智能變電站二次設備集成方案研究

王 碩

（自貢華能電器有限公司，四川 自貢 643000）

目前，智能變電站二次設備的配置主要采用分層分布式結構，面向間隔，功能獨立。此種模式的運用，可以提高變電站二次設備應用的可靠性，使其良好運行。但因采用分層分布式結構設置的智能變電站設備存在硬件配置重復、全站接線復雜的情況，這使得智能變電站信息共享效果不佳，各個設備難以及時運用信息來合理運行。對此，應當對智能變電站二次設備進行集成整合處理，提升智能變電站的自動化、智能化、先進化、科學化水平。所以，變電站二次設備集成整合處理是非常有意義的。

一、智能變電站二次設備集成的概述

隨著我國經濟、科技的發展，我國電力行業有很大程度的進步。就以變電站來說，從傳統變電站轉化為智能變電站，這使得變電站的運行更加安全、穩定、高效。因為IEC 61850標準在電力系統自動化領域的推廣應用，使得網絡采樣在變電站中得到有效應用，推動了智能變電站發展，也促進了智能變電站二次設備集成裝置。同時，IEC 61850標準的推廣應用，就意味著智能變電站在其影響下向數字化、智能化、網絡化的方向更好的發展。而要想真正促使智能變電站良好發展，就需要以IEC 61850標準為基礎，對智能變電站的二次設備進行集成整合處理，使變電站的二次設備在各種先進技術的支持下，可以更加自動化的、先進化的、合理化的運行，為推動智能變電站良好發展創造條件。所以，在2010年國際電網公司提出“占地少、造價省、效率高”的新一代智能變電站，為促進智能變電站可以安全可靠、運用靈活、運維簡便、節約環保提供保障，在智能變電站二次設備進行集成整合處理方面顯得尤為必要。

二、智能變電站二次設備集成方案研究

伴隨著科學技術的發展，傳統變電站已經轉變為智能變電站，使得變電站運行更加高效、穩定。但因智能變電站還存在一些不足，使其應用存在缺陷。對此，應當規劃設計智能變電站二次設備集成方案，從而對智能變電站二次設備集成整合處理，提高二次設備的應用水平，為使智能變電站可以自動化、先進化、智能化的運行創造條件。對于智能變電站二次設備集成整合，主要是：

（一）過程層設備集成

對智能變電站過程層設備進行集成處理，主要是對過程層設備進行合并單元和智能終端的集成。因為IEC 61850標準推廣應用情況下，過程層設備中的一次設備，如互感器、斷路器等，需要進行數字化處理，促使一次設備所采集的信息可以實現數字化的傳輸。這就使得二次設備的接口必須實現數字化。而將IEC61850標準作為依據，對過程層二次設備進行合并單元和智能終端集成，可以使過程層二次設備無論是接受信息還傳輸信息均實現數字化。在合并單元和智能終端設備應用越來越廣泛的情況下，對過程層二次設備進行合并單元和智能終端的集成，可以使設備的整體性更加穩定，并會在設備運行的情況下考慮同一間隔內其他設備情況，以便高效的完成數據傳輸，為降低設備成本、提高設備運行效率創造條件。對于過程層設備的集成，可以采用兩種方法，其一就是安裝同一個機箱，使設備與機箱有效連接，利用此機箱來對電力設備進行控制和調整，促使電力設備在其硬件上僅有一塊電源板的情況下依舊可以切實有效的應用。其二就是根據過程層設備應用實際情況以及設備運行要求，重新設計設置集成裝置，將電源、人機接口、網絡通信等都納入其中，進而將其與過程層設備進行有效連接，整合對時功能、遙信采集功能，改進合并單元的電壓并列和切換功能，如此可以使過程層設備可以在集成處理的情況下，智能化、數字化、科學化的應用（如圖1所示）。

（二）間隔層設備集成

1 保護測控集成裝置

所謂保護測控集成裝置就是針對110kV及以下電壓等級，主要基于安全可靠的原則，同時考慮現有運行管理方式。在保護測控集成裝置應用越來越成熟的情況下，將其應用于開關柜式10kV、35kV電壓等級的線路間隔上，可以在線路的間隔處安裝，彌補以往保護裝置、測控裝置難以安裝在開關柜上的問題。保證測控集成裝置應用于敞開式開關設備（AIS）方式的110kV線路間隔處，可以有效保護110kV線路，還可以促使此線路創造更多經濟效益。

