智能一次设备的选择应用培训资料30515.docx

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1、长春南5500kkV变电电站工程程设计竞赛赛投标文文件智能能一次设设备的选选择应用用专题报报告卷册检索索号A03003-002长春南5500kkV变电电站工程程设计竞赛赛投标文文件第3卷 竞赛投投标技术术文件第3分卷卷 专题题报告及及建议第二册 智智能一次次设备的的选择应应用二九九年十月0 引言智能电网网以及数数字化变变电站是是电力工工业将来来的发展展方向，国家电电网已经经确定了了中国的的智能电电网发展展模式，将将其定义义为坚强强智能电电网，涵涵盖发电电、调度度、输变变电、配配电和用用户各个个环节，在坚强强电网基基础上实实现电网网的信息息化、数数字化、自自动化、互互动化是是坚强智智能电网网的“

2、智智能”含含义。中国电网网智能化化的建设设其实已已经在进进行一些些试点建建设，目前已已经有多多座数字字化变电电站投入入运行，积积累了一一些运行行经验。只不过并未冠以“智能电网”的名称，目前可以算是智能电网的雏形。建设统一坚强的智能电网，设备制造是关键，目前，我国的二次设备制造业进步很快，对IEC61850的运用，在国际上都做出了突出贡献，弥补了许多国际上对61850定义的空白，二次设备基本实现了智能化、网络化。但是，一次设备智能化是智能电网的瓶颈，严格意义上的先进的智能化一次设备仍然处于研发阶段，未能投入应用，缺少运行经验。本次工程程设计，本本着促进进企业发发展，推推动技术术进步的的宗旨，在在

3、与设备备制造商商、运行行单位的的深入探探讨的基基础上，对对长春南南5000kV变变电站智智能一次次设备的的设计、制制造提出出一些原原则和方方案。在在本专题题中，结结合已建建数字化化变电站站工程的的经验和和不足，阐阐述在本本工程中中的智能能一次设设备的优优化设计计方案。1 智智能一次次设备的的设计原原则数字化变变电站主主要由光光电/电电子式互互感器、智智能化一一次设备备、网络络化二次次设备在在IECC618850通通讯规约约基础上上分层构构建，实实现智能能设备间间信息共共享和互互操作的的现代化化变电站站。本专专题着重重论述智能化化一次设设备的设设计选择择和应用用。高可靠性性的设备备是变电电站安全

4、全、稳定定运行的的基础，结合目前已运行的数字化变电站的经验和电子技术、网络技术、通信技术的发展状况，本专题针对长春南500kV变电站建设的实际需求，提出以下设计原则：1.1 本专题系系统方案案的论证证主要是是针对国国产设备备进行。1.2 变电站采采用智能能一次设设备，要要求一次次设备除具具有电力力设备的的基本功功能外，还应具有在在线监视视、智能能控制、数数字化接接口和电电子操作作等一系系列的高高智能化化功能。1.3 数据的采采集、传传输、处处理应数数字化、共共享化，利利用通信信网络和和光缆实实现数据据传输的的数字化化。1.4 500kkV、2220kkV智能能单元冗冗余配置置；666kV智智能

5、单元元单套配配置；主主变5000kVV、2220kVV侧智能能单元冗冗余配置置，666kV智智能单元元单套配配置，本本体智能能单元按按照单套套配置。1.5 站控层、间间隔层、过过程层采采用高速速以太网网络，采用三三层结构构两层网网络的拓拓扑结构构。5000kV、2220kkV过程程层按串串或者224个个断路器器间隔为为单位配配置2台台冗余网网络交换换机，采采样值报报文和GGOOSSE报文文分网传传输；666kVV过程层层按单元元母线单单位配置置2台冗冗余网络络交换机机，采样样值报文文和GOOOSEE报文共共网传输输。1.6 采用IEEC6118500变电电站通信信网络和和系统（标准DL/T86

6、0等同IEC61850）标准通信体系，合并单元、智能单元采用IEC 61850-9-2传输方案。1.7 合并单元元与保护护装置合合并组柜柜或就地地安装，智能单元就地安装。1.8 充分考虑虑500kkV变电电所电磁磁环境对对设备的的干扰问问题，按照5500kkV变电电所保护护和控制制设备抗抗扰度要要求（DDL/ZZ 7113-220000）提出出对设备备抗干扰扰度等级级的要求求。1.9 接入全站站集中方方式设置置的GPPS时钟钟系统，双双重化冗冗余配置置并能自自动切换换，确保保同步对对时精度度要求和和对时接接口要求求。2 智能一一次设备备的方案案设计2.1 智能一一次设备备的构成成方案与常规变变

