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一、SYTec8000数字化变电站自动化系统介绍
1.1 概述
“数字化变电站”是以变电站一、二次设备为数字化对象，以高速网络通信平台为基础，通过对数字化信息进行标准化，实现信息共享和互操作，并以网络数据为基础，实现数据测量监视、控制保护、信息管理等自动化功能的变电站。具有以下基本特征：
1.使用光电互感器，彻底消除了传统电磁式电流互感器二次开路及饱和，电压互感器短路及铁磁谐振等问题。
2.基于IEC61850标准，各装置具有互操作性。
3.二次设备网络化，在统一的光纤以太网通讯平台上实现全站数据共享，通讯网络取代复杂的控制电缆，消除了电缆带来的电磁兼容等问题。
“数字化变电站”是“智能电网”的重要组成部分，是变电站综合自动化系统的发展方向。
我公司潜心研究变电站自动化系统技术现状、现有条件及发展趋势，提出了针对110kV及以下电压等级变电站的数字化实施方案。SYTec8000数字化变电站系统从信息的采集、传输、处理和输出等过程均实现数字化，实现了与智能一次设备无缝接口，同时兼容传统的一次设备，适用于全部或部分采用智能一次设备的变电站。SYTec8000数字式变电站自动化系统基于IEC61850架构，能实现变电站内智能电子装置IED间信息互享和互操作。在确保“安全性”、“可靠性”的前提下，本系统应用最新的网络通讯技术、计算机技术、以及我公司的专利高精度同步对时技术，对传统的针对间隔设置的保护、测控、自动装置进行了集成，使用一台集成保护测控装置实现全站的保护、测控、自动装置，从而构成了集成保护测控系统，降低了系统成本，减少了用户的运行维护工作量，提高了保护、测控的性能，并且通过双重化配置提高了保护的可靠性，是110kV及以下电压等级数字化变电站的理想方案。
SYTec8000数字化变电站系统采用分层采集、集中控制的架构体系，对变电站系统模型、二次功能模型进行描述，对应用与通信进行分层处理，将模拟量、开关量的信息采集和信息的计算、逻辑判断分层实现。各智能电气设备的模拟量、开关量信息就地采集，数字化处理后通过光纤网络送往集成保护测控装置；集成保护测控装置安装于主控室，综合全站信息实现保护、测控、自动装置功能，各功能相对独立、分时运行，即保证了保护功能的选择性、快速性、安全性、可靠性，又保证了测量、计量功能的高精度要求。
SYTec8000数字化变电站自动化系统由过程层、间隔层、站控层3个层次构成，架构如图1所示。SYTec8000数字化变电站自动化系统实现了变电站全站系统保护，在过程层、间隔层、变电站层内实施双重化的GOOSE网络、SMV采集网、GPS同步对时网以及监控网，完成全站所有设备的继电保护功能、测控功能、继电保护信息管理功能、自动化功能以及电度计量功能，从而大大提高了系统的可靠性。继电保护功能、测控功能及自动化功能的输入、输出均可灵活配置，满足客户对各种功能的要求。
1.过程层
SYTec8000数字化变电站系统的过程层是承担全站数字化采集、接收和执行控制指令，将一次设备接入过程层总线的底层部件设备。过程层由电子式互感器、合并单元、交换服务器等构成。
合并单元接收光电互感器输出的数字量，根据标准协议对数据合并打包后通过点对点光纤上送到交换服务器。合并单元有开入量采集回路和断路器操作回路，能实现开关量采集并通过GOOSE网上送、执行集成保护测控装置通过GOOSE网下发的跳、合闸命令。为了提高过程层通信的可靠性，合并单元通过双重化的GOOSE网络、SMV采集网、GPS同步对时网与双重化配置的集成保护测控装置以及集成电度计量装置相联接。
合并单元能够接入满足IEC60444-7、IEC60444-8标准的电子式互感器，同时也能够接入传统的电磁式电压、电流互感器。使用传统电磁式互感器的变电站，通过在各电气间隔就地安装具有模拟量、开关量采集，开关操作功能的合并单元，实现一次设备的数字接入。
2.间隔层
