专利名称：一种数字智能化箱式变电装置的制作方法
技术领域：
本发明属于电力变配电设备技术领域，涉及一种35kV高压的数字智能化箱式变电站，特别是一种数字智能化箱式变电装置。
背景技术：
箱式变电装置或箱式变电站简称箱变，具有一二次系统集成化、装配模块化、建设过程工厂化、施工简单化等优点，在农网和工矿企业得到广泛的应用，在数字化智能化变配电系统逐渐推广的今天，如何将数字化和智能化融合在箱式变电装置中，完成箱式变电站数字化和智能化的升级，成为变配电技术中的一个迫在眉睫的问题。目前，35kV输电的综合自动化系统布置结构通常是以各功能间隔为单元安装调试；IOkV馈线(包括出线、电容出线、所用变、电动机等)分散安装在每个单元柜体上；35kV变压器的保护通常集中组屏安装；如果需要增加新的功能则需要增加对于功能的设备，如小电流选线、电能质量分析等， 通常主变设置差动、高低后备和非电量保护，馈线设置过流、速断等保护。每台保护完成一个区间或者一组区间设备(如主变)的测量和控制，这些设备几乎都是相互独立的装置或系统。常规的箱式变电装置或变电站的综合自动化系统优点是建站结构简单，故障隔离，检修方便，但也存在按功能划分的变电站自动化系统硬件重复配置、信息不共享、二次接线复杂、投资成本大等突出缺点；以及每台装置都不设冗余配置，对装置的可靠性要求非常高， 目前间隔层设备故障是导致一次设备拒动和误动的重要原因；总之，目前，现有的35kV变电站的安装勘测设计规模较小，变电站的或装置的结构复杂，可靠性较低，变电站对智能化设备的配置还停留在以单元为间隔的信息孤岛阶段，没有冗余配置，智能化水平低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计制备一种35kV的数字智能化的箱式结构的变电装置或箱式变电站。为了实现上述目的，本发明采用集中式数字化智能综合保护单元(以下简称集中式综保单元)为核心，集中式数字化智能综合自动化系统为二次监控系统，采用箱式变电站集成度高的结构，在35kV变电站一次设备基础上优化组合构成箱式结构的数字智能化变电装置，其主体结构分为箱式变电站外壳、变电站内部一次设备和变电站二次自动化系统三个结构部分，三个结构部分电连通和元件组装在变电站的箱式外壳内；其中变电站二次自动化系统包括站控层、间隔层和过程层三个结构层；其站控层包括对时装置、监控主机、远动服务器和电量集抄装置电连通构成站控层设备系统，对时装置与变电站二次自动化系统内的设备电连接；间隔层包括第一集中式数字化智能综合保护单元、第二集中式数字化智能综合保护单元、IED单元和电度表，第一、第二集中式数字化智能综合保护单元的主线分别与监控主机电信息连通，并与对时装置和各就地智能化装置电信息连通，IED单元的主线与监控主机电信息连通，并分别与各就地智能化装置电信息连通；过程层包括1-50 个并行连接的就地智能化装置，各就地智能化装置的主线分别并行电连通后通过第一、第二集中式数字化智能综合保护单元与监控主机电连通，同时分别与对时装置电信息连通， 所用变压器的就地智能化装置上通过电缆与变压器调压单元、变压器温度测控单元和本体智能设备连接通讯；变电站二次自动化系统的各个功能层有机的电信息连通，变电站二次自动化系统与变电站内部一次设备有机安装在变电站箱式外壳内，形成一个整体的智能数字化箱式装置或变电站；过程层采用合并单元(MU)和智能控制单元(IU)集成为一体式就地智能化装置，间隔层采用集中式综保单元结构，处理所有过程层光纤上传的信息，设置有一台主机、一台备用机、两台集中式综保单元和两台通讯网络交换机，用以保证集中式综保单元的可靠性，集中式综合单元实现接入交流量和完成计算的功能，具有运算能力、可靠的硬件结构和丰富的网络资源，实现间隔层综保功能，对变电装置高速网络的信息化数据进行面向对象建模，即实现智能化；站控层通过统一通讯标准，实现不同结构的数字智能化变电装置之间的互通和互操作；对时装置根据精度和可靠性的要求不同，采用差分结构方法和GPS对时结构方法实现目标任务。