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1、110KV 总降变电所 IEC61850 系统综合自动化项目技术方案书2006 年 11 月北京德威特力通系统控制技术有限公司BEIJING DEVOTE LITONG SYSTEM CONTROL TECHNOLOGY CO., LTD110KV 变电站 IEC61850 综合自动化系统技术方案书技 术 方 案一、系统概述勃海 110KV 总降变电所本期综合自动化工程范围为 1 台 110/10KV 变压器，13条 10KV 馈出线的保护监控功能。本项目基于 IEC61850 变电站通信体系对勃海 110KV 总降变电所进行监控及保护综合自动化改造，并将原来系统的综合自动化系统监控保护设备信
2、息（国内某公司设备, 10KV 馈出线 2 段），通过通讯转换手段纳入到新的 IEC 61850 电力自动化信息系统中。实现保护信息和控制信息等的实时远方监控，使整个变电站的保护自动化系统提升到一个较高的水平，满足未来整个电站信息远传的需求并适应未来若干年系统运行要求及电力系统信息化改造的要求，同时使系统易于扩展升级。本项目实施具有如下技术特点：（1） IEC61850 保护配置方案系统配置 GE 公司 UR 系列 IEC61850 保护装置，均具备 IEC 61850 通讯功能。主变配置 T35 差动主保护系统，F35 变压器后备保护系统，内部配有监控模块，可实现高、低压侧过流及速断的保护功
3、能和瓦斯保护动作的报警功能。变压器保护通过集中组屏安装在 110KV 总降主控室。13 条馈线采用 F650 馈线保护装置。物理上采用分散安装的方式，就地安装在相应的馈线开关柜上。所有设备通过高速以太网，以 IEC 61850 通讯协议实时交换信息。整个新型自动化系统完全可以满足目前系统运行的监控及保护需求。（2） 站内 IEC61850 通讯系统站内 IEC 61850 通讯网络采用高速环形以太网结构，110KV 主监控室配置双监控主计算机工作站（HP 公司），双以太网方式连接网络交换机设备。采用热备份的工作模式，确保系统的可靠运行。完成整个电力自动化系统的人机界面、监控、管理功能。10KV
4、 配电室采用就地安装的嵌入式高速计算机系统（定制全密封、无风扇型），具有有 4 个高速 10/100M 以太网、6 个 RS-232/422/485 通讯接口，8 个 DI/DO 接口。同时承担了 10KV 系统 IEC 61850 网络通讯交换机、就地监控主机、网络通讯管理机、协议转换器的作用（电度表信息等接入）。计算机结构采用工业级无风扇、- 1 -110KV 变电站 IEC61850 综合自动化系统技术方案书全密封，上架式 19”的 1U 结构，嵌入式安装于通讯监控屏上。（3）与站外远方监控调度中心通讯该功能由站内 IEC61850 通讯管理嵌入计算机采用丰富的通讯接口来完成，采用以太网
5、方式（4 个高速以太网接口），按相关要求的通讯规约，将各系统信息互联通讯。10KV 配电室监控主机等设备安装于通讯监控屏上。系统调试完成后，可在 17” 触摸显示器，对全站主变、出线及站内其他自动化设备进行监视、控制。计算机具备监控、保护、信息查询、统计分析、历史数据存储、负荷曲线显示、主接线图显示、保护故障信息报警、工作报表管理等电力数据实时监测管理功能。同时汇总全站信息，可与 110KV 主控室通讯。（4）与原综合自动化系统的信息 GOOSE 联锁该功能由站 110KV/10KV 系统的 IEC61850 通讯管理（智能网关）嵌入计算机采用丰富的通讯接口来完成，采用以太网方式（4 个高速以
6、太网接口）、6 个串行通讯模式转换，按相关要求的通讯规约，将原厂家保护系统建模后统一转换为 IEC61850 通讯模式，与新系统互联。原系统的保护信息 GOOSE 联锁，采用 10KV 系统配置 GE 公司 C30 开入管理设备，将原系统的保护信息硬接点模式接入，转换为 IEC61850 方式，实现 GOOSE 联锁。对 110KV 系统连锁及控制装置，配置一台 C30 控制器作为所有 110KV 原有间隔内及间隔之间的连锁及控制。该 C30 通过与 3#主变的保护测控装置 T35 及 F35 的GOOSE 通信完成 110KV 所有间隔及间隔间的连锁功能。各系统信息全部互联通讯。实现互操作功