SYTec8000系统的间隔层由集成保护测控装置、集成电度计量装置及工业以太网络构成；其中集成保护测控装置采用双重化配置，提高了系统的可靠性，大大降低了由于保护装置故障导致的保护拒动的可能性。每一套集成保护测控装置都可以完成全站所有设备的继电保护功能，如主变、线路及母线保护等，同时完成测控功能。在原理上两套集成保护测控装置完全一样，同时运行，可独立投退。正常运行时，变电站集成保护测控装置A联接GOOSE（A）网、SMV(A)采集网，变电站集成保护测控装置B联接GOOSE（B）网、SMV(B)采集网，实现继电保护、测控以及自动化等功能。一台保护测控装置故障时能及时告警，退出运行，不影响另一台的安全稳定运行，全站的保护功能不受影响。
间隔层变电站集成保护测控装置通过双重化的GOOSE网络、SMV采集网从过程层获取模拟量和开关量信息，经过数字滤波、保护算法、逻辑判断和相关电气联锁判断后，发出相应的控制命令。集成保护测控装置不仅集成了变电站所有的传统保护、测控功能，而且可实现各种高端保护（如广域保护、线路纵差保护、母线保护等）、自动控制等功能，各功能模块可自由配置，达到无缝链接。传统变电站各保护装置之间的相互闭锁和开放通过硬接点或通讯实现，而运行在集成保护测控装置上的各保护模块之间的互相闭锁和开放是通过消息传递机制实现的，相对前者而言更加可靠和快速，提高了保护的可靠性和速动性。
3.站控层
站控层为全站设备监视、测控、控制、管理的中心，由远动通信主机、图形终端、当地监控后台、保护信息管理组成。站控层通讯网络为星型拓扑结构的工业以太网。
站控层实现以下功能：将间隔层、过程层数据信息上送至远方调度或控制中心监视；远方调度或控制中心控制命令下发至间隔层、过程层执行；具有（或备有）站内当地监控后台，提供监视、操作、查询、打印、报警等功能；具有对间隔层、过程层设备的在线维护、在线组态、在线修改参数的功能；具有对间隔层、过程层设备的在线维护、在线组态、在线修改保护定值及配置参数的功能；具有（或备有）变电站故障录波分析功能;丰富的协议接口、灵活的协议配置，可以方便地将第三方保护或智能设备接入系统中。
1.2主要特点
a.一体化设计
SYTec8000数字式变电站系统以整个变电站为研究对象，实现全站保护、监控一体化以及电能计量功能，无需外部电缆接线，各个功能通过站内通信网络组合在统一的系统中，信息、功能、应用集成化程度高，间隔层设备大大减少，同时大大简化了通信网络结构，提高了通讯可靠性。
b.全站数据共享
1) SYTec8000数字式变电站系统的过程层、间隔层和变电站层设备之间交换的所有信息，如，电流量、电压量、开关、隔离刀闸、设备状态和控制命令等全部实现数字化，并通过以太网传输。
2) SYTec8000数字式变电站系统采用分布式采集、集中式处理的系统解决方案，所有模拟量的采集实现高精度同步采样，数据在交换服务器汇总并在网络上实时发布，实现全站数据及信息共享，并可根据间隔层设备的功能要求实现数据定制。
c.双重化配置
1) 双重化的变电站集成保护及测控装置通过双重化的GOOSE网络、SMV采集网与过程层的智能终端（合并单元）相连。实现功能及网络的冗余，保证任何单一故障不会引起任何应用功能的缺失。
2) 变电站层、间隔层通信采用双以太网，能自动平衡网络负载。
d.开放性和灵活性
1) SYTec8000数字式变电站系统采用面向对象的设计思想，根据各变电站的系统情况可自由配置保护、测控、计量等功能模块。特别是未来客户需扩充增值的高级应用功能时，无需额外施工仅需升级软件即可。
2) 过程层的合并单元可以接入电子式互感器及智能开关设备，也保留接入传统电磁式互感器的接口以兼容传统的一次设备。
3) 通信接口方式选择灵活，除支持IEC61850标准规约外，还支持多种标准通信规约。此外还提供规约转换器，可支持大部分非标准通信规约。
4) 装置采用高精度硬件时钟，支持PPS、IRIG-B、NTP等各种对时方案。
e.友善的人机交互
1) 集成保护测控装置实现全图形界面的调试、分析，可提供完善的人机交互以及保护录波数据的高级分析功能，操作直观方便。集成保护测控装置可记录保护动作的所有输入、输出信息以及内部元件工作情况及动作值、定值操作等信息。
2) 故障录波和重要的开关量信息以及操作信息均以图形方式输出。
f.高可靠性
过程层通信网络全部采用光纤介质，无电磁兼容问题。
变电站层、间隔层通信采用双以太网，能自动平衡网络负载。
双重化的间隔层的变电站集成保护测控装置通过双重化的GOOSE网络、SMV采集网与过程层的合并单元相连。实现功能及网络的冗余，保证任何单一故障不引起重要功能的损失。