本发明将变电站内部一次设备和变电站二次自动化系统集成在箱式变电站外壳中，通过对变配电系统实现集成安装，使变电站占地小、维护方便；将集成化程度高的箱式变电站与集中式综保单元的有机结合，实现集成结构的智能化和经济性，采用高速以太网交换技术和虚拟局域网(VLAN)技术的结合，实现变电站的信息共享，基于IEC61850标准构建变电站的信息模型和通信架构实现信息化，通过增加核心算法对变电站进行面向对象建模，实现原先单台数字化保护装置甚至多台数字化保护无法实现的智能化功能；将35kV箱式变电站的和IOkV分别安装在两个或一个箱式变电站外壳内，构成集中式数字化变电站高集成度的结构；集中式综保单元把电缆接线下放在过程层，站控层采集光纤信号，接线简单，可靠性高。本发明的过程层采用合并单元、智能终端、一二次设备状态监测一体化的智能装置实现；过程层网络的采样值采用DL/T860. 92(IEC61850-9-2)的通讯标准，状态量采集与控制采用DL/T860. 81的GOOSE服务，采样值和GOOSE报文合并组网，通讯介质采用光缆连接；过程层设备配置是每个开关柜单元配置一台智能化设备，每台35kV变压器配置一台本体智能设备完成变压器温度、档位采集与控制、变压器本体保护功能，本体采用继电器重动方式，与各侧开关连接采用电缆方式。本发明的间隔层的保护测控功能在一台站域保护控制主机内完成，采用双机冗余配置，在完成间隔保护测控的同时实现基于跨间隔的站域保护控制功能；站域保护控制主机与过程层设备接口采用直采直跳方式，与站控层设备采用DL/T860. 81的MMS服务实现数据交互。本发明采用GPS或北斗作为时钟源，配置一台对时服务器，采用^IG-B信号实现站内间隔层、过程层设备的对时与同步控制，采用SNTP实现与站控层设备对时，采用DL/ T860. 81的匪S服务实现与站控层设备信息交互；配置一台通讯管理装置实现与调度的数据交换和本地数据的采集，完成通信管理和远动服务器的功能，支持多路以太网、多路 RS232/485的物理接口，规约支持IEC60870-5-101、IEC60870-5-104、部颁CDT主流调度规约，同时具有Modbus (主)、IEC60870-5-103本地设备接口，实现站内直流屏的非DL/T860 设备的规约接入。本发明或采用分体式结构，IOkV和35kV分别设置一个箱体或多个箱体，箱体内部的二次控制系统之间的连线为单根光纤，箱体之间的连线为单根光缆或多根光纤加金属护套，站控层和间隔层设备集中安装在35kV箱体内，变压器信息量通过就地光化智能终端上传至间隔层设备。本发明与现有技术相比，集成箱式变电站的整合优势和集中式综保系统的集成优势，设备数量精减，可靠性高，间隔协作和集中控制性好，智能化水平高，结构优化，运行效率好，成本低。
图1为本发明主体装置的结构原理示意框图。
具体实施例方式下面通过实施例并结合附图作进一步说明。实施例本实施例的主体结构分为箱式变电站外壳、变电站内部一次设备和变电站二次自动化系统三个结构部分，三个结构部分电连通和元件组装在变电站的外壳内；其中二次自动化系统包括站控层、间隔层和过程层三个结构层；其站控层包括对时装置1、监控主机2、 远动服务器3和电量集抄装置4电连通构成站控层设备系统，对时装置1与站内所有数字化监控装置连接，使其保持时间的同步。电量集抄装置4与电度表8电信息连通；间隔层包括第一集中式数字化智能综合保护单元5、第二集中式数字化智能综合保护单元6、其他 IED单元7和电度表8，第一、第二集中式数字化智能综合保护单元5和6分别与监控主机2 电信息连通，并于对时装置1和各就地智能化装置9电信息连通，IED单元7与监控主机2 电信息连通，并分别与各就地智能化装置9电信息连通；过程层包括1-50个并行连接的就地智能化装置9，就地智能化装置9分别并行电连通后通过第一、第二集中式数字化智能综合保护单元5和6与监控主机2连通，同时分别与对时装置1电信息连通，变压器就地智能化装置9上通过电缆安有变压器调压单元10、变压器温度测控单元11和本体智能设备12 ； 二次自动化系统的各个功能层有机的电信息连通后安装在箱式变电站外壳内，与一次设备形成一个整体的智能数字化箱式装置或变电站。