7、能。附件：GOOSE 原理说明在 IEC61850 变电站综合自动化系统中，基于 GOOSE 通信可实现各种灵活的保护和监控功能，并显著节省这些保护和控制所需要的布线费用。基于 GOOSE 实现的保护和监控功能包括： 断路器失灵启动其它断路器 发送跳闸信息到所有其它馈线断路器 高速母联备自投 整定值组切换控制 甩负荷- 2 -110KV 变电站 IEC61850 综合自动化系统技术方案书 上游继电器的跳闸和闭锁 母线保护 继电器表决 重合闸起动 低周减载 传输跳闸命令 远方起/停命令 闭锁式保护方案基于 LAN/GOOSE 的闭锁式母线保护 任一馈线检测到过流（区外故障），即发送一个“闭锁”信
8、号给进线开关保护。 母线故障，进线开关保护不会接收到馈线保护的“闭锁”信号，即发出跳闸信号跳开有关断路器。 可通过 LAN/GOOSE 通信方式传输闭锁信号。 该闭锁方案也可用于加速变压器过流保护。 要求：1）可靠的通信网络（双光纤以太网）；2）高速传输 GOOSE 信息（小于 4ms）。GOOSE10/100M 光纤以太网，IEC61850- 3 -110KV 变电站 IEC61850 综合自动化系统技术方案书二、系统配置及功能1、系统结构变电站综合自动化系统采用分层分布式系统。系统分为三层：站控层、通讯层、现场监控保护设备层。各现场保护装置直接以以太网环形组网，可靠性高，便于扩展（未来增加
9、网络交换机就可以）。系统配置多路冗余通讯接口 IEC61850 通讯管理及协议转换设备（嵌入工业计算机），便于采集原系统安装的所有厂家的自动化装置、电表、直流屏数据、并能适应各种设备通讯协议。2、网络结构110KV 变电站综合自动化系统拓配置图：10KV 变电站综合自动化系统拓配置图：- 4 -110KV 变电站 IEC61850 综合自动化系统技术方案书110KV系统10KV室就地监IEC 61850控系统网络交换机至远方信息接口（备用）17触摸屏站控层COMIEC61850以太网02监控管理机以太网01IEC 61850IEC 61850COM1COM8LAN1LAN3网络交换机IEC 6
10、1850IEC 61850网络层RS-232以太网RS-485站内直流屏站内电度表B90母线差动保护B90母线差动保护间隔层3、站控层110KV 系统站控层配置双计算机人机监控工作站，该电站综自系统功能齐全、可靠性高、结构紧凑、操作简单。监控软件可灵活运行于 WINDOWS2000/XP 等 WINDOWS 操作系统，监控软件采用面向对象编程技术，结合电力综合自动化诸多的特点，是一个组态灵活、开放性的软件系统。系统主站监测管理应用软件系统采用面向对象的 Visual C+开发，实时数据库管理系统。所有110KV系统IEC61850原装进口综合保护装置均直接集中组屏安装在监控柜上，设备通讯全部采
11、用以太网。110KV 系统站控层配置先进的 IEC61850 通讯管理机（网关）将系统内的直流装置（系统）数据、电能表数据等根据各厂商的私有通信协议传输到网关软件模块系统中，服务器将信息进行处理，转换成符合 IEC 61850 标准的信息格式和通信服务，从而实现设备（系统）与后台主站之间的 IEC 61850 标准通信功能。IEC 61850 通讯软件模块汇集 IEC 61850 通信网所有信息，与站外调度（集控站）进行通讯连接。10KV 系统站控层配置嵌入工业计算机，辅助 17”触摸式显示器。完成就地设备的监控管理功能，同时兼通讯管理及规约转换职能。4、通讯层- 5 -110KV 变电站 I
12、EC61850 综合自动化系统技术方案书使用 IEC 61850 光纤以太网交换机系统在主控室配置 2 台 ML2400 光纤以太网交换机，连接站控层监控计算机、网关、变压器及母线保护屏等设备。配置方案如下：ML2400-F-AC-XX-A6-A4-XX-XX-X设备提供 2 个 100Mb 光纤以太网端口和 12 个 10/100Mb RJ45 以太网接口。在 10KV 开关室间隔层配置 2 台 ML2400 光纤以太网交换机，10KV 保护测控装置连接到该交换机。配置方案如下：ML2400-F-AC-XX-A6-A4-A4-XX-X20 个 10/100Mb RJ45 以太网接口。设备提供
