智能變電站二次施工圖設計的標準化技術

秦建松，傅三川，俞永軍，邢 琦

（1.浙江大學電氣工程學院，杭州 310007；2.紹興電力局，浙江 紹興 312000）

IEC 61850標準的應用和智能變電站的建設正在中國電力系統快速發展，但目前尚缺乏基于IEC 61850標準和智能變電站的系統設計、制造、調試、運行和維護的技術標準、技術規范和經驗，需要研究智能變電站一次、二次設備優化整合技術及標準化應用方案，研究智能變電站二次施工圖標準化設計手段，提高智能變電站通用設備集成度，優化一次、二次設備參數及配置，規范設備間接口技術。

1 智能變電站常規組態及二次圖形式

1.1 智能變電站常規組態

IEC 61850配置文件是利用變電站配置描述語言SCL描述變電站設備對象模型后生成的文件，用于在不同制造商的配置工具之間交換配置信息，實現互操作。配置文件是基于IEC 61850標準的數字化變電站實現系統功能的基礎。如圖1所示，SCL基于XML語言，是信息集成的描述工具和轉換工具，專用于變電站IED設備、變電站系統和變電站網絡通信拓撲結構的配置。

圖1 智能變電站SCL配置文件

二次設備廠家根據傳統設計規范設計并提供其裝置的輸入/輸出端子定義（通過在ICD文件中預定義數據集和控制塊、預定義INPUTS實現）；設計院根據該定義以表格或其他方式設計虛端子；系統集成商通過組態工具和設計文件組態形成SCD文件；二次設備廠家使用裝置配置工具和全站統一的SCD文件，提取虛端子配置信息并下發到裝置；調試人員進行測試。智能變電站組態模型如圖2所示，其中：ICD為裝置模板配置文件，SCD為全站系統配置文件，SSD為一次系統配置文件。由于沒有實現圖模轉換，目前幾乎沒有廠家實現SSD文件配置，即不能把SSD導入系統組態工具形成變電站主線圖，導致一次系統配置工作量較大，無法發揮IEC 61850減少調試工作量的優勢。

圖2 智能變電站組態模型

1.2 智能變電站二次施工圖主要形式

智能變電站中二次電纜的設計和連接工作變成了虛端子通信組態和SCD等配置文件下載的工作。通過各試點項目的實踐可以看到，對于每一臺裝置而言，其虛端子輸入/輸出與傳統端子排仍然存在對應的關系。因此，目前各廠家和設計院往往用Excel表格（如圖3）或常規CAD文件（如圖4）描述虛端子。由圖3和圖4可見，Excel表格不夠直觀，常規CAD文件描述不方便，不利于制作和維護管理。

1.3 當前存在問題

（1）現有設計模式無法適應智能變電站技術需求，智能變電站二次虛擬回路設計無規范可循；智能變電站圖紙設計模式無法實現設計和配置的有機結合；設計和配置工作重復，無法保證設計與配置的一致性。

圖3 智能變電站Excel虛端子圖（母差保護）

圖4 智能變電站常規CAD虛端子圖（110 kV線路保護）

（2）智能變電站建設期間系統配置復雜、管理難度大，二次虛擬回路種類多、數量大，缺乏有效管理手段；設計和配置無法實現信息化溝通，SCD文件配置的一致性難以保證；SCD文件配置管理難度大。

（3）智能變電站運行維護缺乏相應規范和有效工具，SCD文件管控不充分，無法融入現有運行管理；SCD文件資料不能貫穿設計、基建、運行階段，資料檢索困難；在智能變電站全生命周期內，SCD文件維護和管理缺乏有效手段。

2 智能變電站二次施工圖標準化技術

智能變電站的工程化流程已經對現階段的變電站自動化系統實施過程提出了挑戰，現有的設計、施工、試驗、維護的方法將不再完全適用，這將涉及到管理模式、思路以及產業配套等問題。

首先要解決設計院由電纜連接的設計圖紙到邏輯連接的電子文檔轉換問題。隨著IEC 61850的工程推廣，相信會出現類似于目前AutoCAD這樣占統治地位的工具軟件，用來解決變電站自動化系統配置以及邏輯接口功能。這樣的軟件應該由專業的第三方來完成，不適合使用系統集成商以及IED制造商提供的私有工具，否則會造成標準不統一等問題。目前，已有二次電力設備制造廠家著手研究SCD可視化配置工具。

2.1 創新智能變電站組態

首先，需要實現SCD文件的可視化編輯和校驗，實現設計和配置的一體化，將SCD文件的XML描述轉為圖形化的CAD文件，便于二次施工圖設計。如果能實現SCD文件的可視化編輯，再利用SVG（伸縮矢量圖形）技術，將有助于SSD一次系統配置文件導入系統，從而提高IEC 61850的應用程度，進一步提升變電站智能化。

若進一步融合，則可以在整個變電站建模過程中取消ICD和SCD等文件，直接以類似于設計二次施工圖的形式進行導入/導出組態，新的施工圖形式要能比較方便地提供電子文檔和紙質文件，這是對IEC 61850的重構，需要增加IEC 61850接口部分的新規范，如圖5所示。

圖5 創新智能變電站組態

2.2 實現新組態需解決的問題

（1）XML語言文件與圖形文件的轉換。此轉換必須是雙向的，圖形文件能直接導入到系統組態中，且能夠逆向導出，以便于設計、施工、制作與校對。

（2）新的二次施工圖形式必須嚴格統一，即此二次施工圖形式應類似于選擇性編輯而非傳統CAD軟件的全畫面圖形編輯。

（3）XMLSpy及 SCL Checker等測試軟件是根據IEC 61850-6的要求對SCD等配置文件進行檢測，新的二次施工圖形式需要有新的測試軟件，且IEC 61850需增加新施工圖形式的接口部分規范。

2.3 二次施工圖標準化技術的優點

（1）智能變電站二次施工圖標準化技術能使現有設計模式逐步適應智能變電站新設計要求，適應過程比較平滑，有利于整個電力系統穩定。新智能變電站組態使得設計和配置有機結合，減少工作重復性，保證設計與配置的一致性。

（2）智能變電站二次施工圖標準化技術提升了智能變電站全壽命周期內的管理水平。新施工圖形式取消了龐大難懂的SCD文件，實現SSD一次系統配置文件導入系統，便于設計、建設、運行、檢修、管理等人員掌握整個變電站信息，從而提高智能變電站的安全性。

（3）智能變電站二次施工圖標準化技術能很好地補充IEC 61850的內容。

（4）智能變電站二次施工圖標準化技術使二次施工圖便于總結、提高，形成較好的智能變電站配置模式，提高了智能變電站的標準化水平。

3 結語

設計工具軟件的逐步完善，可以增加IEC 61850所缺乏的邏輯內容，即增加關于變電站防誤邏輯和程序控制邏輯的模型。智能變電站高效的數據傳輸方法和功能的分布化實現，預示了智能變電站技術必然會有極其光明的發展前景。同樣，智能變電站二次施工圖標準化技術也顯得越來越重要，將會在建設堅強電網、智能電網中發揮積極作用。

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