110kV變電站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的深入推進(jìn)，110kV變電站作為區(qū)域電網(wǎng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，其自動(dòng)化水平直接影響電網(wǎng)的安全、可靠與高效運(yùn)行。傳統(tǒng)變電站依賴人工監(jiān)控與分散式保護(hù)裝置，存在信息孤島、運(yùn)維效率低、故障響應(yīng)慢等問題。構(gòu)建基于數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、保護(hù)控制協(xié)同聯(lián)動(dòng)、運(yùn)維管理精益化，為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供技術(shù)支撐。本文結(jié)合工程實(shí)踐，從系統(tǒng)架構(gòu)、功能設(shè)計(jì)、通信網(wǎng)絡(luò)及可靠性保障等維度，闡述110kV變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路與實(shí)施要點(diǎn)。一、設(shè)計(jì)原則1.可靠性優(yōu)先：系統(tǒng)需滿足電力系統(tǒng)“安全第一”的要求，硬件采用冗余配置，軟件具備容錯(cuò)機(jī)制，確保故障時(shí)不中斷核心功能。2.實(shí)用性導(dǎo)向：功能設(shè)計(jì)貼合110kV變電站的運(yùn)行需求，兼顧監(jiān)控、保護(hù)、測(cè)控、遠(yuǎn)動(dòng)等核心業(yè)務(wù)，操作界面簡潔易用，減少運(yùn)維復(fù)雜度。3.擴(kuò)展性兼容：預(yù)留硬件接口與軟件擴(kuò)展模塊，支持未來新能源接入、智能巡檢等功能升級(jí)，適應(yīng)電網(wǎng)發(fā)展的技術(shù)迭代。4.標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)：遵循IEC____、DL/T860等國際國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，確保設(shè)備互聯(lián)互通、信息模型統(tǒng)一，降低集成難度與維護(hù)成本。二、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)采用“三層兩網(wǎng)”架構(gòu)（站控層、間隔層、過程層，過程層網(wǎng)絡(luò)、站控層網(wǎng)絡(luò)），各層功能與設(shè)備分工明確：（一）站控層：全局監(jiān)控與管理中樞作為系統(tǒng)的“大腦”，承擔(dān)全站運(yùn)行監(jiān)控、數(shù)據(jù)管理、調(diào)度通信等職能。配置監(jiān)控主機(jī)、操作員工作站、遠(yuǎn)動(dòng)服務(wù)器、五防主機(jī)及數(shù)據(jù)服務(wù)器，通過MMS（制造報(bào)文規(guī)范）網(wǎng)絡(luò)與間隔層通信。主要功能包括：實(shí)時(shí)采集遙測(cè)（電流、電壓、功率等）、遙信（開關(guān)位置、保護(hù)動(dòng)作等）數(shù)據(jù)，生成動(dòng)態(tài)一次接線圖、趨勢(shì)曲線等可視化界面；接收并執(zhí)行遙控、遙調(diào)指令，實(shí)現(xiàn)斷路器、隔離開關(guān)的遠(yuǎn)程操作；匯總?cè)拘畔?，向調(diào)度主站上傳數(shù)據(jù)并接收指令，保障電網(wǎng)調(diào)度協(xié)同；聯(lián)動(dòng)五防系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)操作票邏輯校驗(yàn)與強(qiáng)制閉鎖，杜絕誤操作。（二）間隔層：間隔級(jí)保護(hù)與測(cè)控核心按電氣間隔（線路、變壓器、母線等）配置保護(hù)測(cè)控裝置，實(shí)現(xiàn)本間隔的保護(hù)、測(cè)控與通信功能：保護(hù)裝置（如線路保護(hù)、主變保護(hù)）：具備速斷、過流、差動(dòng)等保護(hù)邏輯，故障時(shí)快速隔離故障點(diǎn)（動(dòng)作時(shí)間≤50ms）；測(cè)控裝置：采集電流、電壓等遙測(cè)數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)開關(guān)位置、告警信號(hào)等遙信量，執(zhí)行遙控指令；通信交互：通過SV（采樣值）網(wǎng)接收過程層采樣數(shù)據(jù)，通過GOOSE（通用面向?qū)ο笞冸娬臼录┚W(wǎng)發(fā)送控制指令，同時(shí)通過MMS網(wǎng)與站控層交互信息。