应用全站数据共享技术，各间隔保护能获取PT合并单元上送的母线电压，而不需要像传统变电站通过拉PT小母线的方式使各间隔获得母线电压，避免了乱拉PT小母线导致的PT二次回路短路，并且减小了投资、方便施工。
所有装置无需外加抗干扰措施，其电磁兼容性能均可达到IEC61000-4标准规定的最高等级。
过程层的合并单元设备的工作环境温度为-40℃-85℃，满足户外工作的要求。
g.安全性
信息安全性
过程层与间隔层之间、间隔层之间、间隔层与变电站层、变电站层内部的信息交换采用严格的CRC校验措施，防止由于数据传输错误导致的装置误动作。
交换服务器对来自间隔层的网络控制报文进行分析，过滤任何未经授权的网络访问，硬件实现的网络防火墙既保证安全又不影响系统实时性。
h.设备安全性
间隔设备采用虚拟存储管理和严格的存储隔离技术，应用程序和配置文件分类存放、互不影响。
间隔设备对各种保护、测控功能的配置、定值、变量、程序等存储空间配备完善的自检措施，当内存出错时做出相应的保护处理。
过程层合并单元在与间隔层保护装置的通信中断后，可以提供后备保护等功能。
过程层合并单元实时监测模拟量、开入量、开出量、和状态信息，一旦发生电源失电、通讯中断等故障立刻报警。
1.3典型配置方案
以典型110kV变电站（110kV、35kV系统采用户外配电装置，10kV系统采用高压开关柜方式）为例，配置如下：
每台主变高、低压侧断路器，各配置一台合并单元，就地安装于高压侧断路器测控端子箱内和低压侧开关柜上；每台主变，各配置一台非电量合并单元以及非电量重动装置，就地安装于户外箱内。
对110kV进线、35kV馈线，110kV、35kV电压互感器等每个间隔配置一台合并单元，安装于户外箱内。
对10kV馈线、10kV电容器、10kV电压互感器等每个间隔配置一台合并单元，安装于开关柜保护小室内。
在主控室内设置数字化保护测控屏A和B、计量及监控综合屏各一面，共计三面屏。
由于110kV变电站设备较多，可以采用2台集成保护测控装置完成全站保护功能，一台完成户外的110kV、35 kV，以及主变间隔保护，另一台完成10 kV间隔保护，方便运行人员的管理和维护。
1.4系统性能指标
A） 测量误差
保护电流误差：≤±３%（0.1~20）
测量电流误差：≤±0.３%
测量电压误差：≤±0.３%
有(无)功功率误差：≤±0.5％
B) 电度计量
电度计量准确度等级：0.5级
C) 远动功能
遥信分辨率 ≤ 1mS
遥信响应率：100%
遥控正确率：100%
遥测综合误差 < 0.1%
D) 通讯配置
工业以太网络：10兆/100兆 自适应
ST标准多模光纤或SC标准单模光纤
E) 系统设备抗干扰性能
1) 脉冲干扰试验
能承受频率为1MHz及100kHz电压幅值共模2500V，差模1000V的衰减震荡波脉冲干扰试验。
2) 静电放电抗扰度测试
能承受IEC61000-4-2标准Ⅳ级、试验电压8kV的静电接触放电试验。
3) 射频电磁场辐射抗扰度测试
能承受IEC61000-4-3标准Ⅲ级、干扰场强10V/M的辐射电磁场干扰试验。
4) 电快速瞬变脉冲群抗扰度测试
能承受IEC61000-4-4标准Ⅳ级的快速瞬变干扰试验。
5) 浪涌(冲击) 抗扰度试验
能承受IEC61000-4-5标准Ⅳ级、开路试验电压4kV的浪涌干扰试验。
6) 电源电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验
能承受IEC61000-4-11标准70％UT等级的电压暂降、短时中断干扰试验。
7) 振荡波抗扰度试验
能承受IEC61000-4-12标准Ⅳ级阻尼振荡波干扰试验，以及电压幅值共模4kV、差模2kV的Ⅳ级振铃波干扰试验。
8) 工频磁场抗干扰度
能承受IEC61000-4-8标准Ⅳ级持续工频磁场干扰试验。
9) 阻尼振荡磁场抗干扰度
能承受IEC61000-4-10标准Ⅳ级阻尼振荡磁场干扰试验。
F) 系统设备绝缘耐压性能
交流输入对地：大于100兆欧
直流输入对地：大于100兆欧
信号及输出触点对地：大于100兆欧
开入回路对地：大于100兆欧
能承受2kV/1min的工频耐压，5kV的冲击电压
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