本实施例的过程层设备采用合并单元、智能终端、一二次设备状态监测一体化的智能装置实现，直接安装在高压柜面板上；过程层网络的采样值采用DL/ T860. 92 (IEC61850-9-2)通讯标准，状态量采集与控制采用DL/T860. 81的GOOSE服务，采样值和GOOSE报文合并组网，通讯介质采用光缆，接口方式采用1310nm的ST方式，过程层网络双网冗余配置增加系统的可靠性；过程层设备配置原则是每个断路器配置一台智能设备，每台变压器配置一台本体智能设备完成变压器温度、档位采集与控制、变压器本体保护功能，本体采用继电器重动方式，与各侧开关连接采用电缆方式。本实施例的间隔层保护测控功能在一台站域保护控制主机内完成，提高可靠性， 采用双机冗余配置，在完成间隔保护测控的同时完成基于跨间隔的站域功能实现，如小电流接地选线、低周低压减载、站域优化控制、站域系统保护等；站域保护控制主机与过程层设备接口采用直采直跳方式，与站控层设备采用DL/T860. 81的MMS服务实现数据交互。本实施例全站对时采用GPS或北斗作为时钟源，配置一台对时服务器，对时误差
6不超过lms，采用^IG-B信号实现站内间隔层、过程层设备的对时与同步控制，采用SNTP实现与站控层设备对时，装置支持采用DL/T860. 81的MMS服务实现与站控层设备信息交互； 配置一台通讯管理装置实现与调度的数据交换和本地数据的采集，完成通信管理机和远动服务器的功能，支持四路以太网、十路RS232/485的物理接口，规约支持IEC60870-5-101、 IEC60870-5-104、部颁CDT等主流调度规约，同时具有Modbus (主)、IEC60870-5-103等本地设备接口，实现站内直流屏等非DL/T860设备的规约接入。 本实施例涉及的箱式变电装置采用分体式结构，IOkV和35kV分别设置一个箱体，箱体间的连线为单根光缆，或者多跟光纤加金属护套，站控层和间隔层设备集中安装在 35kV箱体内，变压器信息量通过就地光化智能终端上传至间隔层设备，变电站现场二次施工精简到最少。
权利要求
1.一种数字智能化箱式变电装置，其特征在于采用集中式数字化智能综合保护单元或集中式综保单元为核心，集中式数字化智能综合自动化系统为二次监控系统，采用箱式变电站集成度高的结构，在35kV变电站一次设备基础上优化组合构成箱式结构的数字智能化变电装置，其主体结构分为箱式变电站外壳、变电站内部一次设备和变电站二次自动化系统三个结构部分，三个结构部分电连通和元件组装在变电站的箱式变电站外壳内；其中变电站二次自动化系统包括站控层、间隔层和过程层三个结构层；其站控层包括对时装置、 监控主机、远动服务器和电量集抄装置电连通构成站控层设备系统，对时装置与变电站二次自动化系统内的设备电连接；间隔层包括第一集中式数字化智能综合保护单元、第二集中式数字化智能综合保护单元、IED单元和电度表，第一、第二集中式数字化智能综合保护单元的主线分别与监控主机电信息连通，并与对时装置和各就地智能化装置电信息连通， IED单元的主线与监控主机电信息连通，并分别与各就地智能化装置电信息连通；过程层包括1-50个并行连接的就地智能化装置，各就地智能化装置的主线分别并行电连通后通过第一、第二集中式数字化智能综合保护单元与监控主机电连通，同时分别与对时装置电信息连通，所用变压器的就地智能化装置上通过电缆与变压器调压单元、变压器温度测控单元和本体智能设备连接通讯；变电站二次自动化系统的各个功能层有机的电信息连通， 变电站二次自动化系统与变电站内部一次设备有机安装在变电站箱式外壳内，形成一个整体的智能数字化箱式装置或变电站；过程层采用合并单元和智能控制单元集成为一体式就地智能化装置，间隔层采用集中式综保单元结构，处理所有过程层光纤上传的信息，设置有一台主机、一台备用机、两台集中式综保单元和两台通讯网络交换机，用以保证集中式综保单元的可靠性，集中式综合单元实现接入交流量和完成计算的功能，具有运算能力、可靠的硬件结构和丰富的网络资源，实现间隔层综合保护功能，对变电装置高速网络的信息化数据进行面向对象建模，即实现智能化；站控层通过统一通讯标准，实现不同结构的数字智能化变电装置之间的互通和互操作；对时装置根据精度和可靠性的要求不同，采用差分结构方法和GPS对时结构方法实现目标任务。