7、电站一一次设备备相比，智智能变电电站在应应用方面面进一步步加大了了一次设设备信息息化。智智能化的的一次设设备将监监测更多多设备自自身状态态信息，全全面实现现对一次次设备的的物理状状况、动动作情况况、运行行工况等等方面的的信息化化实现；在自动动化功能能方面，进进一步实实现智能能化，在在控制功功能、状状态自检检测、状状态检修修等方面面实现智智能化控控制操作作；设备备信息及及智能功功能，可可通过网网络实现现与上级级系统及及其它设设备的运运行配合合，自动动化程度度更高，具具有比常常规自动动化设备备更多、更更复杂的的自动化化功能；具备互互动化能能力，与与上级间间隔层设设备、站站控设备备及相关关设备、调调

8、度及用用户等及及时交换换信息，分分布协同同操作。智能一次次设备是是构建数数字化变变电站的的基础，所所谓智能能一次设设备是指指由电力力功能元元件与智智能综合合组建构构成的设设备，除除具有电电力设备备的基本本功能外外，还具具备测量量、控制制、保护护、计量量和监测测等功能能。基于以以上定义义要求，智智能开关关设备的的实现的的方式可可以按照照以下三三种方式式实现：方式一：独立的的运行的的电力功功能元件件 + 外置的的一个或或多个智智能综合合组件。方式二：电力功功能元件件 + 内嵌的的包含状状态监测测单元的的智能综综合组件件 + 外置的的一个或或多个智智能综合合组件。方式三：电力功功能元件件 + 内嵌的

9、的智能综综合组件件。其中方案案三最符符合IEEC6220633:19999对对智能断断路器设设备的定定义，除除具有断断路器设设备的基基本功能能，还应应具有在在线监视视、智能能控制、数数字化接接口和断断路器的的电子操操作等一一系列的的高智能能化功能能。但是是，目前前通过一一次设备备本身实实现智能能化控制制和传输输技术尚尚未达到到实际应应用水平平，经过对对国内一一次设备备制造厂厂调研，部分制造厂是采用与二次设备制造厂合作开发具备方案一和方案二中要求的智能综合组件，符合方案三要求的智能综合组件仍然处于研发阶段，未能投入应用，缺少运行经验。本专题站站针对长春春南5000kVV 站5500kkV HHG

10、ISS和2220kVV GIIS两种种设备情况况，重点点分析变变压器、断断路器、隔隔离开关关等设备智智能化应应用情况况及发展展方向。针对变变压器、HHGISS和GIIS容性性设备、高高抗、等等设备在在线监测测如何与与设备智智能化结结合的应应用情况况及发展展方向在在在线线监测装装置的选选择应用用专题题中进行行详细论论述。针对一次次设备本本身不能能实现智智能化控控制和传传输的情情况，通通常采用用就地加加装智能能终端来来实现。对于开关设备，智能终端集成安装于HGIS和GIS开关的汇控柜中，开关的信号和控制电缆连接在一次设备与汇控柜间完成，由汇控柜的智能终端至二次小室间隔层设备间采用光缆连接，提供光纤

11、数字接口，传输GOOSE报文，完成一次设备信息的上传和远方控制。在不改变传统开关结构的基础上提升了一次设备的智能化程度。HGISS与GIIS的结结构基本本相同，只只是不包包含母线线。HGGIS采采用敞开开式的母母线、避避雷器和和电压互互感器，安安装方式式比较灵灵活。从从智能化化的角度度出发两两者没有有根本的的区别，只只是智能能终端、合合并单元元等设备备的安装装方式不不同，GGIS设设备汇控控柜按照照间隔装装设，智智能设备备可以集集中安装装在汇控控柜中；HGIIS设备备分相装装设，所所以智能能设备从从电缆和和光纤等等的走线线合理性性上考虑虑需要分分散安装装于端子子箱中。对于变压压器设备备而言，一

12、个能够在智能系统环境下，通过网络与其他设备或系统进行交互的变压器是必需的。目前，国内运行的数字化试点站均采用如下方式实现，即通常而言的“常规一次设备+智能终端”方式，对于主变本体，智能终端除以继电器重动、电缆直跳方式执行本体非电量保护功能外，还可以执行与主变本体有关的诸如：启动充氮灭火、遥控/闭锁有载调压、启动风冷控制、上传各种非电量信号等功能，是将常规配置的各个功能装置的功能整合为一的大二次装置。上述种种种均是符符合方案案一方式式所描述述的智能能一次设设备的，采用智智能终端端实现一一次设备备的智能能化具有有以下显显著优点点：1）通常常由汇控控柜至二二次小室室间的距距离较大大，常规规变电站站采