13、 2 个 100Mb 光纤以太网端口通讯管理单元采用一体化的工业级嵌入式计算机，就地组屏安装。系统主通讯网均采用 10/100M 以太网，接口充分考虑未来扩展的需求。 对目前的系统，利用原有的电站自动化系统中电度表、直流屏等微机接口设备，进行信息抽取和数据整合，实现全站电力信息的汇总管理。110KV/10KV 间隔层的主要 IEDs（保护装置、测控装置、直流系统、电量计费系统）和站级层之间的通信均应用 IEC 61850 通信协议标准实现。信息在高速以太网上交换。5、对时系统系统对时采用全站SNTP 网络统一对时方式，同时设置独立装置的GPS 对时系统。采用 JS-3010B 卫星对时设备，保
14、护系统同时可采用 IRIG-B 的对时方式。嵌入工业计算机系统（IEC61850 智能网关）同时可采用脉冲对时模式。保证了整体系统的对时准确性。6、现场监控保护设备层在保护方面配置 GE 公司的 UR 系列保护装置，该系列保护具有嵌入式 IEC 61850通讯功能。确定全站 IEC61850 自动化系统整合方案如下：（1）110/10KV 变压器保护测控装置变压器配置一台 T35 变压器管理继电器作为变压器电流差动保护。- 6 -110KV 变电站 IEC61850 综合自动化系统技术方案书T35 提供双斜率双拐点差动制动特性的比率式电流差动保护和差流速断保护功能。此外，T35 还可为变压器高
15、、低压侧提供过流后备保护功能。测控方面的功能包括差动和制动电流、二次和五次谐波、电流等测量量，以及事件及故障录波、数据记录等功能。配置：T35-H03-HCH-F8H-H6C-M6D-P6D-UXX-WXX以上配置提供 8CT 输入，8DO，16DI，16DI冗余 10Base-F 光纤以太网通信接口，通信规约有 Modbus RTU 和 TCP/IP；DNP3.0和 UDP/IP；IEC61850 通信系统。（2）110/10KV 变压器后备保护变压器后备保护配置一台 F35 多馈线保护装置。F35 最多可同时保护 6 条馈线。因此一台 F35 可同时为变压器的高、低压侧绕组提供后备过流保护
16、。其它保护功能包括电压和频率保护、断路器失灵保护等。测控方面的功能包括重合闸、故障测距、断路器操作次数及开断电流统计、同期检测、事件及故障录波、数据记录及高、低压侧各种电量和需量的测量等功能。配置：F35-H03-HCH-F8F-H6C-M8F-P6D-U6D-WXX以上配置提供 8CT/8VT 输入、8D0，16DI，16DI冗余 10Base-F 光纤以太网通信接口，通信规约有 Modbus RTU，TCP/IP；DNP3.0，TCP/IP 和 UDP/IP；IEC61850 通信系统。变压器保护通过组一面屏安装在 110KV 总降主控室。注：110KV 间隔间以及间隔间的连锁基于 GOO
17、SE 的连锁方式实现。110KV 间隔的 IED（T35和 F35）采用冗余的光纤以太网通信接口连接到 2 台站控层光纤以太网交换机，以保证 110KV 间隔层连锁的可靠性；同时可为站控层二台 HMI 通信提供冗余的通信通道配置。基于 GOOSE 的连锁方式的 DI/DO，通过 T3 变压器测控单元配置相应数量的 DI/DO 模块实现。（3）10KV 母线保护对新建的第三和第四段 10KV 母线各配置一台 B90 母差保护，共配置 2 台 B90。B90 提供带制动和无制动的母线电流差动保护，此外还对各输入 CT 处提供过电流及接地故障保护。配置：B90-N04-HCH-F8H-H6C-L8H
18、-NXX-S8H-UXX-WXX- 7 -110KV 变电站 IEC61850 综合自动化系统技术方案书以上配置提供 3x8CT 输入、8DORS485+10/100Base T 通信接口，通信规约有Modbus RTU，TCP/IP；DNP3.0，TCP/IP和 UDP/IP；IEC61850 通信系统。二套 10KV 母线保护通过组一面屏安装在 10KV 开关室。（4）10KV 馈线每条 10KV 馈线配置一台 F650 馈线保护装置，共配置 13 台 F650。功能：F650 主要提供完整的过流和速断保护。其它保护功能包括电压和频率保护、断路器失灵保护等。测控方面的功能包括重合闸、故障测
