220kV變電站智能化改造中二次系統的研究

摘要：本文針對目前我國變電站智能化發展的現狀，對于22OkV 變電站的智能化改造方式進行了分析和探究。根據我國《智能變電站技術導則》和《110（66）kV～220kV 智能化變電站設計規范》，Q/GDW 414 《變電站智能化改造技術規范》，Q/GDW 641《220千伏變電站智能化改造工程標準化設計規范》的相關規定，于其二次系統的具體設計和改造方案提出了相關見解。

關鍵詞：220kV 變電站；智能化改造；二次系統設計；研究

一、變電站實例工程項目背景概述

本文以江蘇無錫220kV膠山變電站的智能化改造為實例，對其二次系統的智能化改造設計進行了分析與研究。220kV膠山變電站的具體情況如下：一次設備主要為220kV、110kV和35kV設備。建設規模是2×180000kVA。220kV線路5回，雙母線帶旁接線方式，專旁專母；110kV線路10回，雙母線帶旁接線方式，專旁專母；35kV線路7回，電容器4組，雙母線帶旁接線方式，專旁專母。

該變電站是一個自動化變電站，無人值班，微機綜合性自動化性能較好，安全性和可靠性較高，全站設備的遠動通訊和四遙功能都能順利實現，使用雙以太網的通訊方式。

二、變電站二次系統的智能化改造的目標

首先，在本次的智能化改造過程中，完成一次設備的智能化進程；利用網絡監測裝置，實現一次設備的信息智能化，并將其收集的信息輸送到信息一體化平臺，構建變電站監測系統；對于一次設備收集的重要數據和信息進行實時監測，

為電網設備的管理系統提供信息支持。

其次，對二次系統的主要結構進行精簡，推動重要數據和信息實時傳送進程。

第三，根據IEC61850標準，保證變電站信息交換的標準化，實現設備系統的集成化，保障控制和運行的自動化。

第四，在變電站智能化改造的過程中，充分利用先進的技術，提高二次系統架構的合理性、實用性，采用新手段和新技術，降低投資的成本，保障變電站的經濟效益。

三、變電站二次系統的智能化改造的具體方案

220kV膠山變電站進行智能化改造，改造后基本達到智能化改造目標。

首先，在本次智能化改造過程中，對主變設備完成智能化改造。本工程每臺主變壓器加裝1套油色譜在線監測裝置。主變狀態監測智能控制柜就地布置于戶外變壓器場地，主變狀態監測后臺機柜安裝在控制室內。該系統實現主變絕緣狀態信息實時輸送到信息一體化平臺的功能。

其次，二次系統的設計和裝置的變化主要體現在這樣幾個方面：實現繼電保護裝置與安全自動系統的智能化；實現對時系統與遠動通信裝置的智能化；實現五防系統與電能計量裝置的智能化；實現全站電源裝置的智能化。

（一）智能化二次系統的基礎架構

目前，我國智能化變電站構建自動化系統的主要組網方式如下表所示：

智能化變電站自動化系統的組網方案

序號站控層/隔層網絡過程層網絡對時系統

1總線SV點對點+GOOSE總線B 碼或秒脈沖

2總線SV總線+GOOSE總線B 碼或秒脈沖

3總線SV與GOOSE 總線統一組網IEEE1588

4站控層與過程層統一總線IEEE1588

根據《導則》和《規范》的規定，對于以上方案進行討論研究，目前比較明確的設計方案是基于表格中前三種方案，實施“保護直采直跳”。在220kV膠山變電站的二次系統智能化改造中，提出如下的自動化系統組網方案：站控層和間隔層采用MMS雙網方式，采用IEC61850標準通信標準，過程層設備不做新增。

（二）針對性的智能化改造措施

第一，繼電保護裝置與安全自動系統的智能化。

因為繼電保護裝置處在變電站的間隔層內，所以對它進行智能化改造時應當考慮到與間隔層銜接的過程層。目前可采用的改造方案有四種，分別是：電纜直接跳閘模式、光纖通信跳閘模式、跳閘光纖化模式以及合并單元數字化模式。變電站改造工程中，應結合設備運行狀態，有效利用原有的互感器、斷路器，節省投資成本并降低工程量。根據220kV膠山變電站一次設備的結構，改造方式采用電纜直接跳閘模式。本期改造中部分原有繼電保護裝置需要保留使用，作為間隔層設備，需要進行裝置通信插件升級改造，采用IEC61850標準通信口，實現對站控層通信。對改造中需要更換的繼電保護測控裝置采用微機型保護測控裝置，配置IEC61850標準通信口。

