CN104683150A - 特高压变电站1000kV过程层网络结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种特高压变电站1000kV过程层网络结构，包括同时传输SV和GOOSE信息的四个网络,每个网络由中心交换机、按串配置的串交换机构成；双重的保护装置的一个保护装置、双重的智能终端的一个智能终端以及双重的合并单元一个合并单元同时连接到四个独立串交换机的其中两个串交换机上，另一个保护装置、另一个智能终端、另一个合并单元、电能表同时连接到四个独立串交换机的另两个串交换机上，测控装置同时连接到四个串交换机上。本发明的应用将提高特高压智能变电站1000kV过程层网络的可靠性，有利于特高压电网的安全稳定运行。

Description

特高压变电站1000kV过程层网络结构

技术领域

本发明涉及一种过程层网络的连接方案，尤其是指一种应用于特高压变电站的1000kV等级的过程层网络结构。

背景技术

构建以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强智能电网是国家电网公司的战略目标，智能变电站是统一坚强智能电网的重要基础和支撑。目前，国家电网公司110(66)-750kV新建变电站均按照智能变电站设计。根据IEC61850标准，变电站自动化系统从功能上可分为三层：站控层、间隔层、过程层。间隔层设备与过程层设备之间通过过程层网络进行通信，在逻辑功能上，过程层网络覆盖间隔层与过程层数据交换接口；在物理设备上，过程层网络由交换机和光纤构成；在传输内容上，过程层网络用于传输SV(电流电压的采样值)和GOOSE(控制、跳合闸等开关量)信息，单独传输SV信息的过程层网络称为SV网络，单独传输GOOSE信息的过程层网络称为GOOSE网络。

对于已投运和在建的特高压变电站，智能化技术得到了大量应用，如一次设备在线监测、智能辅助控制系统、站控层与间隔层之间基于IEC61850标准的信息交换、信息综合分析与智能告警等，都在特高压变电站得以运用。但是，出于可靠性和技术成熟度考虑，智能变电站的关键技术——过程层数字化，尚未在特高压变电站中应用。建设特高压智能变电站，构建高可靠性的过程层网络是关键。目前特高压变电站过程层网络的相关研究较少，更无相关标准和规范。

《110(66)-750kV智能变电站通用设计》提出750kV及500kV变电站高压侧过程层网络配置原则如下：

(1)采用一个半断路器接线时，分别设置SV和GOOSE星形双网；SV和GOOSE每网按串配置交换机；每串共需配置4台或6台交换机。

(2)双重化保护与双重化网络按照一一对应的方式连接。

图1为基于上述原则的750kV/500kV电压等级过程层网络示意图。

特高压变电站特点和设计要求：

(1)特高压电网正处于起步阶段，相对薄弱，对特高压变电站的可靠性要求极高。

(2)站内一般设置1000kV、500kV和110kV三个电压等级。1000kV和500kV均采用3/2断路器接线，110kV采用单母线接线。

(3)站内500kV等级二次设备配置原则与500kV变电站相同；1000kV等级除每套线路保护需采用双通道外，其余配置原则同500kV等级。

根据特高压变电站特点，特高压变电站的过程层网络设计，首先要考虑技术统一性，所谓技术统一性是指特高压变电站过程层网络设计原则应与相应等级保护装置的技术原则统一，体现二次系统设计的统一性。目前，特高压变电站中低压侧过程层网络可采用如下方案：1)特高压站内500kV等级过程层网络采用500kV智能变电站相应等级设计原则，双重化保护与双重化网络按照一一对应的方式连接，与保护的配置和通道组织原则统一。2)特高压站内110kV等级过程层网络采用220kV智能变电站中的110kV等级过程层网络设计原则，主进设备配置双重化网络，无功设备配置单套网络。