2 集中式保護裝置

IEC 61850標準的應用推動了網絡采樣技術發展，可以實現全站信息共享，這給母線保護帶來了重大改變。以此為依據，提出的集中式保護裝置可以在網絡采樣的支持下共享全站信息，并利用網絡跳閘來實現多間隔保護電力設備。將集成式保護裝置應用到35kV變電站中，促使集成式保護裝置可以實現間隔性保護，則需要合理設置線路保護插件、主變保護插件等，使集成式保護裝置實時監控和保護電力設備，促使變電站可以安全、穩定、高效的運行。而將集成式保護裝置應用到220kV變電站中，應當采用“直采直跳”的方式來運用裝置。也就是根據220kV變電站的實際情況，利用多間隔的采樣傳輸光纖來設置集成式保護裝置，這可以使集成式保護裝置在220kV變電站中充分發揮作用。

3 集成測控裝置

集成測控裝置與集成保護裝置（集中式保護裝置）類似，主要針對現有變電站保護和測控分開配置存在設備數量大的現狀而提出。由于以往變電站中應用的測控裝置對實時性要求較低，這使得其在應用的過程中難以考慮母線間隔這一問題，這使得測控裝置無法有效的、準確的進行間隔穩態數據的測量，并對其進行有效控制。而集成測控裝置的應用，則可以彌補傳統測控裝置的缺陷。以下就對集成式測控設備的集成進行說明。

（1）3/2接線形式下測控設備集成

3/2接線形式的測控設備的集成，主要目的是解決傳統測控裝置經常斷路、線路受損、高抗配置的問題。對于3/2接線形式下測控設備的集成是每2串或多串的測控設備相互集成，進而對整個變電站的電壓等級進行測控。但具體進行測控設備集成過程中，需要重點解決一個問題，那就是光線端口的寬帶問題。根據IEC 61850對于數據幀的定義，每臺Mu發送的IEc61850—9—2格式的數據幀所用寬帶，需要通過其計算公式來合理計算。計算公式為：

注：Ω表示為寬帶；C1=9.54×10-7；C2=8；τ表示為每周波采樣點數；Nid表示為每幀采樣數據通道數量；ε表示為每個數據幀中除采樣值外的其他數據占用的字節數。

為保證交換機的合理使用及數據幀傳輸的完整性，利用上述公式來計算利用交換機進行數據傳輸，所需要的寬帶值，以此為依據，合理設置測控設備集成的端口寬帶，如此可以實現3/2接線形式的測控設備的有效集成。

（2）66kV及以下電壓等級測控設備集成

由于66kV及以下電壓等級的一次主接線常見于兩種情況。但目前應用比較廣泛的一種是高電壓等級變壓站的低壓側，使66kV的側主線接在測控電壓的母線上，在與變壓器、電容器等無功設備進行連接。為了使66kV及以下電壓等級測控設備可以有效集成，可以安裝每段母線配置情況，將具有各種功能的設備通過統一的母線進行連接（如圖2所示）。需要注意的是母線上設置“直采直跳”的采樣跳閘方式，摒棄了采用獨立的功能插件和CUP單元，如此可以使集成式設備具有整合保護、測量、計量、尋波等多種功能。

（三）站控層設備集成

因為站控層設備主要由監控主機、數據服務器、綜合應用服務器、工程師工作站、PMU數據集中器、計劃管理終端等設備構成。綜合站控層設備應用情況來看，說是對站控層設備集成倒不如是一體化監控系統的構建。因為利用站控層設備來構建一體化監控系統，可以使其有效的梳理和整合變電站的數據流向、應用功能，如此可以使變電站更加高效、穩定、安全的運行。其實，利用站控層設備來組建一體化監控系統，可以減少站控層設備的應用，降低設備應用成本；可以更加智能化地管理變電站，提高變電站的運行水平；可以著眼于未來二次電力設備技術的發展趨勢，不斷維護、優化、創新變電站，促使其充分發揮作用。

結語

在我國智能變電站應用越來越重要的情況下，對智能變電站二次設備進行集成化處理，可以使智能化變電站設備得到創新、優化和調整，進而降低變電站設備成本，提高設備運行效率和質量，為推動智能變電站朝著自動化、先進化、科學化、智能化的方向發展創造條件。總之，對智能變電站的過程層設備集成、間隔層設備集成、站控層設備集成處理，將真正意義上促進智能變電站應用水平的提高。

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