智能變電站過程層二次設備調試技術研究進展

李少華等

【摘 要】智能變電站調試是智能變電站建設的重要內容，與傳統(tǒng)變電站相比，智能變電站調試技術更復雜、更抽象。三層兩網(wǎng)結構中的過程層是智能變電站二次系統(tǒng)中最基礎的部分，其調試效率也對二次系統(tǒng)的整體調試效率有著決定性作用。從過程層二次設備自身功能特點入手，分別對一次設備在線監(jiān)測系統(tǒng)、智能終端、互感器與合并單元系統(tǒng)的調試步驟和調試要點進行分析總結，并對當前智能變電站過程層二次設備調試存在的突出問題提出了改進建議。

【關鍵詞】智能變電站；過程層；在線監(jiān)測系統(tǒng)；智能終端；合并單元

【Abstract】The debugging is an important part of smart substation construction， Compared with the traditional substation， the secondary system of the smart substation debugging technology is more complex， more abstract. The process layer of the network structure is the basic part then the debugging efficiency of it has a decisive role on the secondary system debugging. This paper obtains from the process layer functions with the device itself， respectively analyzed the debugging steps and debugging points of the on-line monitoring system、smart terminal and the transformer merging unit system then it put forward the improvement suggestions.

【Key words】Smart substation； The process layer； The on-line monitoring system； Smart terminal； Merging unit

0 引言

隨著智能電網(wǎng)建設的加速，智能變電站也越來越普及，與傳統(tǒng)數(shù)字式變電站相比，智能變電站具有數(shù)據(jù)互換性好，組網(wǎng)靈活等優(yōu)點。因智能變電站基于IEC61850協(xié)議，實現(xiàn)了電力系統(tǒng)和設備數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一，減少了大量電纜連接，便于設計施工，但是，數(shù)據(jù)以數(shù)字信號形式在光纖組成的網(wǎng)絡間傳輸，與傳統(tǒng)電纜連接相比，直觀性較差，給整個變電站的調試工作帶來一定的困難[1]。目前，國家電網(wǎng)公司新建智能變電站二次系統(tǒng)多采用三層兩網(wǎng)結構，其中，過程層處于變電站二次網(wǎng)絡最底層，在調試過程中，過程層設備調試效果對二次系統(tǒng)整體調試至關重要。因此，需對智能變電站過程層設備調試技術進行研究，采用效率較高的調試方法和手段，有效促進智能變電站的推廣和應用。

1 智能變電站二次系統(tǒng)結構

目前，智能變電站采用三層兩網(wǎng)結構，智能變電站二次系統(tǒng)如圖1所示，主要包括過程層智能一次設備集成的二次設備和上層（間隔層和站控層）二次設備兩大部分。

過程層二次設備主要包含智能一次設備在線監(jiān)測裝置、控制裝置（智能終端）以及信號采集裝置（合并單元）。其中，一次設備在線監(jiān)測裝置，通過采集安裝于一次設備本體的傳感器信號，對一次設備狀態(tài)進行監(jiān)測，并對設備狀態(tài)進行判斷。以高壓開關為例，目前，在線監(jiān)測主要實現(xiàn)斷路器分合閘時間、行程、分合閘線圈電流大小以及SF6氣室內部氣體密度、微水等狀態(tài)信息的監(jiān)測。控制裝置實現(xiàn)對一次設備的網(wǎng)絡化控制，例如，斷路器智能終端設備能夠接收保護裝置、測控裝置的分合閘命令，并在短時間內實現(xiàn)斷路器的分合閘操作。信號采集裝置，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)實時信號的采集與轉換，例如，電子式電流互感器采集電力系統(tǒng)實時電流就地數(shù)字化處理后將數(shù)據(jù)傳給合并單元，合并單元完成電流信號的同步，并安裝IEC61850協(xié)議要求，傳輸給繼電保護裝置和測控裝置以及其它二次設備。