其次还有考虑特高压变电站的过程层网络的高可靠性。即特高压变电站1000kV过程层网络应该具有比750kV/500kV过程层网络更高的可靠性。

目前特高压变电站还没有1000kV过程层网络方案，而现有的750kV/500kV过程层网络方案存在以下问题：

(1)750kV/500kV过程层网络方案中，双重化保护与双重化过程层网络一一对应连接，当网络中有1台交换机发生故障时(交换机N-1故障)，将造成一个网络的信息交换中断，某些重要功能(失灵联跳等)可靠性会降低50％，对电网的安全运行不利。即当某一台交换机发生故障，会影响保护信息的传输的可靠性。

(2)750kV/500kV过程层网络方案中，双重化保护与双重化过程层网络一一对应连接结构，当网络中有2台交换机发生故障时(交换机N-2故障)，可能造成两个网络的信息交换中断，失去某些重要功能(失灵联跳等)，对电网的安全运行带来严重威胁。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种过程层网络方案，用于特高压变电站1000kV系统，满足交换机N-1和N-2故障方式下过程层网络可靠性问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

特高压变电站1000kV过程层网络结构，包括同时传输SV信息和GOOSE信息的四个独立的星形结构网络以及测控装置、电能表、双重的保护装置、双重的智能终端、双重的合并单元,每个网络主要由中心交换机、按串配置的串交换机、配套光纤构成，各串交换机与中心交换机相连；双重的保护装置的一个保护装置、双重的智能终端的一个智能终端以及双重的合并单元一个合并单元同时连接到四个独立串交换机的其中两个串交换机上，双重的保护装置的另一个保护装置、双重的智能终端的另一个智能终端、双重的合并单元另一个合并单元、电能表同时连接到四个独立串交换机的另两个串交换机上，测控装置同时连接到四个串交换机上，并采用基于FPGA的双网双工应用层处理方案或基于PRP的链路层处理方案对双重的保护装置的冗余信息进行处理。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述四个独立的串交换机分别是A1网交换机、A2网交换机、B1网交换机、B2网交换机，双重的保护装置分别是保护装置A和保护装置B，双重的智能终端包括智能终端A和智能终端B，双重的合并单元分别是合并单元A和合并单元B；保护装置A、智能终端A、合并单元A连接到A1网交换机和A2网交换机上，保护装置B、智能终端B、合并单元B连接到B1网交换机和B2网交换机上；所述测控装置分别和A1网交换机、A2网交换机、B1网交换机、B2网交换机连接，电能表连接到B1网交换机、B2网交换机上，A1网交换机、A2网交换机、B1网交换机、B2网交换机上。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述保护装置A包括边断路器1保护A、中断路器保护A、边断路器2保护A、线路1保护A、线路2保护A；所述智能终端A包括边断路器1智能终端A、中断路器智能终端A、边断路器2智能终端A；所述合并单元A包括边断路器1合并单元A、中断路器合并单元A、边断路器2合并单元A、线路1TV合并单元A、线路2TV合并单元A；

所述测控装置包括边断路器1测控、中断路器测控、边断路器2测控；

保护装置B包括边断路器1保护B、中断路器保护B、边断路器2保护B、线路1保护B、线路2保护B；所述智能终端B包括边断路器1智能终端B、中断路器智能终端B、边断路器2智能终端B；所述合并单元B包括边断路器1合并单元B、中断路器合并单元B、边断路器2合并单元B、线路1TV合并单元B、线路2TV合并单元B；

所述电能表包括线路1电能表、线路2电能表，线路1电能表、线路2电能表分别和B1网交换机、B2网交换机连接；

A1网各串交换机与A1网中心交换机连接，A2网各串交换机与A2网中心交换机连接；

B1网各串交换机与B1网中心交换机连接，B2网各串交换机与B2网中心交换机连接。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述保护装置A还包括线路1电抗器保护A、线路2电抗器保护A，保护装置B还包括线路1电抗器保护B、线路2电抗器保护B，智能终端还包括线路1电抗器本体智能终端、线路2电抗器本体智能终端，合并单元A还包括线路1电抗器合并单元A、线路2电抗器合并单元A，合并单元B还包括线路1电抗器合并单元B、线路2电抗器合并单元B，测控装置还包括线路1电抗器测控、线路2电抗器测控，电能表还包括线路1电抗器电能表、线路2电抗器电能表；