13、用电电缆连接接需要大大量的电电缆，且且常常出出现许多多接线的的问题，如如今采用用光缆取取代了大大量的电电缆连接接，既节节省了成成本又提提高了可可靠性。对对于一个个常规的的长春南南5000kV变变电站来来讲，大大约需要的电缆缆为1000kmm左右，而而采用数数字式互互感器和和智能一一次设备备后可节节约955%左右右，同时时大幅简简化了电电缆沟所所需的土土建设施施。光缆相对对于电缆缆而言具具有优良良的抗电电磁干扰扰能力，传传输过程程不会产产生附加加误差，从从而提高高了智能能变电站站信息传传输的可可靠性。2）一、二二次设计计集成，简简化了设设计院工工作，减减少了设设备现场场调试周周期。3）采用用基于

14、GGOOSSE协议议的网络络通讯，便便于信息息共享。过过程层网网络共享享了全站站所有一一次设备备的状态态信息，便便于各间间隔间实实现逻辑辑互锁功功能，取取消了常常规变电电站设备备间复杂杂的通讯讯或硬接接线连接接。方案一相相较常规规变电站站已经具具有很多多的显著著的优点点，使得得变电站站二次发发生了翻翻天覆地地的变化化，变电电站实现现了彻底底的数字字化。但但是，在在实现智智能化的的过程中中任然存存在一些些问题需要要改进或或解决，突出的的就是智能能终端无无法实现现在线监监测功能能，缺少少在线监监测功能能就无法法实现状状态检修修。目前已经经开发出出来基于于IECC618850的的断路器器在线监监测系

15、统统，可以监监控断路路器和断断路器所所有需检检测的方方面。监监测参数数包括：电源电电压、温温度、SSF6气气体密度度、油压压、行程程、线圈圈电流、发发动机电电流、线线电流、加加热器电电流、接接触时间间等等，这这些参数数可以内内部存储储、评估估并且定定期拷贝贝至指定定服务器器；根据不不同的断断路器、监监控水平平和参数数定义，又可以对下列断路器部件的状况进行计算：主触头、SF6密度、线圈电路、线圈电枢、电机、跳闸装置、弹簧、加热器、油密度、泵、蓄电池等等。主触头的状态可通过主触头被烧掉或腐蚀掉的百分比来展现；实际SF6气体密度或压力可以看到并可依据最新建议数据去补充；断路器的剩余使用寿命和工作时间

16、亦可显示。变压器智智能化单单元也已已经在研研发阶段段，一个个理想化化的智能能变压器器应该具具有如下下组成：变压器器主体+检测设设备各种种状态的的传感器器+执行器器+通讯网网络；变压器智智能化单单元（TTIEDD）；智智能化辅辅助设备备。可简简称 TTIEDD(Trranssforrmerr Inntellliggentt Ellecttricc Deevicce),这是整整个智能能化变压压器的核核心，其其内部潜潜有数据据管理、综综合数据据统计分分析、推推理、信信息交互互管理等等。变压压器出厂厂时将各各种技术术参数、极极限参数数、结构构数据，推推理判据据等，通通过专家家知识库库的数据据组织形形式

17、植入入智能化化单元。用用标准协协议与其其他智能能系统交交换信息息。各种种传感器器、执行行器通过过各自的的数字化化或智能能化单元元接入。一一些简单单的模拟拟量、开开关量可可直接接接入TIIED。对 TIIED 的具体体要求包括括：1） 支支持标准准通讯协协议: IECC618850 和TCCP/IIP。2） 具具有互操操作性，能能够与同同一厂家家或不同同厂家的的 IEED 互互联。3） 内内嵌 WWeb 维护界界面，支支持远程程维护功功能。4） 带带有跟踪踪自诊断断功能，确确保系统统异常后后实时报报警。5） 满满足室外外长期运运行要求求，必须须保证能能够在恶恶劣环境境或极端端环境和和变电站站强电

18、磁磁干扰环环境下，安安全可靠靠运行。其内部嵌嵌入的各各类传感感器和执执行器在在智能化化单元的的管理下下，保证证变压器器在安全全、可靠靠、经济济条件下下运行。出出厂时将将该产品品的各种种特性参参数和结结构信息息植入智智能化单单元，运运行过程程中利用用传感器器收集到到实时信信息，自自动分析析目前的的工作状状态，与与其他系系统实时时交互信信息，同同时接收收其他系系统的相相关数据据和指令令，调整整自身的的运行状状态。以上种种种的实现现，对于于变电站站进行状状态检修修就可以以成为现现实。进进行状态态检修可可以减少少因年度度计划预预试小修修而造成成的重复复性停电电；可以以在不停停电状态态下，进进行设备备参