間隔層二次設備主要包含繼電保護設備、測控裝置等。繼電保護裝置通過接收合并單元的電流、電壓信號，實時計算，在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，及時發(fā)出分合閘命令信號，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的保護。測控裝置完成二次系統(tǒng)的測控功能。

站控層是智能變電站自動化系統(tǒng)的后臺，其二次設備主要包含有監(jiān)控后臺、遠動裝置、保護信息子站以及在線監(jiān)測主站系統(tǒng)等[2]。

2 智能變電站過程層二次設備調試

2.1 一次設備在線監(jiān)測裝置調試

第一，傳感器調試，傳感器是將監(jiān)測量的變化轉換為電量的裝置，應用于電力系統(tǒng)在線監(jiān)測的傳感器在使用前需經(jīng)檢測，檢測項目包括：安全性、氣密性、精確度等。安全性檢測主要是檢測傳感器的絕緣設計是否符合要求，一般有耐壓、雷電沖擊等；氣密性主要是檢測傳感器的安裝結構是否對一次設備本體的氣密性造成影響；精確性主要檢測傳感器的測量準確度是否能夠滿足相關要求。

第二，監(jiān)測IED配置，根據(jù)整站二次設計文件，編輯相關配置文件對監(jiān)測IED與傳感器通信的參數(shù)、監(jiān)測IED在網(wǎng)絡中的通信參數(shù)等進行設置。部分監(jiān)測IED具有數(shù)據(jù)分析等應用功能，還需通過配套的后臺軟件對應用功能進行調試。完成相關配置后，測試其通信功能是否正常。

第三，系統(tǒng)接線及調試

由于被監(jiān)測量較多，相關傳感器的型式也多種多樣，不同的傳感器對應的輸出信號也不相同。常見的4-20mA電流信號、RS-485串行通信等，從傳感器到監(jiān)測IED的接線多用電纜或屏蔽雙絞線。從監(jiān)測IED到站內后臺系統(tǒng)的接線，由于采用以太網(wǎng)技術，多采用光纖進行連接。

系統(tǒng)調試時，采用分層調試的方法。

首先，確認各傳感器的輸出信號是否正常；

其次，連接好傳感器與監(jiān)測IED的接線，依次給傳感器和監(jiān)測IED供電，通過監(jiān)測IED讀取傳感器數(shù)據(jù)，如果能夠正常讀取，則接線正確，如果讀取數(shù)據(jù)時出現(xiàn)異常，則分析原因并解決知道監(jiān)測IED能夠正確讀取其連接的所有傳感器數(shù)據(jù)，則該部分調試完成；

最后，待監(jiān)測IED與傳感器調試完成后，連接監(jiān)測IED與站內監(jiān)測服務器，檢測通信是否正常，如果正常則接線調試完成，如果不正常，檢查接線，重新調試。

2.2 智能終端調試

在完成智能終端的配置文件下載后，其調試重點是分合閘命令執(zhí)行的實時性。因此，其調試主要是進行動作時間的測試和位置信號傳送測試。

按照圖2所示，連接智能終端和數(shù)字繼電保護測試儀，由測試儀發(fā)送出一組網(wǎng)絡分、合閘命令，同時，測試儀接收智能終端發(fā)出的分、合閘的觸點狀態(tài)信息，記錄報文發(fā)送與硬觸點輸入的時間差，該時間差需滿足標準規(guī)定的要求。

位置信號傳送測試，通過數(shù)字繼電保護測試儀硬接線分別給智能終端輸出相應的分、合信號，并且接收智能終端所發(fā)出的GOOSE報文，解析相應的虛端子信息，觀察其狀態(tài)與實端子狀態(tài)是否一致。

2.3 電子式互感器與合并單元調試

近年來，隨著智能電網(wǎng)建設的推進，電子式互感器逐漸開始應用，與傳統(tǒng)互感器相比，電子式互感器有較好的抗飽和性能，是未來互感器發(fā)展的方向。在智能變電站工程中，電子式互感器與合并單元配套使用，組成一個系統(tǒng)，對系統(tǒng)的電壓、電流進行實時測量，并將測量數(shù)據(jù)提供給保護、測控、計量等。在調試過程中，一般把二者分開單獨調試，待單個系統(tǒng)調試完成后，再進行總體調試。