其中，边断路器1保护A、中断路器保护A、线路1保护A、线路1电抗器保护A、边断路器1智能终端A、中断路器智能终端A、线路1电抗器本体智能终端、边断路器1合并单元A、中断路器合并单元A、线路1TV合并单元A、线路2TV合并单元A、线路1电抗器合并单元A、边断路器1测控、中断路器测控、线路1电抗器测控、边断路器2保护A、线路2保护A、线路2电抗器保护A、边断路器2智能终端A、线路2电抗器本体智能终端、边断路器2合并单元A、线路2电抗器合并单元A、边断路器2测控、线路2电抗器测控分别连接到A1网交换机和A2网交换机；

边断路器1保护B、中断路器保护B、线路1保护B、线路1电抗器保护B、边断路器1智能终端B、中断路器智能终端B、线路1电抗器本体智能终端、边断路器1合并单元B、中断路器合并单元B、线路1TV合并单元B、线路2TV合并单元B、线路1电抗器合并单元B、边断路器1测控、中断路器测控、线路1电抗器测控、线路1电能表、线路1电抗器电能表、线路2电抗器电能表、边断路器2保护B、线路2保护B、线路2电抗器保护B、边断路器2智能终端B、线路2电抗器本体智能终端、边断路器2合并单元B、线路2电抗器合并单元B、边断路器2测控、线路2电抗器测控、线路2电能表分别连接到B1网交换机和B2网交换机；

A1网交换机、A2网交换机、B1网交换机、B2网交换机分别为两台。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

本发明的过程层网络结构，用于特高压变电站1000kV系统时，能够提高交换机N-1和N-2故障方式下过程层网络可靠性。本发明通过采用SV、GOOSE共网共端口技术共同组网，设置独立的双网，按串配置交换机，采用双重化保护装置，每套保护装置均采用冗余连接方式，冗余信息处理方案可采用基于FPGA的双网双工应用层处理方案或基于PRP的链路层处理方案，使1000kV过程层串交换机配置数量与750kV/500kV过程层网络基本相同，既提高了网络可靠性，又不增加投资，性价比很高。本发明的应用能够提高特高压智能变电站1000kV过程层网络的可靠性，有利于特高压电网的安全稳定运行。过程层交换机N-1故障时，不会影响保护信息传输，N-2故障时，最多影响一套保护装置的信息交换，不影响第二套保护装置的功能发挥。

附图说明

图1：为750kV/500kV过程层网络示意图；

图2：为本发明应用于1000kV等级的过程层网络示意图；

图3：为本发明的一种1000kV过程层网络A1、A2配置图；

图4：为本发明的一种1000kV过程层网络B1、B2配置图；

图5：为本发明的另一种1000kV过程层网络A1、A2配置图；

图6：为本发明的另一种1000kV过程层网络B1、B2配置图；

图7：3/2断路器接线示意图。

其中：SV代表电流电压采样值；GOOSE代表通用面向对象的变电站事件，主要为控制、跳合闸等开关量，QF代表断路器。

对于3/2断路器接线，2条母线之间3个开关串联，形成一串，3/2断路器接线由2个及以上数量的串构成。在一串中从相邻的2个断路器之间引出线路，即3个断路器供2条线路使用，中间断路器作为共用，相当于每条线路用1.5个断路器。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：

一种特高压变电站1000kV过程层网络结构，主要技术方案是设置4个网络，由A1网、A2网、B1网、B2网构成，每个网络中同时传输SV和GOOSE信息；每个网络包括1台中心交换机、1台或2台按串配置的交换机；每串共配置4台或8台串交换机。

