秘鲁南部电力公司（Luz del Sur SAA）是秘鲁最大的配电系统运营商 (DSO)，为首都利马东南部近 120 万客户提供电力。其配电容量约占全国市场份额的三分之一。该公司目前正在扩建其 220 kV 网络。220 kV Los Sauces 变电站改造扩建工程是该项目的一部分，于 2020 年 2 月投产。

Los Sauces 变电站

220/10-kV Los Sauces 变电站配备 2 台 50 MVA 变压器、两个电压等级的气体绝缘开关 (GIS) 和八个 10-kV 馈线。220 kV 双母线经过扩建，可容纳两条额外的 220 kV 地下电缆，各自长 3 公里（1.86 英里），接入现有的 220 kV Industriales 变电站，该变电站于 2014 年由西门子建造，采用的是 GIS 技术。

Los Sauces 变电站改造目标之一是开发和实施先进的保护和自动化概念。这包括：线路差动、距离、变压器差动、延时过流和母线保护等相关的保护和控制技术、具有人机界面 (HMI) 的变电站自动化系统、与控制中心的链接以及集中式故障记录仪。

南部电力公司的工程决策者强调，新系统需要面向未来，能够跟得上正在进行的配电数字化步伐。同时，系统的设计必须考虑周全且具有效率，不应该在安全性上做出任何妥协。总体而言，该系统必须满足以下主要设计特征：

» 所有组件都应尽可能紧凑

» 使用最小的安装空间

» 易于安装

» 最短的规划和交付时间，以确保变电站可以尽快投入使用。

保护和控制系统调试时间的减少以及土建工程的优化表明，投资于最新技术对于任何寻求解决方案的公司来说都是关键。

基于过程总线的变电站自动化解决方案

南部电力公司仍然选择了西门子作为EPC承包商（EPC即：设计、采购和建设)，以确保规划采用的先进技术最终实施后满足所有指标要求。项目的解决方案包括采用IEC 61850，在变电站 220 kV 部分使用过程总线。其目的是确保一次系统和二次设备之间的接口尽可能接近流程数字化。

图 1. 变电站中的过程总线技术将信息处理过程数字化，并通过光纤实现保护与站控系统之间的通信。

不同于传统的传感器和保护装置之间的 1:1 布线，合并单元采集来自传感器的测量值，将它们转换为数字格式，并通过光纤以太网将它们发送到对应的[多个]保护单元. 合并单元是一次系统和二次设备之间模块化、可互操作且功能强大的解决方案，可提供完善的过程数据、自主功能的自动化和安全通信。Los Sauces 变电站新安装了 13 台 SIPROTEC 6MU85 合并单元，该变电站是[秘鲁]最早大规模使用该技术的变电站之一。

保护单元中同时植入了测控功能，因此不需要配备独立的BCU（间隔测控装置），因此可以进一步节约成本。220 kV 断路器、隔离开关和接地开关由保护设备通过过程总线控制，过程总线与合并单元之间采用了 IEC 61850 GOOSE 协议（通用面向对象变电站事件)。断路器的瞬时跳闸保护也是在合并单元中实现的。SIPROTEC 5 合并单元一样可以嵌入 SIPROTEC 5 套件的模块化保护功能。南部电力公司在每个间隔上的两个合并单元中添加了保护功能，同时补充了显示和现场控制功能。合并单元还可以包含备用保护系统。

过程总线是独立于站控总线的第二个通信网络。数字技术的全部潜力在保护控制设备的信息处理级别得到发挥。因此，过程总线可以更灵活地分配数据和更广泛地分析数据。甚至，可以考虑将过程总线合并到控制系统中。目前，过程总线和站控总线在物理上是分开的，以满足必要的网络安全和运行要求。保护、采样测量值系统和网络也被设计为冗余的，这在高压变电站中非常常见。

