淺談智能變電站二次設備集成優化

鄭琴秀

（福建省莆田供電公司，福建 莆田 351100）

0 概述

隨著智能化變電站技術的發展以及IEC61850協議的不斷推廣，智能化變電站的建設已由理論研究階段邁進了工程實踐階段，同時提供了二次設備及相關功能進一步整合的技術基礎，本文通過對智能站的分析，提出了智能變電站二次設備優化整合的具體實施方案。

1 智能變電站二次設備優化整合的必要性

智能變電站是智能電網的重要組成部分，設備信息數字化、功能集成化、結構緊湊化是智能站的重要特征。但目前存在二次設備功能重復配置，造成投資浪費、增加運行維護工作量，因此對二次設備進行相同功能、相同設備的整合是十分必要的，可極大提高變電站運行管理水平、減少二次功能房間面積、減少運行維護工作量、降低全壽命周期成本，大大推進智能電網和智能變電站的建設。

2 智能化變電站二次設備優化整合方案

智能變電站與常規變電站最大的區別是改造了整個變電站的架構和建設模式，基于IEC61850標準的智能化變電站統一數據通信網絡構架為二次系統優化整合提供技術支撐，可避免信息重復采樣，達到信息共享，節約二次系統造價和運行成本，提高電力系統可用率和電網自動化水平。

2.1 110kV保護測控計量一體化的優化整合

智能變電站間隔層設備由保護裝置、測控裝置、計量、PMU等設備構成，完成對過程層設備實時運行電氣量的采集，并進行處理、分析后，將信息上送至站控層；同時也將站控層的相關控制命令下發至過程層設備進行執行。

目前智能變電站內35kV及以下的保護測控計量一體化裝置已經被大面積使用，保護測控計量集成裝置的出現，大大節省了設備數量、屏位空間和二次光纜，同時可顯著簡化智能變電站二次設備構架，是今后智能變電站二次配置的主流發展方向。考慮到110kV線路不存在結算關口計量點，故可參照35kV模式。110kV線路間隔采用保護測控計量集成裝置，不再配置獨立的電度表。采用就地下放布置時，可以節省智能控制柜的空間占用，同時緩解大量設備集中在就地智能控制柜所帶來的安全性問題。

國內主流二次設備廠家保護測控計量一體化裝置的保護、測控、計量均分別采用獨立的插件及獨立的CPU單元，除輸入輸出采用同一接口，共用電源插件外，其余保護插件、測控插件、計量插件、錄波插件均完全獨立，保護功能、原理均不改變，因此對保護的速動性、可靠性并無影響。

2．2 智能終端和合并單元的優化整合

智能變電站的過程層設備由合并單元、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、控制命令的執行智能終端主要完成斷路器、隔離刀閘的位置和狀態信號等數據采集與轉發，并完成測控、保護單元經GOOSE網絡下發的分、合閘命令。合并單元用以對來自二次轉換器的電流和電壓數據進行時間相關組合的物理單元。合并單元可以是互感器的一個組件，也可以是一個分立單元。兩者均能實現點對點和網絡傳輸方式。

目前國內現階段智能化變電站往往將智能終端單元、合并單元單獨配置，并就近安裝在配電裝置內的智能控制柜內。在110kV及以下電壓等級的變電站中，由于采用單套配置原則，在智能控制柜的空間安裝問題還不是很突出。但在220kV及以上電壓等級的變電站中，由于采用雙重化配置原則，即2套獨立的合并單元和2套獨立的智能終端，1個智能控制柜中要安放4個單元設備，這還不包括將來可能加入的開關在線監測等設備，就會使高電壓等級變電站智能控制柜的使用空間較為緊張，如果把雙重化配置的設備安放在兩個獨立的智能控制柜中，這無疑更增加了占地和變電站建設的成本。

目前有多個廠家已生產出合格的合并單元和智能終端一體化裝置。合并單元和智能終端一體化裝置一般采用雙CPU的實現方式，通用平臺化的插件和靈活的組合，可以滿足不同電壓等級智能變電站的需求。合并單元和智能終端一體化裝置采用功能獨立的兩塊CPU，CPU選用實時性處理能力強大的PowerPC和FPGA。兩塊CPU中，一塊用于智能終端的處理，一塊用于合并單元的處理，功能獨立的設計可以有效防止當采樣環節CPU故障導致該間隔主保護退出時，跨間隔保護對該間隔的故障切除，保證智能終端的優先可靠性。

綜上所述，除主變外，線路間隔采用合并單元、智能終端一體化裝置從技術上是完全可行的，是符合智能變電站“節約環保、功能集成、配置優化”的建設要求。

2．3 合并單元智能終端一體化裝置采用SV/GOOSE共網共口

合并單元和智能終端一體化裝置可靈活適用于的各種組網方案，CPU可以獨立對外進行直采直跳的網絡連接或者組網連接 （GOOSE網絡或者SV網絡）。當網口使用數量大于CPU本板網口數量時，可采用CC插件對網口進行擴展。當采用三網合一的組網方案時，雙CPU之間通過高速總線進行通信。

由于合并單元和智能終端均為過程層設備，分別使用IEC 61850-9-2和GOOSE傳輸數據，雖然協議不同，但都是通過光纖以太網組播發送的方式來傳輸數據，所以物理端口雙方是完全可以復用的，可以實現過程層SV/GOOSE共網共口，該方式可將SV或者GOOSE單獨發送的光口數量減少一半，同時可有效減少與之配合的保護裝置管控數量配置 （減少一半），這樣就不但節約大量的硬件資源，也使網絡得以簡化。

3 二次設備優化整合后的優點

（1）二次設備優化整合后，大大的減少二次屏柜、電纜及施工現場工作量，現場施工僅保留少量的電纜及電源接線，施工工作量得到大量簡化，工期大大縮短，可相應減少相關施工人員配置。但同時也要求施工人員具有更全面的專業知識、較高的分析能力。

（2）二次設備優化整合后極大降低了運行維護工作量，應加強對運行維護人員的培訓工作，以適應智能變電站的運行維護工作。

（3）二次設備優化整合后，簡化網絡結構，具有較高的經濟效益，同時也滿足全壽命周期設計可靠性、安全性、可施工性等要求。

4 結論

綜上所述，通過對二次設備功能優化整合后，達到信息共享、節約用電、節約工程造價，智能變電站二次設備優化整合的具體實施方案如下：

1）110kV系統采用保護測控計量一體化裝置。

2）合并單元智能終端一體化裝置。

3）合并單元智能終端一體化裝置采用SV/GOOSE共網共口。