本发明的技术方案中，双重化的保护装置，其过程层信息相互独立传输。

本发明的技术方案中，各IED(智能电子装置)接入两个网络后将产生冗余信息，冗余信息处理方案可采用基于FPGA(现场可编程门阵列)的双网双工应用层处理方案或基于PRP(并行冗余协议)的链路层处理方案。

本发明的特高压变电站1000kV过程层网络结构包括测控装置、电能表、双重的保护装置、双重的智能终端、双重的合并单元，还包括同时传输SV信息和GOOSE信息的四个独立的星形结构网络,每个网络由中心交换机、按串配置的串交换机、配套光纤构成，各串交换机与中心交换机相连。双重的保护装置的一个保护装置、双重的智能终端的一个智能终端以及双重的合并单元一个合并单元同时连接到四个独立串交换机的其中两个串交换机上，双重的保护装置的另一个保护装置、双重的智能终端的另一个智能终端、双重的合并单元另一个合并单元、电能表同时连接到四个独立串交换机的另两个串交换机上，测控装置同时连接到四个串交换机上，并采用基于FPGA的双网双工应用层处理方案或基于PRP的链路层处理方案对双重的保护装置的冗余信息进行处理；

保护装置A、智能终端A、合并单元A接入A1和A2网，保护装置B、智能终端B、合并单元B接入B1和B2网。

本发明的特高压变电站1000kV过程层网络的具体结构在上述技术方案的基础上，是将每个网络分为A1网、A2网、B1网、B2网，A1网、A2网、B1网、B2网中分别设置独立的串交换机，四个独立的串交换机分别是A1网交换机、A2网交换机、B1网交换机、B2网交换机，双重的保护装置分别是保护装置A和保护装置B，双重的智能终端包括智能终端A和智能终端B，双重的合并单元分别是合并单元A和合并单元B；保护装置A、智能终端A、合并单元A连接到A1网交换机和A2网交换机上，保护装置B、智能终端B、合并单元B连接到B1网交换机和B2网交换机上；所述测控装置分别和A1网交换机、A2网交换机、B1网交换机、B2网交换机连接，电能表连接到B1网交换机、B2网交换机上，A1网交换机、A2网交换机、B1网交换机、B2网交换机上。

本发明的技术方案的进一步具体结构是(如图3、图4所示，是一种不带电抗器时的1000kV过程层网络结构方案)：保护装置A包括边断路器1保护A、中断路器保护A、边断路器2保护A、线路1保护A、线路2保护A；所述智能终端A包括边断路器1智能终端A、中断路器智能终端A、边断路器2智能终端A；所述合并单元A包括边断路器1合并单元A、中断路器合并单元A、边断路器2合并单元A、线路1TV合并单元A、线路2TV合并单元A；

所述测控装置包括边断路器1测控、中断路器测控、边断路器2测控；

保护装置B包括边断路器1保护B、中断路器保护B、边断路器2保护B、线路1保护B、线路2保护B；所述智能终端B包括边断路器1智能终端B、中断路器智能终端B、边断路器2智能终端B；所述合并单元B包括边断路器1合并单元B、中断路器合并单元B、边断路器2合并单元B、线路1TV合并单元B、线路2TV合并单元B；

所述电能表包括线路1电能表、线路2电能表，线路1电能表、线路2电能表分别和B1网交换机、B2网交换机连接；

A1网各串交换机与A1网中心交换机连接，A2网各串交换机与A2网中心交换机连接；B1网各串交换机与B1网中心交换机连接，B2网各串交换机与B2网中心交换机连接；本具体实施方案中，每串共配置4台串交换机，每串A1网、A2网、B1网、B2网上均配置一台串交换机。保护装置A、智能终端A、合并单元A接入A1和A2网络，保护装置B、智能终端B、合并单元B接入B1和B2网络；测控装置同时接入4个网络，电能表仅需接入B1和B2网。

