置、电度表、合并单元、状态监测IED、主变保护测控装置、原端子箱部分设备（经优化后）均下放就地智能控制柜，结构紧凑，布局合理。
（5）先进的户外智能控制柜，合理利用户外空间就地智能控制柜可以把本控制柜内温度、控制等信息通过DL/T 860信息上传，智能控制柜结合开关柜厂家综合设计，原端子箱和智能控制柜融合，取消原端子箱。智能控制柜合理利用室外空间，结合一次设备，布置于开关机构下方，线缆通过支柱腿连接于智能控制柜。
（6）先进的电子式互感器组合互感器。35kV线路和主变两侧均采用电流电压电子组合式互感器，间隔采用组合式互感器，取消一次设备PT间隔，提高设备集成度，简化回路，减少一次设备投资和占地面积。
5结语
本文根据农网35kV变电站的工程特点，提出了一种农网35kV智能变电站二次系统方案，根据工程需要研发了集中式保护、主变保护等智能化设备，采用了集中式保护、EPON技术、电子式互感器等先进的技术和设备。依据该方案检查的农网35kV智能变电站具有技术先进、结构清晰、新型可靠的特点，并在可靠性、经济性、维护简便性方面均比常规变电站有大幅度提升，将为农网35kV变电站的智能化建设起到积极的示范作用。
参考文献
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收稿日期：2015-08-12
作者简介：刘宝江（1977―），男，河南许昌人，工程师，主要从事电力系统调度及其自动化、变电站自动化系统等研究及开发工作；刘建勇（1976―），男，河南许昌人，工程师，主要从事电力系统调度及其自动化，变电站自动化系统等研究及开发工作；段运鑫（1978―），男，河南许昌人，工程师，主要从事电力系统调度及其自动化，变电站自动化系统等研究及开发工作；魏 勇（1973―），男，河南许昌人，高级工程师，主要从事电力系统调度及其自动化，变电站自动化系统等研究及开发工作；雒春林（1985―），男，河南许昌人，本科，主要从事电力系统调度及其自动化，变电站自动化系统等研究及开发工作。