2.根据权利要求1所述的数字智能化箱式变电装置，其特征在于将变电站内部一次设备和变电站二次自动化系统集成在箱式变电站外壳中，通过对变配电系统实现集成安装， 使变电站占地小、维护方便；将集成化程度高的箱式变电站与集中式综保单元的有机结合， 实现集成结构的智能化，采用高速以太网交换技术和虚拟局域网技术结合，实现变电站的信息共享，基于IEC 61850标准构建变电站的信息模型和通信架构实现信息化，通过增加核心算法对变电站进行面向对象建模，实现原先单台数字化保护装置甚至多台数字化装置保护无法实现的智能化功能；将35kV和IOkV箱式变电站分别安装在两个或一个箱式变电站外壳内，构成集中式数字化变电站高集成度的结构；集中式综保单元把电缆接线下放在过程层，站控层采集光纤信号。
3.根据权利要求1所述的数字智能化箱式变电装置，其特征在于过程层采用合并单元、智能终端、一二次设备状态监测一体化的智能装置实现；过程层网络的采样值采用DL/ T860. 92的通讯标准，状态量采集与控制采用DL/T860. 81的GOOSE服务，采样值和GOOSE报文合并组网，通讯介质采用光缆连接；过程层设备配置为每个开关柜单元配置一台智能化设备，每台35kV变压器配置一台本体智能设备完成变压器温度、档位采集与控制、变压器本体保护功能，本体采用继电器重动方式，与各侧开关连接采用电缆方式。
4.根据权利要求1所述的数字智能化箱式变电装置，其特征在于间隔层的保护测控功能在一台站域保护控制主机内完成，采用双机冗余配置，在完成间隔保护测控的同时实现基于跨间隔的站域保护控制功能；站域保护控制主机与过程层设备接口采用直采直跳方式，与站控层设备采用DL/T860. 81的MMS服务实现数据交互。
5.根据权利要求1所述的数字智能化箱式变电装置，其特征在于采用GPS或北斗作为时钟源，配置一台对时服务器，采用^IG-B信号实现站内间隔层、过程层设备的对时与同步控制，采用SNTP实现与站控层设备对时，采用DL/T860.81的匪S服务实现与站控层设备信息交互；配置一台通讯管理装置实现与调度的数据交换和本地数据的采集，完成通信管理和远动服务器的功能，支持多路以太网、多路RS232/485的物理接口， 规约支持IEC60870-5-101、IEC60870-5-104、部颁CDT主流调度规约，同时具有Modbus、 IEC60870-5-103本地设备接口，实现站内直流屏的非DL/T860设备的规约接入。
6.根据权利要求1所述的数字智能化箱式变电装置，其特征在于或采用分体式结构， IOkV和35kV分别设置一个箱体或多个箱体，箱体内部的二次控制系统之间的连线为单根光纤，箱体之间的连线为单根光缆或多根光纤加金属护套，站控层和间隔层设备集中安装在35kV箱体内，变压器信息量通过就地光化智能终端上传至间隔层设备。
全文摘要
本发明属于电力变配电设备技术领域，涉及一种数字智能化箱式变电装置，采用集中式数字化智能综合保护单元为核心，集中式数字化智能综合自动化系统为二次监控系统，采用箱式变电站集成度高的结构，在35kV变电站一次设备基础上优化组合构成箱式结构的数字智能化变电装置，其主体结构分为箱式变电站外壳、变电站内部一次设备和变电站二次自动化系统三个结构部分，三个结构部分电连通和元件组装在变电站的箱式外壳内；其中变电站二次自动化系统包括站控层、间隔层和过程层三个结构层；其设备数量精减，可靠性高，间隔协作和集中控制性好，智能化水平高，结构优化，运行效率好，成本低。
文档编号H02J13/00GK102255394SQ20111022607
公开日2011年11月23日 申请日期2011年8月8日 优先权日2011年8月8日
发明者于德翔, 屈东明, 由恒远, 耿晓玲, 陈元杰 申请人:青岛特锐德电气股份有限公司