本发明的技术方案的另一种进一步的具体结构如图5、图6所示，是一种带有2组电抗器时的1000kV过程层网络结构方案，保护装置A还包括线路1电抗器保护A、线路2电抗器保护A，保护装置B还包括线路1电抗器保护B、线路2电抗器保护B，智能终端还包括线路1电抗器本体智能终端、线路2电抗器本体智能终端，合并单元A还包括线路1电抗器合并单元A、线路2电抗器合并单元A，合并单元B还包括线路1电抗器合并单元B、线路2电抗器合并单元B，测控装置还包括线路1电抗器测控、线路2电抗器测控，电能表还包括线路1电抗器电能表、线路2电抗器电能表。

其中，边断路器1保护A、中断路器保护A、线路1保护A、线路1电抗器保护A、边断路器1智能终端A、中断路器智能终端A、线路1电抗器本体智能终端、边断路器1合并单元A、中断路器合并单元A、线路1TV合并单元A、线路2TV合并单元A、线路1电抗器合并单元A、边断路器1测控、中断路器测控、线路1电抗器测控、边断路器2保护A、线路2保护A、线路2电抗器保护A、边断路器2智能终端A、线路2电抗器本体智能终端、边断路器2合并单元A、线路2电抗器合并单元A、边断路器2测控、线路2电抗器测控分别连接到A1网交换机和A2网交换机；

边断路器1保护B、中断路器保护B、线路1保护B、线路1电抗器保护B、边断路器1智能终端B、中断路器智能终端B、线路1电抗器本体智能终端、边断路器1合并单元B、中断路器合并单元B、线路1TV合并单元B、线路2TV合并单元B、线路1电抗器合并单元B、边断路器1测控、中断路器测控、线路1电抗器测控、线路1电能表、线路1电抗器电能表、线路2电抗器电能表、边断路器2保护B、线路2保护B、线路2电抗器保护B、边断路器2智能终端B、线路2电抗器本体智能终端、边断路器2合并单元B、线路2电抗器合并单元B、边断路器2测控、线路2电抗器测控、线路2电能表分别连接到B1网交换机和B2网交换机。A1网交换机、A2网交换机、B1网交换机、B2网交换机分别为两台。

本结构方案中，每串共配置8台交换机，A1网、A2网、B1网、B2网上均配置2台相同的串交换机，保护装置A、智能终端A、合并单元A接入A1和A2网，保护装置B、智能终端B、合并单元B接入B1和B2网；测控装置、电抗器本体智能终端同时接入4个网络，电能表仅需接入B1和B2网。

上述的A1网交换机、A2网交换机、B1网交换机、B2网交换机的规格可选择8光口(百兆)、16光口(百兆)、22光口(百兆20，千兆2)、22光口(百兆18，千兆4)，一般可以选择22光口交换机。22光口交换机的22光口中有20个百兆光口、2个千兆光口；千兆光口用于与A1网中心交换机、A2网中心交换机、B1网中心交换机、B2网中心交换机级联。

Claims (4)

1.特高压变电站1000kV过程层网络结构，其特征在于：包括同时传输SV信息和GOOSE信息的四个独立的星形结构网络以及测控装置、电能表、双重的保护装置、双重的智能终端、双重的合并单元,每个网络主要由中心交换机、按串配置的串交换机、配套光纤构成，各串交换机与中心交换机相连；双重的保护装置的一个保护装置、双重的智能终端的一个智能终端以及双重的合并单元一个合并单元同时连接到四个独立串交换机的其中两个串交换机上，双重的保护装置的另一个保护装置、双重的智能终端的另一个智能终端、双重的合并单元另一个合并单元、电能表同时连接到四个独立串交换机的另两个串交换机上，测控装置同时连接到四个串交换机上，并采用基于FPGA的双网双工应用层处理方案或基于PRP的链路层处理方案对双重的保护装置的冗余信息进行处理。