在安全自動系統的智能化改造上，因為也具有采集數據的需求，所以也應當考慮過程層的智能化改造情況。例如錄波設備的智能化改造，在繼電保護裝置選擇了第一種改造方案的情況下，錄波設備不能夠使用GOOSE網和SV網分別獲取狀態信息和電量信息。但是因為保留原有電纜接線，僅需對其通信插件升級，滿足IEC61850標準的要求，既滿足技術要求又節省投資成本并降低工程量。

第二，對時系統與遠動通信裝置的智能化。

由于本文舉例說明的220kV膠山變電站自動化系統遵循IEC60870-5-104規約，因此在遠動通信裝置的智能化過程中，應遵照這一方案：在自動化系統支持104規約的前提下，不管對上或對下，遠動通信裝置都應嚴格執行IEC61850規約，以便自動化系統能夠利用規約轉換器在104規約與IEC61850規約之間順利實現轉換。

為了滿足220kV膠山變電站各個設備的對時需求，配備兩套時鐘源，利用對時擴展裝置，輸送符合SNT和IEC61588標準的各種時間信號，并設置北斗授時系統，提高GPS的安全性，進而構建一套時間同步系統。如此一來，變電站的間隔層與站控層的設備都能夠在SNTP協議的基礎上實現對時，間隔層設備實現B碼對時。

第三，五防系統與電能計量裝置的智能化。

五防系統的智能化是通過構建微機五防一體化、程序化系統來實現，即把日常管理、實時監控系統、工程師站、故障信息系統與五防系統結合成一體，它們之間具有獨立的邏輯關系，卻能夠實現各個結構之間的數據共享。這種優化方式的好處在于能夠降低投資成本，也精簡了數據共享的設備。220kV膠山變電站改造中220kV、110kV部分采用“計算機監控系統的邏輯閉鎖+本設備間隔電氣閉鎖”方式予以改造；35kV部分為間隔式設備，本次改造仍然利用獨立微機五防系統，獨立微機五防系統升級以滿足IEC61850標準，與站控層網絡實現數據交互。

電能計量裝置的智能化可以通過數字化方式實現，即用電子式互感器和合并單元取代傳統互感器，并采用數字式電能表來取代傳統的電能計量表，通過SV網實現對電壓電流信息的獲取。因為數字式電能表符合IEC61850標準，所以直接使用站總線將數據信息輸送到變電站。在220kV膠山變電站改造中未采用這一方案，而是保留原有電纜接線。僅通過配置具有IEC61850標準通信接口的電量采集終端服務器，實現與站控層網絡實現數據交互。

第四，全站電源裝置的智能化。

因為在220kV膠山變電站的智能化改造中，我們更換了原本的繼電保護裝置、安全自動系統，及其通信板卡，使其符合IEC61850標準。基于以上原則，我們采用更換一體化電源系統的方式對原有的全站交直流、UPS及通信電源裝置進行智能化改造。使其達到配置、監控、設計三方面的一體化要求，其運行工況和信息數據通過一體化監控單元展示并通過DL/T 860（IEC61850）標準數據格式接入自動化系統，實現電源系統的優化整合。

結束語

總而言之，22OkV 變電站的智能化改造應當綜合多方因素，結合變電站自身的智能化需求，進行二次系統設計，使其符合國家相關標準規約，提高變電站在電網數據傳輸方面的效率。

參考文獻：

[1]樊亞玲.榆林110kV變電站智能化改造中二次系統的研究[D].華北電力大學，2014.

[2]謝志杰.某110kV變電站智能化改造的研究[D].華僑大學，2013.

[3]劉長亮.虹橋變電站智能化改造中的二次設計與驗收[D].華北電力大學，2013.