19、数监监测。一一般情况况下，每每台智能能变电站站内变压压器每年年可多供供电量约约数千万万千瓦时时，节约约检修的的差旅、台台班费约约十几万万元至几几十万元元，节约约试验、化化验、小小修费用用约几十万元元。实现现了智能能化的在在线检测测还有利利于对设设备的缺缺陷进行行跟踪分分析，及及时掌握握绝缘油油及介质质裂化趋趋势，可可远距离离随机监监控，实实现绝缘缘状况连连续监测测。实现了在在线监测测功能，就可由方案一描述的方式进步以形成方案二所描述的实现方式。所以，秉承通过依托工程设计和应用，引导推动国内主要电气一、二次设备技术创新和集成的宗旨，针对长春南500kV变电站智能一次设备的构建，我们推荐采用方案二

20、方式。2.2 通信标标准体系系的建立立变电站自自动化技技术的使使用大大大提高了了电网建建设的现现代化水水平，增增强了电电网调度度的灵活活性和可可靠性，降降低了变变电站建建设的总总造价。当前IEC61850标准的大力实施基本上清除了在变电站自动化系统集成过程中面临的最大障碍，即不同厂家不同的IED，甚至同一厂家不同型号的IED所采用的通信协议和用户界面的也可能不相同，难以实现自动化系统的无缝集成和互操作的障碍。IEC 618850标标准是针针对变电电站自动动化系统统的功能能和要求求，特别是是互操作作性要求求的基础础上，制制定的变电站站内通信信网络与与系统的的通信标标准体系系。它采采用分层层分布式

21、式体系、面面向对象象的建模模技术，使使得数据据对象的的自描述述成为可可能，为为不同厂厂商的IIED实实现互操操作和系系统无缝缝集成提提供了途途径。新新的国际际标准IIEC6618550颁布布实施之之后，变变电站自自动化系系统从过过程层到到控制中中心将使使用统一一的通信信协议，清清除了竞竞争壁垒垒，可以以带给各各个制造造厂公平平竞争的的基础环环境。IEC 618850标标准体系系中，IIEC 618850-9提供供了面向向对象的的建模技技术标准准，定义义了采样值值传输抽抽象模型型，如图11所示。它它基于发发布者/订阅者者通信结结构。发发布者和和订阅者者之间可可实现报报文传输输(SeendMMes

22、ssagee ) 、控制制块值读读/设置置和数据据值读(GettDattaVaaluee)等三三种服务务。其中中，报文文传输服服务即对对应采样样值报文文的快速速、实时时传输；控制块块值读/设置服服务对应应于SVVC模块块中属性性值的读读/写操操作；数数据值读读服务是是对数据据对象的的属性值值进行读读取。图1 采样值值传输抽抽象模型型合并单元元、智能能终端与与间隔层层设备间间通信均均采用IIEC 618850-9，标准有有两种模模式：IIEC 618850-9-11和IEEC 6618550-99-2。1）IEEC 6618550-99-1传传输方案案：本方案只只提供报报文传输输这一种种服务，即

23、即通过单单向多路路点对点点串行通通信链路路的采样样值传输输方式。合合并器提提供多个个光纤数数据输出出接口，与与间隔层层设备之之间通过过光纤一一对一进进行连接接。点对对点传送送方式只只需考虑虑传送介介质的带带宽和接接受方CCPU处处理数据据的能力力，而不不用担心心数据流流量对于于其他间间隔设备备传输的的影响，因因为它并并没有通通过网络络与其他他间隔共共享网络络带宽。本方案实实现模式式简单固固定，但但不灵活活，数据据通道固固定为112路，帧帧格式固固定而且且不允许许改变，映映射方法法也相对对固定、简简单，对对ASCCI模型型的支持持不够完完备。典型线路路间隔IIEC 618850-9-11方式配配

24、置图2）IEEC 6618550-99-2传传输方案案：合并单元元直接接接入过程程层网络络，保护护、测控控、计量量等设备备不再与与合并单单元直接接相连，而而是通过过网络获获取采样样值，这这样就达达到了采采样信号号的信息息共享。通通过交换换机本身身的优先先级技术术、虚拟拟VLAAN技术术、组播播技术等等可以有有效的防防止采样样值传输输流量对对过程层层网络的的影响。更更主要的的方面在在于网络络传输模模式有效效的解决决了点对对点传输输模式下下的一些些缺陷，如如便于实实现跨间间隔保护护（母线线保护、变变压器保保护等）；可灵活活配置数数据集的的内容，帧帧格式可可灵活定定义，并并支持单单播方式式；合并并器