19、距、断路器操作次数及开断电流统计、同期检测、事件及故障录波、各种电量及需量的测量功能。配置：F650-B-F-B-F-1-G-0-HI-C-6以上配置提供 4CT/4VT 输入、8DO/16DI、10/100Base T 以太网通信接口，通信规约：Modbus RTU 和 TCP/IP；DNP3.0 和 UDP/IP；IEC61850 通信系统。10KV 馈线保护安装在相应的馈线开关柜上。（5）10KV 母联每条 10KV 馈线配置一台 F650 馈线保护装置，共配置 3 台 F650。功能：F650 主要提供完整的过流和速断保护。其它保护功能包括电压和频率保护、断路器失灵保护等。测控方面的功
20、能包括断路器操作次数及开断电流统计、同期检测、事件及故障录波、各种电量及需量的测量功能。配置：F650-B-F-B-F-1-G-0-HI-C-6以上配置提供 4CT/4VT 输入、8DO/16DI通信规约：10/100Base T 以太网通信接口，Modbus TCP/IP；DNP3.0 UDP/IP；IEC61850 通信系统。10KV 馈线保护安装在相应的母联开关柜上。（6）110KV 系统连锁及控制装置 （可选）对 110KV 系统连锁及控制装置，配置一台 C30 控制器作为所有 110KV 原有间隔内及间隔之间的连锁及控制。该 C30 通过与 3#主变的保护测控装置 T35 及 F35
21、 的GOOSE 通信完成 110KV 所有间隔及间隔间的连锁功能。配置方案如下：C30-H03-HCH-F6C-H6D-M6F-P6D-U6D-WXX- 8 -110KV 变电站 IEC61850 综合自动化系统技术方案书以上配置提供 16DO，48DI，冗余 10Base-F 光纤以太网通信接口，通信规约有 Modbus RTU 和 TCP/IP；DNP3.0 和 UDP/IP；IEC61850 通信系统。三、系统软件功能综合自动化软件系统由多个软件功能模块体系构成，可以进行配电系统的一次接线图的显示与操作、相关参数设置、遥控闭锁操作、报警、事件记录、分析曲线、棒图、实时与历史报表打印、智能
22、报警、负荷分析、定值计算等功能，通讯管理系统软件可以实时采集站内各设备信息，并可同时向上一级自动化系统通过标准规约进行运行监测数据的传输。1、电力信息的采集与处理实现配电系统中，各类电气设备信息监控： 遥测：采集线路的电压、电流、有功功率、无功功率等模拟量信号； 遥调：变压器分接头调整，系统功率因数调整等； 遥信：开关位置、开关状态、保护动作信号、跳闸信号等开关量信息； 遥控：开关量输出，断路器的闭合和断开等； 保护：从电网中迅速切除故障设备和线路； 事件顺序记录（SOE）：记录状态量发生变化的时刻和先后顺序 提供开放的 Activex 控件接口，通过网络节点可以远程访问实时和历史数据。 通过
23、 ODBC 接口实现与关系数据库双向数据交换。 符合工业自动化的标准通讯，能够以 OPC 标准和第三方软件进行数据交换。 支持 INTERNET/INTRANET 直接访问，可以用 IE 浏览器作为一个瘦客户端软件来访问服务器的数据及监控画面。2、 图形功能运行工况图显示变电站或电网的地理位置图、一次接线图、电气主接线图、实时系统运行工况图、故障报警的详细记录、 跳闸设定的曲线对比图、模拟指针表图等。分析曲线- 9 -110KV 变电站 IEC61850 综合自动化系统技术方案书对实时数据以曲线的方式进行显示，可以对实时电流、电压和能耗等进行显示，并可以灵活的进行设置3、 报表功能通过报表工具
24、可以制作实时数据报表和历史数据报表报警记录：对系统模拟量的越限报警、开关跳闸报警进行记录。事件记录：记录系统发生的事件信息和操作信息，并且可以线路情况进行查询。 4 、 打印功能定时打印报表和运行日志开关操作记录打印事件顺序记录打印5、 安全权限管理为保证系统的安全性，系统可根据各工作站的不同用途设置相应权限，系统提供基于用户权限的安全管理系统，可设置系统操作员、系统工程师、外部有关人员等多级的操作权限，每个用户都有自己的加密的个人口令密码。6、 软件系统开放性（1） 数据库开放接口提供开放的 Activex 控件接口，通过网络节点可以远程访问实时和历史数据。（2） ODBC 架构通过 ODB