電子式互感器的調試內容包含：互感器基本功能調試、回路檢測、互感器穩(wěn)定性檢測以及電壓、電流信號同步性檢測與調試等。合并單元需要調試的內容包含：發(fā)送的SV報文檢測、失步再同步性能檢測以及電壓合并單元的電壓切換/并列功能的檢測與調試。

3 智能變電站過程層二次系統(tǒng)調試存在的問題及展望

3.1 問題及建議

智能變電站二次系統(tǒng)與傳統(tǒng)變電站二次系統(tǒng)相比，在連線上，由原來的電纜連接變?yōu)楣饫w連接，且整個系統(tǒng)運行更依賴于IEC61850協(xié)議，因此在調試過程中，依然存在一定的問題。主要有以下三個方面：

第一，IEC61850協(xié)議的細節(jié)方面有待完善。雖然該協(xié)議對變電站信息進行了統(tǒng)一規(guī)范，但是，在實際工程中，由于各個廠家對協(xié)議的理解不同，在細節(jié)上有一些差別，這樣，在二次系統(tǒng)調試過程中，不同廠家裝置之間的互聯(lián)就存在一定的障礙，給整個系統(tǒng)的調試帶來一定的困難。因此，今后還需要根據(jù)智能變電站實際情況，針對IEC61850協(xié)議自身的特點對其進行進一步完善。

第二，裝置單臺數(shù)量較多，且功能分散，不利于組網(wǎng)調試。雖然智能變電站實現(xiàn)了二次設備功能模塊化設計，但是，由于各個功能模塊分散在不同的單臺物理裝置上，各臺裝置間信息互聯(lián)共享性較差。從技術角度分析，目前，單個間隔的二次設備功能可以整合到單臺物理裝置內，例如，可在現(xiàn)有合并單元裝置內整合一次設備狀態(tài)監(jiān)測功能，從而簡化工程設計，方便調試運行。

第三，傳感裝置與信息處理裝置間通信協(xié)議不一致。例如，氣體狀態(tài)傳感器與狀態(tài)監(jiān)測IED通信，普遍采用RS-485方式，但是，各家協(xié)議細節(jié)有差別，給工程應用帶來一定困難。再例如，電子式互感器與合并單元間的通信協(xié)議，目前也沒有實現(xiàn)統(tǒng)一，這些都需要有統(tǒng)一的規(guī)范，便于智能變電站調試。

3.2 發(fā)展趨勢

隨著智能變電站建設的加快，對過程層二次設備調試效率要求越來越高。目前，過程層設備調試的發(fā)展方向是：集成化、網(wǎng)絡化、可視化。采用一體化設計的集成調試平臺，通過生動直觀的可視化界面一次完成所有設備的設置、調試及驗證工作，將大大提高過程層設備調試效率。

4 結語

智能變電站過程層二次設備是智能變電站調試的基礎和重點，目前，采用分系統(tǒng)調試的方法分別對一次設備在線監(jiān)測系統(tǒng)、智能終端、電子式互感器與合并單元系統(tǒng)進行調試。隨著技術的進步，未來過程層設備調試將向集成化、網(wǎng)絡化、可視化方向發(fā)展。

【參考文獻】

[1]鄭玉平.智能變電站二次設備與技術[M].中國電力出版社，2014.

[2]王天鍔，潘麗麗.智能變電站二次系統(tǒng)調試技術[M].中國電力出版社，2013.

[3]黃新波，等.變電設備在線監(jiān)測與故障診斷[M].2版.中國電力出版社，2013.

[4]何建軍.智能變電站系統(tǒng)測試技術[M].中國電力出版社，2013.

[5]曹團結，黃國方.智能變電站繼電保護技術與應用[M].中國電力出版社，2013.

[6]羅承沐，張貴新，等.電子式互感器與數(shù)字化變電站[M].中國電力出版社，2012.

[責任編輯：湯靜]