[发明专利]具有冗余保护的变电站自动化

说明书

技术领域

本发明涉及高压和中压电力网中的变电站的冗余变电站自动化系统，该冗余变电站自动化系统防止单个故障智能电子装置损害变电站间隔(bay)的操作。它背离权利要求1的前序部分所述的变电站自动化系统。

背景技术

高压和中压电力网中的变电站包括主要装置，例如电缆、线路、汇流条(bus bar)、开关、电力变换器和仪表变换器，它们一般设置在开关场和/或间隔中。这些主要装置经由变电站自动化(SA)系统以自动化方式来操作。SA系统包括辅助装置，其中智能电子装置(IED)负责主要装置的保护、控制和监测。可将辅助装置指配给分级层(hierarchical level)，即，站层(station level)、间隔层和过程层(process level)，后者通过所谓的过程接口(process interface)与间隔层分离。SA系统的站层包括具有人机界面(HMI)的操作员工作站(OWS)以及到网络控制中心(NCC)的网关。间隔层上的IED(在下文中也称作间隔单元或保护IED又相互连接以及经由主要用于交换命令和状态信息的间隔间或站母线连接到站层上的IED。

过程层上的辅助装置包括用于电压(VT)、电流(CT)和气体密度测量的传感器、用于感测开关和变换器抽头转换开关位置(tap changer position)的接触探针和/或用于改变变换器抽头位置或者用于控制例如断路器或隔离开关等开关设备的执行机构(I/O)。例如非常规电流或电压变换器等示范传感器包括用于对模拟信号进行取样的模数(AD)转换器，并且经由能够被认为是取代常规硬连线过程接口的过程接口的专用或间隔内过程母线连接到间隔单元。后者经由专用Cu线将开关场中的常规电流或电压变换器连接到间隔层设备，在这种情况下，仪表变换器的模拟信号由间隔单元来取样。

由国际电工委员会(IEC)作为标准IEC 61850的一部分(标题为“变电站中的通信网络和系统”)引入了变电站的IED之间的通信的通信标准。对于非时间关键消息，IEC 61850-8-1根据简化开放系统互连(OSI)协议栈来规定制造消息规范(MMS，ISO/IEC 9506)协议，所述简化开放系统互连(OSI)协议栈具有分别在传输和网络层中的传输控制协议(TCP)和因特网协议(IP)以及作为物理介质的以太网和/或RS-232C。对于时间关键消息、如脱扣命令(trip command)，IEC 61850-8-1规定通用面向对象变电站事件(GOOSE)直接建立在通信栈的以太网链路层上。对于在过程层的时间非常关键信号、如测量模拟电压或电流，IEC61850-9-2规定也直接建立在以太网链路层上的取样值(SV)协议。因此，标准的第9部分定义作为工业以太网上的多播消息发布来自过程层上的电流或电压传感器的数字化测量数据的格式。这种SV或其它过程数据可通过间隔间过程母线来传送，从而使所传送信息可用于相邻间隔。例如，对于例如在中压或低压变电站中的节省成本设置，间隔间过程母线和站母线能够合并为一个单通信网络。在这种情况下，通信网络能够被认为是间隔间过程母线，它除了传送过程数据之外还传送另外经由专用站母线来交换的命令、状态和报告相关消息。

在变电站自动化的上下文中，冗余保护功能性是实现更高可用性和可靠性的方式。通常，对于传输和子传输变电站，保护功能性的完全冗余度采用每个间隔两个单独安装和连线的智能电子装置(IED)来实现。另一方面，对于中压和低压以及工业客户变电站，单个IED保护间隔，并且因而没有冗余保护功能性是可用的。在后一种情况下，IED表示整个间隔的单个故障点。

已经提出若干方式来处理IED的故障。热-热或热-备用架构(a hot-hot or hot-standby architecture)是用于包括两个IED的间隔的典型方式。在热-热架构中，两个IED并行运行，而对于热-备用架构，在热IED(hot IED)出故障时使备用IED成为活动(taken into active use)。两种方式按常规通过将两个IED的输入和输出硬连线到相应CT/VT(传感器输入)和断路器执行机构(I/O)来实现。

根据专利申请EP 1976177，在变电站自动化系统中，通过远程重新配置和启动更换或备用智能电子装置(IED)来减少修理的平均时间，从而留下更多小时数让维护人员修理不活动或有故障的IED。实际修理所需的时间对于系统可用性是不相关的，只要与IED故障率相比足够短。因此，远程配置的备用IED引起与热-备用配置几乎相同的可用性，但无需使所有基本IED加倍-对于连接到相同站母线和过程母线的每组相同类型的IED仅需要一个备用联机IED。