2.根据权利要求1所述的特高压变电站1000kV过程层网络结构，其特征在于：所述四个独立的串交换机分别是A1网交换机、A2网交换机、B1网交换机、B2网交换机，双重的保护装置分别是保护装置A和保护装置B，双重的智能终端包括智能终端A和智能终端B，双重的合并单元分别是合并单元A和合并单元B；保护装置A、智能终端A、合并单元A连接到A1网交换机和A2网交换机上，保护装置B、智能终端B、合并单元B连接到B1网交换机和B2网交换机上；所述测控装置分别和A1网交换机、A2网交换机、B1网交换机、B2网交换机连接，电能表连接到B1网交换机、B2网交换机上，A1网交换机、A2网交换机、B1网交换机、B2网交换机上。

3.根据权利要求2所述的特高压变电站1000kV过程层网络结构，其特征在于：所述保护装置A包括边断路器1保护A、中断路器保护A、边断路器2保护A、线路1保护A、线路2保护A；所述智能终端A包括边断路器1智能终端A、中断路器智能终端A、边断路器2智能终端A；所述合并单元A包括边断路器1合并单元A、中断路器合并单元A、边断路器2合并单元A、线路1TV合并单元A、线路2TV合并单元A；

所述测控装置包括边断路器1测控、中断路器测控、边断路器2测控；

保护装置B包括边断路器1保护B、中断路器保护B、边断路器2保护B、线路1保护B、线路2保护B；所述智能终端B包括边断路器1智能终端B、中断路器智能终端B、边断路器2智能终端B；所述合并单元B包括边断路器1合并单元B、中断路器合并单元B、边断路器2合并单元B、线路1TV合并单元B、线路2TV合并单元B；

所述电能表包括线路1电能表、线路2电能表，线路1电能表、线路2电能表分别和B1网交换机、B2网交换机连接；

A1网各串交换机与A1网中心交换机连接，A2网各串交换机与A2网中心交换机连接；

B1网各串交换机与B1网中心交换机连接，B2网各串交换机与B2网中心交换机连接。

4.根据权利要求3所述的特高压变电站1000kV过程层网络结构，其特征在于：所述保护装置A还包括线路1电抗器保护A、线路2电抗器保护A，保护装置B还包括线路1电抗器保护B、线路2电抗器保护B，智能终端还包括线路1电抗器本体智能终端、线路2电抗器本体智能终端，合并单元A还包括线路1电抗器合并单元A、线路2电抗器合并单元A，合并单元B还包括线路1电抗器合并单元B、线路2电抗器合并单元B，测控装置还包括线路1电抗器测控、线路2电抗器测控，电能表还包括线路1电抗器电能表、线路2电抗器电能表；

其中，边断路器1保护A、中断路器保护A、线路1保护A、线路1电抗器保护A、边断路器1智能终端A、中断路器智能终端A、线路1电抗器本体智能终端、边断路器1合并单元A、中断路器合并单元A、线路1TV合并单元A、线路2TV合并单元A、线路1电抗器合并单元A、边断路器1测控、中断路器测控、线路1电抗器测控、边断路器2保护A、线路2保护A、线路2电抗器保护A、边断路器2智能终端A、线路2电抗器本体智能终端、边断路器2合并单元A、线路2电抗器合并单元A、边断路器2测控、线路2电抗器测控分别连接到A1网交换机和A2网交换机；

边断路器1保护B、中断路器保护B、线路1保护B、线路1电抗器保护B、边断路器1智能终端B、中断路器智能终端B、线路1电抗器本体智能终端、边断路器1合并单元B、中断路器合并单元B、线路1TV合并单元B、线路2TV合并单元B、线路1电抗器合并单元B、边断路器1测控、中断路器测控、线路1电抗器测控、线路1电能表、线路1电抗器电能表、线路2电抗器电能表、边断路器2保护B、线路2保护B、线路2电抗器保护B、边断路器2智能终端B、线路2电抗器本体智能终端、边断路器2合并单元B、线路2电抗器合并单元B、边断路器2测控、线路2电抗器测控、线路2电能表分别连接到B1网交换机和B2网交换机；

A1网交换机、A2网交换机、B1网交换机、B2网交换机分别为两台。