25、可以以下放至至户外安安装，只只需一根根光纤就就可方便便的将此此间隔的的合并器器接入主主控室的的过程层层网络，方方便了就就地采集集器至合合并器的的光纤连连接。随随着交换换机网络络管理技技术的迅迅速发展展及其成成本的降降低，采采样值网网络传输输模式已已经在数数字化变变电站得得到推广广应用。它它符合数数字化变变电站所所倡导的的全站数数字网络络传输的的发展方方向。典型线路路间隔IIEC 618850-9-22方式配配置图3）IEEC 6618550-99-1和和IECC 6118500-9-2对比比IEC 618850-9-11方案模模式简单单，工程程实施的的技术难难度小，但但不够灵灵活；IIEC 6

26、18850-9-22方案则则更灵活活方便，更更符合数数字化变变电站数数字化网网络传输输的发展展方向。IEC6618550-99-1与与IECC618850-9-22分析对对比表项目IEC 618850-9-11IEC 618850-9-22安装方式式点对点方方式，光光缆铺设设量大，合合并单元元安装方方式不灵灵活网络传输输模式，光光缆铺设设量大幅幅减少，合合并单元元安装方方式灵活活跨间隔保保护对于母差差、主变变等保护护必须加加装数据据处理单单元，对对数据处处理单元元性能要要求较高高信息交互互网络化化，各间间隔数据据在过程程层网络络上实现现共享，对对于主变变、母差差等保护护，实现现方式灵灵活简单单

27、，不再再需要加加装数据据处理单单元光口数量量由于采用用点对点点方式，需需要过程程层设备备提供大大量的光光口，不不便于运运行维护护不需要大大量光口口，降低低了装置置制造成成本，同同时也便便于运行行维护配置模式式简单固定定，帧格格式不允允许改变变，对AASCII模型的的支持不不够完备备灵活方便便，帧格格式可以以根据技技术需求求进行修修改，全全面支持持ASCCI模型型20099年1月月23日日，(557_9990_INFF)正式式通知各各个国家家委员会会，宣布布取消IIEC6618550-99-1，IIEC6600444-77/8也也将废除除，因此此，针对对长春南南5000kV变变电站的的过程层层网

28、络，本本次设计计推荐采采用IEEC6118500-9-2通信标标准,为吉林省省电网打打造全新新的一座座全数字字化变电电站。2.3 智能一一次设备备的组网网方案变电站自自动化系系统的网网络按照照三层结结构两层层网络的的结构组组网，这这三个层层次分别别称为“过程层层”、“间隔层层”、“站控层层”。各层层次内部部及层次次之间采采用高速速网络通通信，通通信媒介介为网络络线或光光纤。本本专题着着重讨论论过程层层组网方方案。过程层是是一次设设备与二二次设备备的结合合面，主主要针对对智能化化电气设设备,主要功功能分三三类：电电力运行行实时的的电气量量检测;运行设设备的状状态参数数检测;操作控控制执行行与驱动

29、动。国家家电网公公司提出出了设备备全寿命命周期管管理，要要达到这这一目的的，必须须做到对对设备状状态的完完整把握握，使得一一次设备备与二次次设备之之间没有有明显的的界限。本本节就这这一重点点议题进进行探讨讨研究。2.3.1网络络构成的的方案在IECC618850标标准体系系中将以以太网络络规定为为变电站站通信体体系的标标准网络络，以太太网特有有的CSSMA/CD（带带有冲突突监测的的载波侦侦听多址址访问）机机制虽然然使得网网络利用用率提高高了，但但是却存存在着信信息传送送时间不不确定的的问题，以以往不能能实际应应用的原原因就是是不能保保证实时时性才限限制了以以太网络络在变电电站通信信体系的的应

30、用，尤尤其是间间隔层和和过程层层之间。那那么IEEC为什什么又要要将其引引入到变变电站通通信体系系中呢?主要是是基于网网络技术术的飞速速发展，网网络带宽宽大大提提高和交交换式以以太网技技术的出出现，使使得这一一问题得得以解决决。网络络带宽的的一再提提高，为为以太网网进入控控制领域域奠定了了基础。经经过实验验研究表表明，当当网络负负荷率不不大于330%时时，以太太网的响响应时间间能够满满足工业业控制中中对实时时性的要要求。带带宽的提提高，也也就是通通讯速率率的提高高，意味味着网络络负荷的的减轻，冲冲突几率率的减少少，实验验证实，110Mbbps的的以太网网传送115188的字节节耗时不不大于11