25、C 接口实现与关系数据库双向数据交换。（3） OPC 架构：符合工业自动化的标准通讯，能够以 OPC 标准和第三方软件进行数据交换。（4）WEB 功能：支持 INTERNET/INTRANET 直接访问，可以用 IE 浏览器作为一个瘦客户端软件来访问服务器的数据及监控画面。7、 事件处理机制系统含有完善的事件记录服务机制，任何对数据库的访问、通讯数据的事件传送、现场采集数据的变化报警、网络通讯状态等均产生相应的带时间戳的事件，并可被历- 10 -110KV 变电站 IEC61850 综合自动化系统技术方案书史记录，用户可以访问和查询这些记录。特别对 SOE 事件，严格按电力系统的相关规定处理，
26、事件的存储、分类、查询及读取十分方便。四、系统设备配置清单附注：下表中北京德威特力通系统控制技术有限公司简称“德威特”序号设备名称型号规格单位数量一、设备清单1、110KV 主站监控系统主机(PIV2.4G、内存 512MB、硬盘 80GB、（1）2 块以太网卡、DVD 光驱、1.44软驱、HP 工作站台2内部扬声器、声卡)（2）19液晶显示器台2（3）标准键盘、三键鼠标、音箱套2（4）在线式 UPS4 小时 2kV台1（5）针式打印机LQ-1600K台1远方调度、集控系统通讯接套1口软件IEC 61850 电站人机界面套1IEC 61850 通讯软件套1IEC61850基于 61850 的实
27、时库套1(6)监控软件PowerEasy历史数据库套1系统数据管理及应用软件套1站内直流系统通讯接口软件套1站内电度表通讯接口软件套1IEC 61850 软件工具套1嵌入式工业计算机（串口数IEC61850量:8 个 RS-232/485 可选；网(7)通讯管理口数量:3 个 10/100M 自适应；neteEsy-1600台1设备电源 220V AC；厚度:19”1U）全密封，无风扇，宽温1、10KV 主站监控系统- 11 -110KV 变电站 IEC61850 综合自动化系统技术方案书嵌入式工业计算机（串口数IEC61850量:8 个 RS-232/485 可选；网(1)数据集中口数量:3
28、 个 10/100M 自适应；neteEsy-1600台2监控设备电源 220V AC；厚度:19”1U）全密封，无风扇，宽温原综合自动化系统设备通讯套2接口软件IEC 61850 电站人机界面套2IEC61850IEC 61850 协议转换软件套2(2)数据集中基于 61850 的实时库netEasy套2监控软件历史数据库套2系统数据管理及应用软件套2站内直流系统通讯接口软件套2站内电度表通讯接口软件套2(3)高分辩彩色触摸屏 17”套2(4)逆变电源1kVA套22、通讯辅助设备(1)GPS 卫星对时装置JS-3020B台1(2)IEC61850 网络交换机(双电通讯)ML2400-F-AC
29、-XX-A6-A4-XX套2-XX-X(3)IEC61850 网络交换机(双电通讯)ML2400-F-AC-XX-A6-A4-A4-套1XX-X3、IEC61850 保护设备(1)主变差动保护（T35）T35-N03-HCH-F8H-H6E-M6D套1-P6D-UXX-WXX(2)主变后备保护(F35)F35-N03-HCH-F8F-H6E-M8F-套1P6D-U6D-WXX(3)10KV 出线保护(F650)F650-B-F-B-F-1-G-0-HI-C-6套13(4)10KV 母线保护(B90)B90-N00-HCH-F8H-H6C-L8H-套2NXX-S8H-UXX-WXX(5)C30 控制器C30-H03-HCH-F6C-H6D-M6F套1-P6D-U6D-WXX4、IEC61850 保护监控柜(1)标准监控保护柜套4二、技术服务(1)试验和验收人次- 12 -110KV 变电站 IEC61850 综合自动化系统技术方案书(2)现场安装督导、调试、试运行人次4(3)系统技术服务费- 13 -