淺議智能變電站二次系統結構設計

仇 麗

（鹽城供電公司，江蘇 鹽城224002）

1 智能變電站的含義

智能變電站是智能電網建設的重要節點之一，是在數字化變電站基礎上發展形成的新一代變電站。隨著經濟與科技的發展，風電、光伏等新能源電力的應用越來越多，這對傳統的電力系統設備提出了巨大的挑戰。在這種背景下，電力系統的安全性和可靠性必須提高，作為連接用戶和發電站之間的變電站的結構設計也必須進一步優化。計算機技術以及通信技術的飛速發展，為解決電力系統和變電站所面臨的問題提供了新的解決方法——智能變電站，它能將智能化一次設備和網絡化二次設備進一步融合起來。依靠先進、安全、集成和低碳環保的智能化設施，智能變電站能夠自動地完成信息的收集、分析、控制以及管理等工作，能夠使得全站的信息數字化并且信息能夠及時全面地得以共享，與此同時，智能變電站還具有通過及時分析數據為電網作決策提供信息支持以及自動控制的功能。依靠智能變電站，電網的工作不僅更加低碳環保，效率更高，而且能夠消除很多的安全隱患。智能變電站能夠為電網采集全面且及時的數據，通過對數據進行監測、控制和分析，為電網做出正確決策提供可靠的信息支持，同時它也是電網執行命令的部分，因此對智能變電站的結構設計進行優化具有重大的意義。

2 智能變電站二次系統配置方案

智能變電站以全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化為基本要求，在智能變電站的發展中，隨著裝備制造技術、工藝的發展及建設、運行經驗的積累，其一、二次系統最終將融合為一體，但目前的技術發展水平還無法實現。針對二次系統，可以在光纖以太網基礎上，進行優化配置：將主保護和計量系統分布式就地實現，后備保護采用站域——廣域后備保護系統，本地測量和整定與調度中心整定相結合，以達到后備保護的最優配合和最小的通信負擔。

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2.1 保護配置

其中，保護配置包括線路保護、變壓器保護和母線保護。

2.1.1 主保護原理:線路保護采用速度更快的采樣值差動和暫態量保護; 變壓器保護采用了可以避開勵磁涌流影響的廣義瞬時功率保護原理作為差動保護的輔助。兩種新的保護原理都易于實現。

2.1.2 采用具有智能決策功能的廣域后備保護系統，集中全網信息進行后備保護在線整定，并且所需通信量少，數據更新速度快。

2.1.3 保護的實現方式:將原來集控室內的主保護功能下放到智能一次設備單元內就地實現，簡化了布線，減少了通信網絡的負擔。母線主保護采用具有主站的分布式差動和集中式母線保護的實現方式。

2.2 計量配置

計量系統創新地提出測量計量功能一體化為計量模塊，計量模塊的預處理數據為三態數據，三態數據(穩態數據，暫態數據，動態數據)統一采集和標準化。通過分析計量模塊的誤差量值溯源得到，在忽略算法誤差情況下，誤差主要來自于互感器，由于全站采用高精度的光學互感器，計量模塊的精度要求完全滿足計量規程的要求。既可以實現現場檢驗，也可以實現遠程檢驗。通過計量模塊在通信方面的優勢，實現智能變電站與大用戶互動，智能變電站具有向大用戶實時傳送電價、電量、電能質量及電網負荷信息的功能，支持電力交易的有效開展，實現資源的優化配置；激勵電力市場主體參與電網安全管理，從而實現智能電網各環節的協調運行。

2.3 通信配置

現階段的智能變電站內通信設備配置與數字化變電站及傳統變電站基本相同，但隨著電網中智能變電站投運數量的不斷增加，快速增長的采集數據量的不斷匯聚，對光纖通信傳輸網絡帶寬和傳輸可靠性提出更高要求。因此，通信平臺的建設與改造必須同步進行。

3 智能變電站二次系統設計與實現

3.1 系統構成

變電站二次系統在功能邏輯上分為站控層、間隔層和過程層。站控層由主機、操作員站、遠動通信裝置、保護故障信息子站和其他各種功能站構成，提供站內運行的聯系界面，實現管理控制間隔層、過程層設備等功能，形成全站監控、管理中心，并與遠方監控/調度中心通信。間隔層由保護、測控、計量、錄波、相量測量等若干子系統組成，在站控層及網絡失效情況下，仍能獨立完成間隔層設備的就地監控功能。過程層由互感器、合并單元、智能終端等構成，完成與一次設備相關的功能，包括實時運行電氣量的采集、設備運行狀態的監測、控制命令的執行等。