（三）過程層：感知與執(zhí)行終端由合并單元、智能終端、電子式互感器（或常規(guī)互感器+合并單元）組成，負(fù)責(zé)電氣量采集與控制指令執(zhí)行：合并單元：采集互感器的電流、電壓信號(hào)，按IEC____標(biāo)準(zhǔn)組幀后通過SV網(wǎng)傳輸至間隔層；智能終端：接收GOOSE網(wǎng)的控制指令，驅(qū)動(dòng)斷路器分合閘、隔離開關(guān)變位，同時(shí)采集開關(guān)位置、告警等信號(hào)回傳；網(wǎng)絡(luò)傳輸：采用光纖以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)采樣數(shù)據(jù)與控制指令的高速傳輸，減少電纜用量與電磁干擾。三、功能模塊設(shè)計(jì)（一）監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集（SCADA）數(shù)據(jù)采集：實(shí)時(shí)采集遙測(cè)（電流、電壓、功率等）、遙信（開關(guān)位置、保護(hù)動(dòng)作等）數(shù)據(jù)，采樣頻率滿足保護(hù)（≥4kHz）與監(jiān)控（≥1次/秒）需求；畫面顯示：動(dòng)態(tài)展示一次系統(tǒng)接線、設(shè)備狀態(tài)、實(shí)時(shí)曲線等，支持多窗口分層顯示，直觀呈現(xiàn)全站工況；告警處理：對(duì)越限數(shù)據(jù)、異常信號(hào)分類告警（聲光報(bào)警、短信推送），記錄告警時(shí)間、類型及處置過程，形成歷史臺(tái)賬。（二）繼電保護(hù)主保護(hù)配置：線路間隔配置光纖差動(dòng)保護(hù)、縱聯(lián)距離保護(hù)；主變間隔配置差動(dòng)保護(hù)、非電量保護(hù)（油溫、瓦斯等）；母線間隔配置母差保護(hù)，實(shí)現(xiàn)故障快速切除；后備保護(hù)：各間隔配置三段式過流保護(hù)、接地保護(hù)，具備過負(fù)荷告警、PT斷線檢測(cè)等輔助功能；協(xié)同動(dòng)作：保護(hù)動(dòng)作后通過GOOSE網(wǎng)快速跳開斷路器，同時(shí)上送動(dòng)作信號(hào)至站控層，輔助故障定位。（三）測(cè)控與控制遙測(cè)精度：電壓、電流測(cè)量誤差≤0.2%，功率≤0.5%；遙信分辨率≤2ms，確保開關(guān)變位、保護(hù)動(dòng)作信號(hào)實(shí)時(shí)捕捉；遙控可靠性：遙控指令經(jīng)五防校驗(yàn)、操作員確認(rèn)后執(zhí)行，具備“選擇-返校-執(zhí)行”三步驟，防止誤操作；遙控出口采用雙位置繼電器，保障指令可靠執(zhí)行。（四）遠(yuǎn)動(dòng)與調(diào)度通信信息上傳：按調(diào)度要求上傳遙測(cè)、遙信、事件記錄，支持101、104等規(guī)約，數(shù)據(jù)壓縮、斷點(diǎn)續(xù)傳確保信息實(shí)時(shí)性（遙測(cè)更新≤3s，遙信≤1s）；雙機(jī)冗余：遠(yuǎn)動(dòng)服務(wù)器主備模式，故障時(shí)自動(dòng)切換（≤30s），保障與調(diào)度主站通信不中斷。（五）五防與操作閉鎖邏輯閉鎖：基于一次系統(tǒng)拓?fù)渑c設(shè)備狀態(tài)，建立五防規(guī)則庫（如“斷路器未分閘，隔離開關(guān)禁止操作”），對(duì)遙控、就地操作強(qiáng)制閉鎖；操作票管理：支持圖形開票、典型票調(diào)用，自動(dòng)校驗(yàn)操作步驟合法性，開票后可一鍵執(zhí)行或分步操作，記錄全過程。（六）故障錄波與分析錄波裝置：按間隔配置故障錄波器（或保護(hù)裝置集成錄波功能），記錄故障前200ms、故障后5s的電流、電壓波形（采樣率≥10kHz）；波形分析：站控層配置錄波分析軟件，調(diào)取、回放錄波文件，自動(dòng)識(shí)別故障類型（短路、接地等），輔助快速定位故障點(diǎn)。四、通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)（一）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥^程層網(wǎng)絡(luò)：采用雙星型拓?fù)?，SV網(wǎng)與GOOSE網(wǎng)物理獨(dú)立，各間隔的合并單元、智能終端分別接入兩個(gè)獨(dú)立光纖交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)“雙網(wǎng)雙平面”冗余，保障采樣數(shù)據(jù)與控制指令可靠傳輸；站控層網(wǎng)絡(luò)：采用雙網(wǎng)冗余星型拓?fù)?，間隔層裝置、站控層設(shè)備分別接入兩個(gè)核心交換機(jī)，交換機(jī)間光纖互聯(lián)，網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)自動(dòng)切換（≤200ms）。