图 2. 变电站网络系统图显示了变电站的二次控制系统，下方的过程层显示了线路、母联和变压器的合并单元。

进一步的好处

过程总线除了数字化所提供的一般优点以外，它还有其他的显着优势，这使得 Los Sauces 项目获益。例如：

» 保护和控制柜节省空间，并且不需要昂贵的铜缆

» 保护设备更小，不需要传统的连接

» 二次系统完全数字化优化了设计和测试，从而加快整个系统的调试

» 插入以太网电缆、完成安装，无需浪费时间测试各个铜缆连接。

此外，使用光纤传输数据通常不太容易出现故障，需要较少的维护。同时电磁兼容性 (EMC)更好，它在变电站中起着至关重要的作用。因此，安装、维护和运行所涉及的成本较低。

使用过程总线的好处不仅限于个人和系统保护方面的好处。与带电铜线安装相比，从一开始就更容易。互感器开路的风险也显着降低。

特殊要求

西门子还能够通过以智能方式使用过程总线技术来解决 Los Sauces 变电站的一些特殊要求：网络中所有设备的时间和测量值通过主时钟同步。应用 IEC 1588v2 精确时间协议 (PTP)，最大时间差异小于一微秒。根据 IEC 61869-9 和 IEC 61850-9-2 标准，对于保护应用，测量值以 4.8 kHz 传输（每周波80点采样），故障录波的采样率为 15.36 kHz（256点每周波）。

过程总线还采用了 IEEE 802.1Q 标准，它为过程层网络定义了虚拟局域网 (VLAN)。VLAN 使物理基础设施内部的隔离和划分成为可能。每个带有保护单元和相关合并单元的间隔在物理过程层网络中形成其虚拟隔离的逻辑段，与其他数据流量分开，即使母线保护具有相关联的合并单元，面向多间隔系统也是如此。VLAN 还使所需的、严格的网络安全和性能标准得到保证。

架空线路保护采用了 SIPROTEC 7SL87 线路差动保护。该保护将 Los Sauces 变电站端基于过程总线的采样测量值系统与线路另一端现有的 Industriales 变电站的常规采样测量值进行了比较。西门子的解决方案支持这种混合系统，以确保现有保护单元可以继续使用，从而无需在关联变电站进行额外的、昂贵的补救工作。

图 3. 线路两端的线路差动保护通过保护接口和光纤电缆相互通信，Los Sauces 变电站端的继电器使用采样测量值运行，远端设备接收传统的模拟测量值。

与西门子的合作

南部电力公司对变电站技术的展望不仅限于西门子所提供的整体概念，还有很多其他原因。其中包括，制造商能够以一致性的概念提供电力公司所有必需的功能，扩展 SIPROTEC 5 产品系列的应用。

其结果是一个标准化的解决方案，各组件彼此完美协调。SIPROTEC 5 还有一个强大的工程工具，即 DIGSI 5 规划软件，它使西门子能够在很短的时间内完成规划。南部电力公司还非常感谢西门子秘鲁本地专家在新变电站投产期间甚至投产后提供的现场支持。

南部电力公司在这个项目中获得的经验支持了其未来保护和控制项目数字化的立场，将根据 IEC61850-9-2 标准实施，因为它允许公用事业高效地完成公司的所制定的目标。与此同时，还能够采用被能源市场广泛接受的、可持续发展的未来技术。

小结：过程总线的优势

过程总线将为改造项目提供更多的好处，电网运营商因此能够在最短的时间内更换现有的保护、自动化和控制系统并调试。

» 所有设备都可以在调试期间访问过程网络数据

» 减少了安装、连接和测试中的布线工作

» 减少调试时间，在物流方面提供经济利益。例如，健康与安全执行 (HSE) 现场监督、集装箱租赁等

» 调试后，由于电流和电压互感器的数字化，电网运营商能够确保从过程级别提高数据透明度

图 4. 合并单元是一次系统和二次系统之间模块化、可互操作且功能强大的解决方案，可提供完整的过程数据、自主的自动化和安全通信。在秘鲁 Los Sauces 变电站中，共使用了 13 台 Siprotec 6MU85 合并单元。

Los Sauces 变电站现的解决方案将成为南部电力公司未来所有高压变电站的标准，该公司已经批准了进一步的采购订单。

Los Sauces 变电站成为南部电力公司面向未来设计的标杆，得益于西门子的多合一解决方案。该系统是同类产品中首批采用过程总线技术设计的系统之一。至关重要的是，它以更具成本效益、紧凑和简单的方式满足行业严格的安全和运行要求。