其中過程層最終發展目標為智能一次設備，就是一次設備集成互感器、智能終端等，實現在一次設備上直接的數字化接口。目前投運的智能站采取設置就地智能終端箱的方式，將一次設備運行狀態、控制等信號和命令通過智能終端轉換成數字化信號。

3.2 網絡結構

過程層網絡按照電壓等級分別組網。雙重化配置的保護及安全自動裝置應分別接入不同的過程層網絡；單套配置的保護及安全自動裝置、測控裝置宜同時接入兩套不同的過程層網絡，并采用相互獨立的數據接口控制器。220kV 及以上變電站站控層、間隔層網絡采用雙重化星形以太網絡，110kV 變電站站控層、間隔層網絡采用單星形以太網絡?？傊?，依據不同電壓等級和電氣一次主接線配置不同的網絡形式，有雙星形、單星形、點對點等。鑒于對變電站運行維護及網絡安全方面的考慮，智能變電站在兼顧網絡跳閘方式的同時仍保留直采直跳的方式，尤其對高電壓等級、聯網運行的變電站。

3.3 二次設備的配置原則

站控層設備的配置，以220kV 變電站為例，主機按照雙套配置，對于無人值班變電站主機可兼操作員工作站和工程師站。保護及故障信息子站應與變電站系統共享信息采集，不獨立配置。遠動通信裝置也雙套配置。①隔層設備測控裝置獨立配置時，應單套配置，220kV 電壓等級若采用繼電保護就地安裝時，采用保護測控一體化裝置，110kV 及以下電壓等級推薦采用保護測控一體化裝置。對于繼電保護裝置的配置與常規變電站配置原則一致，220kV 及以上電壓等級按照雙重化原則配置。故障錄波及網絡分析記錄裝置，對于220kV 變電站按照電壓等級分別配置，主變壓器單獨配置。110kV 及以下變電站統一配置。66kV 及以上獨立配置電能計量表計，計費關口滿足相應規程規范要求。設置網絡打印機，通過變電站二次系統的工程師站打印全站各裝置的保護告警、事件、波形等數據，取消裝置屏上的打印機。②程層設備的配置原則，220kV-750kV 除母線外，智能終端宜冗余配置。66kV 及以下配電裝置采用開關柜布置時不配置智能終端。110kV 及以上主變壓器本體配置單套的智能終端。智能終端分散布置于配電裝置場地智能組件柜內。合并單元配置原則：220kV 及以上電壓等級各間隔冗余配置，110kV 及以下電壓等級各間隔單套配置，雙重化保護的主變各側冗余配置，同一間隔內電壓互感器和電流互感器合用一個合并單元。③絡通信設備配置原則：220kV及以上電壓等級變電站的站控層網絡交換機冗余配置，每臺交換機端口數量應滿足實際工程需要。一般采用100M 電口，站控層交換機之間級聯端口采用1000M 端口。當交換機處于同一建筑物內且距離較短時采用電口連接，否則需采用光口互聯。間隔層網絡交換機按照設備室或電壓等級來配置，交換機端口數量滿足工程規模要求。過程層交換機按照間隔配置，每臺交換機的光纖接入數量不超過16 對，任兩臺智能電子設備之間的數據傳輸路由不超過4 個交換機。對于規模較大的變電站，其間隔層和過程層需配置大量的交換機，與常規變電站在配置上的主要差別也在于此，采用網絡方式，就多了交換機這一環節，當交換機出現故障，可能引發多個間隔的保護拒動，近而造成大的事故發生。因此交換機的可靠性是智能變電站安全穩定運行的關鍵。

結語

在實現智能電網的建設過程中，智能變電站建設始終是智能電網建設的核心問題之一。為了實現智能變電站在智能電網中的支撐作用，要求對當前變電站二次系統的架構體系不斷進行升級與改進，發揮智能變電站的高度集成、兼容、互動、協同功能。本文從保護、計量及通信等方面，對智能變電站二次系統的配置方案及其設計與實現進行了有益的探討。應該指出的是，隨著科技的不斷進步和裝備制造水平的不斷提高，智能變電站的一次、二次系統必將融為一體。

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