（二）通信協(xié)議與介質(zhì)過程層：SV采用IEC____協(xié)議，GOOSE采用IEC____協(xié)議，介質(zhì)為多模/單模光纖（傳輸距離≤500m/20km），滿足電磁干擾環(huán)境下的高速傳輸（速率≥100Mbps）；站控層：MMS采用IEC____協(xié)議，介質(zhì)為超五類屏蔽網(wǎng)線或光纖，速率≥100Mbps，支持VLAN劃分，隔離不同業(yè)務(wù)流量（監(jiān)控、遠(yuǎn)動(dòng)、五防）。（三）網(wǎng)絡(luò)安全分區(qū)防護(hù)：遵循“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認(rèn)證”原則，站控層與調(diào)度主站間部署縱向加密認(rèn)證裝置，站控層與間隔層間部署防火墻，限制非法訪問；數(shù)據(jù)加密：遙測(cè)、遙信等敏感數(shù)據(jù)傳輸采用SM4等加密算法，用戶登錄采用密碼+權(quán)限認(rèn)證，不同角色（管理員、操作員）權(quán)限分級(jí)。五、可靠性與安全性設(shè)計(jì)（一）硬件冗余裝置冗余：保護(hù)裝置雙重化配置（如線路保護(hù)A、B套），主備裝置實(shí)時(shí)同步數(shù)據(jù)，故障時(shí)自動(dòng)切換（≤20ms）；站控層服務(wù)器、遠(yuǎn)動(dòng)裝置主備模式，心跳檢測(cè)實(shí)現(xiàn)無縫切換；電源冗余：站控層配置UPS（后備時(shí)間≥1h）；間隔層、過程層裝置雙電源供電（直流220V/110V），電源模塊具備過壓、過流保護(hù)。（二）軟件容錯(cuò)數(shù)據(jù)校驗(yàn)：對(duì)遙測(cè)、遙信數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC校驗(yàn)、合理性校驗(yàn)（如電流越限檢測(cè)），異常數(shù)據(jù)自動(dòng)標(biāo)記并告警，防止錯(cuò)誤數(shù)據(jù)進(jìn)入系統(tǒng)；故障自恢復(fù)：裝置具備看門狗功能，軟件異常時(shí)自動(dòng)重啟（≤30s）；系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫雙機(jī)熱備，故障時(shí)自動(dòng)切換，數(shù)據(jù)丟失率為0。（三）電磁兼容（EMC）硬件防護(hù)：裝置外殼金屬屏蔽，接口電路配置浪涌保護(hù)器（SPD）；電纜敷設(shè)時(shí)動(dòng)力電纜與控制電纜分開，控制電纜屏蔽層接地，減少電磁耦合；軟件抗干擾：采用數(shù)字濾波算法（傅里葉濾波、卡爾曼濾波）濾除諧波干擾；保護(hù)邏輯設(shè)置防抖時(shí)間（如遙信防抖20ms），防止誤觸發(fā)。六、工程實(shí)施要點(diǎn)（一）設(shè)備選型保護(hù)測(cè)控裝置：選擇具備IEC____認(rèn)證、掛網(wǎng)成熟的產(chǎn)品（如南瑞繼保、許繼電氣等廠家裝置），確保兼容性與可靠性；網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：交換機(jī)選用工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，支持環(huán)網(wǎng)保護(hù)、VLAN、QoS；光纖選用單模/多模鎧裝光纖，抗拉、抗彎折性能良好。（二）施工安裝屏柜布置：按功能分區(qū)布置屏柜（保護(hù)屏、測(cè)控屏等），屏間距離≥800mm；屏柜接地采用銅排連接，接地電阻≤0.5Ω；電纜敷設(shè)：動(dòng)力電纜采用阻燃鎧裝電纜，控制電纜采用屏蔽電纜，敷設(shè)時(shí)分層排列、固定牢固；電纜溝內(nèi)設(shè)置防火隔板與堵料，防止火災(zāi)蔓延。（三）調(diào)試與驗(yàn)收分系統(tǒng)調(diào)試：依次調(diào)試過程層、間隔層、站控層，測(cè)試數(shù)據(jù)采集、保護(hù)動(dòng)作、遙控執(zhí)行等功能，確保單系統(tǒng)運(yùn)行正常；聯(lián)調(diào)測(cè)試：模擬故障（短路、接地）、異常（PT斷線、通信中斷），測(cè)試系統(tǒng)保護(hù)動(dòng)作邏輯、告警響應(yīng)、故障錄波等功能，驗(yàn)證各層協(xié)同性；驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)：依據(jù)DL/T961、GB/T2887等標(biāo)準(zhǔn)，逐項(xiàng)驗(yàn)收系統(tǒng)功能、性能、可靠性，確保滿足設(shè)計(jì)要求。（四）運(yùn)維管理制度建設(shè)：制定《變電站自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)維規(guī)程》，明確巡檢周期（每日遠(yuǎn)程、每月現(xiàn)場）、維護(hù)內(nèi)容（軟件備份、日志清理、設(shè)備除塵）；軟件升級(jí)：建立版本管理機(jī)制，升級(jí)前備份測(cè)試，升級(jí)后驗(yàn)證功能；定期更新病毒庫、防火墻規(guī)則，防范網(wǎng)絡(luò)攻擊。結(jié)語110kV變電站自動(dòng)