31、.2mms，而而10000Mbbps的的以太网网只要112s。目目前，由由于互联联网的广广泛应用用极大的的推动了了以太网网技术的的发展，网网络速率率从最初初的十兆兆网（110Mbbps）发发展到百百兆网（1100MMbpss）、千千兆网（110000Mbpps）直直至万兆兆网（110Gbbps）。万万兆网的的标准IIEEEE8022.3ee早已经经正式颁颁布，目目前正在在逐步进进入应用用阶段。IEC给给出站控控层网络络的推荐荐方案为为10/1000/10000MMbpss以太网网，过程程层网络络的推荐荐方案为为0.11/1/10GGbpss以太网网。基于变电电站对实实时性、可可靠性的的高要求求

32、，以太太网速率率当然是是越快越越好，但但是还需需要从工工程实施施的可行行性以及及设备全全寿命周周期来分分析这一一问题。万万兆超高高速以太太网目前前由于其其昂贵的的成本价价格还难难以在工工程中被被接受和和采用。变变电站过过程层网网络对实实时性有有着严格格的要求求（44ms），理理应选用用10000Mbbps以以太网。经经过对国国内几个个大厂进进行调研研，发现现却存在在着无法法逾越的的障碍，限限制了110000Mbpps以太太网络的的应用，那那就是，目目前智能能单元设设备采用用的工业业级CPPU芯片片，均采采用嵌入入式技术术，集成成了100/1000Mbbps以以太网自自适应总总线，如如果要支支持

33、/110000Mbpps以太太网，就就需要更更换核心心元件CCPU，整整个装置置面临重重新开发发设计，设设备更新新换代的的费用比比较高，针针对长春春南5000kVV变电站站而言，目目前还无无法引入入工程实实施。面对这一一问题，交交换式以以太网技技术给出出了解决决问题的的方案。由由于交换换机是工工作在数数据链路路层的设设备，因因而可以以利用交交换机来来划分冲冲突域，采用控制区域微网段化，各控制区域通过具有网络隔离和安全过滤的现场控制器与系统主干相连，实现各控制区域与其他区域之间的逻辑上的网络隔离。通过限制每段（利用交换机分段）接点的数量，就可以减少冲突，满足实时性要求。这种方案，增加了交换机投资

34、，但是以交换式以太网构成的过程层，其在可靠性、实时性方面并不逊色于千兆网。从以上分分析可以以得出结结论，长长春南5500kkV变电电站需要要采用交交换式以以太网络络结构,根据推推荐的试试点工程程经验，按按照3330kkV7750kkV智能能变电站站设计技技术规定定，确确定5000kVV过程层层按串为单单位划分分网段，2220kkV过程程层按224个个断路器器间隔为为单位划划分网段段，666kV过过程层按按单元母母线单位位划分网网段。2.3.2 网网络接线线形式的的选择目前以太太网常用用的网络结结构有星星形结构构和环结结构。1）星型型结构星形结构构中各自自间隔设设置专用用交换机机，采用用级联式式

35、星形接接线，合合并单元元、智能能单元等等设备（IIED）直接接入二次小室的过程层交换机，过程层设置公用交换机，减少了总线接线时中间连接交换机的流量，同时也不存在一个间隔的交换机故障会影响其他间隔的交换机信息的传输。采用星形网络可以使各个IED之间通过最短的网络路径进行信息交互，同时也不用考虑解决环形网结构中可能会产生网络广播风暴的问题而增加设备投资缺点：星形结构构的缺点点是中心心交换机机必须具具有极高高的可靠靠性，如如果一旦旦损坏，整整个系统统便趋于于瘫痪。同同时设备备的通信信量集中中到一个个通信点点上，负负荷重时时比较影影响传输输速度。星型网络络拓扑结结构2）环型型网络拓拓扑结构构 环形网结

36、结构将所所有交换换机使用用光纤组组成一个个网络环环，与星星形网相相比它增增加了硬硬件传输输回路上上的冗余余性和可可靠性。因因为要考考虑环网网情况下下对广播播风暴的的抑制和和提高网网络自愈愈的时间间（一般般为500ms5000ms不不等），所所以组成成光纤自自愈环网网的交换换机与星星形交换换机相比比成本相相对较高高。环型网络络拓扑结结构从以上介介绍可以以看出，环环形网络络的特点点是相比比星形网网络抗故故障能力力强，适适合于接接点分布布广、连连线长、故故障几率率高的网网络，但但是就变变电站而而言，网网络规模模相对较较小，设设备布置置较为集集中，交交换机间间连线短短，所以以故障几几率较低低，环形形网

37、络的的优势难难以体现现出来。相相反，星星形接线线的实时时性高、扩扩展性好好，维护护、检修修方便的的优点则则能被充充分的体体现，尤尤其是对对过程层层来讲，对对实时性性要求很很高，不不允许网网络风暴暴的发生生，所以以目前国国内几个个大的设设备制造造厂基本本都是选选择星形形网络结结构的过过程层接接线形式式。为了提高高星形网网络的可可靠性，采采用冗余余交换机机配置可可以满足足要求，具具体方案案在后续续内容中中做详细细叙述。2.3.3网络配配置和结结构的优优化前文已经经就过程程层网络络结构，接接线形式式进行了了论述，确确定了过过程层采采用基于于交换式式以太网网技术的的星形1100MMbpss网络。在在数

38、字化化变电站站中，过过程层占占据着重重要地位位，其重重要性高高于站控控层，因因此，这这里需要要着重讨讨论如何何保证高高可靠性性的同时时，如何何兼顾经经济性。过程层网网络的核核心设备备就是交交换机，交交换机上上面连接接着间隔隔层的IIED设设备，下下面连接接着过程程层的智智能单元元和合并并器，面面对众多多的IEED设备备、智能能接口和和合并器器，如何何合理的的分配交交换机将将他们连连接起来来而达到到结构清清晰、易易于维护护而又节节省经济济是组网网的关键键点，IIEC标标准对过过程层提提供了四四种解决决方案，由由于其中中的单一一总线原原则需要要超高的的网络速速率支持持，前面面已经论论述过由由于受技

39、技术应用用、成本本的限制制，还无无法引入入到工程程实践中中来，所所以这里里就其他他的三种种不同的的组网方方式进行行论述，这这三种原原则各有有自己的的优缺点点，适用用于不同同的场合合。1）面向向间隔原原则：以以间隔为为单位分分配交换换机，无无论一个个间隔内内所包含含的IEED、智智能接口口、合并并器数目目多少，都都要为他他们分配配一台完完整的交交换机，不不同的间间隔之间间不共用用交换机机。(考考虑到目目前单台台交换机机的最大大口数可可达244个，足足以满足足任何一一个大间间隔的要要求)。其优、缺点如下：优点：结结构清晰晰，易于于维护。缺点：需需要较多多的交换换机，造造价较高高。适用于：2200

40、kVV及以上上电压等等级的重重要间隔隔。2）面向向应用原原则：以以过程层层设备之之间的距距离远近近为原则则，就近近的设备备挂接在在一个交交换机上上，而且且尽量将将交换机机的端口口用完，其其优、缺缺点如下下：优点：节节省交换换机，节节省网络络线或者者光纤。缺点：结结构不够够清晰，给给维护带带来一定定的困难难。适于用：66 kkV及以以下电压压等级的的间隔。3）面向向功能原原则：将将相互之之间需要要较多信信息交互互的IEED、智智能接口口、合并并器等设设备挂接接到一个个交换机机上，不不同的交交换机之之间再进进行连接接，其优优、缺点点如下：优点：不不同交换换机之间间的信息息交换量量最小。缺点：可可能

41、会增增加交换换机的数数量。适用于：高压柜柜及厢式式变。对于以上上三种方方案，我我们这里里推荐对对于像2220kkV和5500kkV以及及主变等等重要的的间隔，应应该采用用第一种种方案，即即面向间间隔的方方案，对对于666kV间间隔，应应该采用用第二种种方案，即即面向功能能的方案案，以上上在国内内的变电电站工程程中均有有成功的的运行经经验，都都是可行行的。结合本工工程实际际情况和和500kkV工程程的经验验。本工工程推荐荐的具体体实施方案案如下：500kkV过程程层按串串为单位位配置22台冗余余网络交交换机，采样值SMV报文和GOOSE报文分网传输；220kkV过程程层按224个个断路器器间隔为

42、为单位配配置2台台冗余网网络交换换机，采采样值SSMV报报文和GGOOSSE报文文分网传传输；66kVV过程层层按单元元母线单单位配置置2台冗冗余网络络交换机机，采样样值SMMV报文文和GOOOSEE报文共共网传输输。3 智能能一次设设备的信信息采集集与传输输随着数字字化变电电站的出出现，相相比较原原先的变变电站自自动化系系统的功能以以及其采采集信息息的涵盖盖范围也也在不断断的发展展。在已已运行的的数字化化变电站站中，出于于对运行方方式等客客观因素素的要求求，对变变电站的的信息采采集的方方式以及及范围进进行了扩扩展，并并在实际际运行中中取得了了宝贵的的经验，结结合本工工程的实实际情况况，确定定

43、采取以以下优化化措施：3.1 智能单单元的配配置原则则智能一次次设备的的智能核心心就是智智能单元元，前面面已经论论述长春春南5000kVV变电站站要采用用方式二二：电力力功能元元件 + 内嵌嵌的包含含状态监监测单元元的智能能综合组组件 + 外置置的一个个或多个个智能综综合组件件的方式式来实现现设备的的智能化化。那么具体体实施都都是采用用什么样样的设备备来实现现上述方方式呢，根据我们对目前的设备调研结果，提出长春南500kV站实现一次设备智能化的具体方案就是“一次设备+内嵌在线监测单元+智能终端”。目前已经经有多个个制造厂厂开发出出基于IIEC6618550通信信体系的的一次设设备在线线监测装装

44、置，但但是根据据我们的的调研，还还没有运运行的变变电站将将在线监监测信息息纳入到到全站自自动化网网络中的的案例，缺缺少运行行经验。基基于对可可靠性的的要求，另另外，虽虽然实现现了数字字化变电电站，但但是目前前的运行行单位专专业划分分仍然未未发生变变化，所所以，按按照生产产管理要要求，也也需要将将在线监监测系统统单独组组网。因因此一次次设备在在线监测测系统目目前都采用单单独组网网的方式式来实现现，变压压器、断断路器、容容性设备备等都是是作为一一个独立立模块把把传感器器采集的的信息通通过一个个支持IIEC6618550通信信体系的的以太网网络传送送至后台台监控系系统进行行显示分分析。具具体方案案在

45、在在线监测测装置的的选择应应用专专题中进进行详细细论述。智能终端端目前已已经具有有丰富的的运行经经验，这这里不再再赘述，对对长春南南5000kV变变电站的的智能终终端配置置原则如如下：1）5000kVV、2220kVV智能单单元冗余余配置；2）666kV智智能单元元单套配配置；3）主变变5000kV、2220kkV侧智智能单元元冗余配配置，666kVV智能单单元单套套配置，本本体智能能单元按按照单套套配置。4）每段段母线智智能终端端按照单单套配置置5）隔离离开关并并入断路路器单元元智能终端端均分散散安装于于就地。3.2智智能断路路器的信信息采集集断路器在在线监测测信息通通过在线线监测网网络上传

46、传。智能终端端设备要要求具有有如下功功能：1）传统统继电器器控制功功能（配配置这一一功能是是为增加加可靠性性）；2）装置置自检及及电源监监视3）重合合闸4）同期期5）压力力监视6）DII/DOO回路智能终端端实际上上是一个个涵盖了了常规信号号、控制制回路的的功能合合并单元元。3.3 智能变变压器的的信息采采集变压器的的在线监监测信息息通过在在线监测测网络上上传。智能终端端设备要要求具有有如下功功能：1）非电电量保护护功能；2）消防防控制3）遥控控/闭锁锁有载调调压4）冷却却器控制制5）DII/DOO回路3.4采采集信息息的传输输前面已经经论述过过过程层层组网的的方式，智智能终端端将采集集的信息

47、息通过GGOOSSE网络络上传至至间隔层层。值得注意意的是过程程层设备备对于信信息的实实时性要要求很高高，信息息的同步步性会影影响到保保护能否否正确动动作、开开关同期期等，所所以如何何保证信信息的同同步性，至至关重要要。传统统的对时时方式有有秒脉冲冲对时、IIRIGG-B码码对时方方式。目目前IEEEE 15888网网络测量量和控制制系统的的精密时时钟同步步协议标标准对于提升升网络系系统定时时同步能能力迈出出了一大大步，该该标准提提供了通通过硬件件和软件件将网络络设备（客客户机）的的内时钟钟与主控控机的主主时钟实实现同步步的方案案，实现同步步建立时时间小于于10s的运运用，与与未执行行IEEE

48、E15588协协议的以以太网延延迟时间间10000ss相比，整整个网络络的定时时同步指指标有显显著的改改善。之之前，由由于IEEC 6618550尚未未正式支支持IEEEE115888，目前国国内也是是仅在少少数几个个试点站站使用了了IEEEE15588对对时方式式。支持持IEEEE15588的的装置、交交换机和和时钟源源均处于于试验开开发和试试验使用用阶段，不不仅造价价高昂，在在过程层层双网条条件下无无成熟的的冗余方方案，技技术上也也未达到到批量应应用的程程度。但是对其其应用前前景因该该是看好好的，随随着工业业化的应应用、推推广，其其价格应应该是趋趋于一个个合理的的范围，作作为5000kVV智能变变电站依依托工程程的长春春南站，我我们认为为采用IIEEEE15888对时时具有前前瞻性，所所以推荐荐采用。4 电磁磁环境对对设备的的干扰问问题超高压变变电所内内的电磁磁兼容问问题一直直一来就就是人们们关注的的问