220kV智能變電站二次系統的設計

摘要：根據我國電網公司對于智能電網的發展展望，智能變電站已經成為電網建設的重點。其中220kV智能變電站的二次系統的設計工作尤為重要，本文對220kV智能變電站二次系統的設計問題、結構和優化方案進行了分析和探討。

關鍵詞：220kV智能變電站；二次系統；設計

一、概述智能變電站二次系統設計中的問題

根據我國電網公司對于智能電網的發展展望，智能變電站已經成為電網建設的重點。二次系統的設計中涉及到眾多一次設備和二次設備，承擔著發電、配電和輸電這些重要工作，對整個電網的正常運營具有重要影響。我國現階段運營的智能變電站在二次系統的設計中存在不少子系統，對于維護變電站和電網的順利運行并不可靠，其主要問題有：

第一，各級子系統間因為分屬于不同專業而被單獨設立，為主站進行數據計算增加了難度；

第二，傳統的設計方案中，站控層設備比較冗雜，間隔層與過程層中的設備沒有進行整合，具有優化空間；

第三，傳統的二次系統設計不能適應數字化測控體系的要求。

針對這些問題，220kV智能變電站的二次系統設計應當以自動化技術和信息化技術作為基礎，構建更加高效、靈活的設備結構，適應智能電網時代的發電、配電和輸電的需求，并保障電網的可靠性，兼顧靈活性和安全性。

二、智能變電站二次系統的常規設計流程

（一）繪制SV與GOOSE 信息流圖

在對設備類型、保護測控原理、自動化目標、間隔設計進行過分析研究之后，著手繪制SV和GOOSE 信息流圖，將設備之間的邏輯關系表現在兩份信息流圖紙上。其中，SV信息流圖與傳統的保護原理圖、電流和電壓回路圖的主要功能類似，能表達出電流數據流和電壓數據流之間的連接關系；GOOSE 信息流圖集中體現了信息傳輸和設備控制的邏輯原理。

SV和GOOSE 信息流圖的繪制涵蓋了信息流向、信息傳輸回路兩個部分的內容。信息流向能表現出SV 和 GOOSE信息所采用的傳輸路徑，展現出該設計是否使用了交換機，明確了信息流向。信息傳輸回路能表現出不同的信息集編號所對應的不同發送方與接收方，以及各個信息集編號代表的信息。這兩者組成了完整的信息流圖，能夠充分表達該設計中運用的保護測控原理、信號自動化和閉鎖自動化信息，更明確地展現出信息傳輸的具體路徑。

（二）繪制信息邏輯表

由設備制造廠商提供ICD文件，通過智能站設計系統軟件繪制出相應設備的光纜接線圖與虛端子圖，繪制 SV和GOOSE信息邏輯表，實現數據模型的配置，并為變電站工程提供表格和數據作為依據。

在SV和GOOSE 信息流圖的基礎上，必須結合虛端子圖才能構建數據模型，表現裝置開入、開出時的具體虛端子關聯情況，SV和GOOSE 信息邏輯配置表的功能就是將方案中涉及到的各項輸入、輸出信號之間的連接關系表現出來。

在繪制SV和GOOSE 信息邏輯配置表時，需要根據常規二次回路設計中對于模擬量和開關量的開入、開關量的開出實施的分類，采用表格的方式將智能設備間的虛端子關聯情況表達出來。在這個表格中，需要羅列如下幾種名目：信息內容與集編號，起點設備的名稱、虛端子號和數據屬性，終點設備的名稱、虛端子號和數據屬性。

（三）繪制SV和GOOSE裝置光纜配置圖

繪制SV和GOOSE裝置光纜配置圖，是為了促進施工過程中正確完成光纜接線的工作。這份圖紙是對二次設備間的光纜連接進行集中反映，表現出該設計中應當采用何種接口連接方案、光纜類型。根據該設計的網絡方案、SV和GOOSE 信息流圖、接口配置，確定光纜的類型、走向，對光纜實施配線，構建光配單元，繪制對應的光纜配置圖。

常規設計方案廣泛應用于常規變電站的二次系統設計，具有一定的經驗優勢，但也存在較多弊端，對于廠商和設計院的依賴較為嚴重，人為的信息輸入還會造成圖紙誤差，因此有必要優化設計方案，加快智能變電站的信息化和網絡化進程。

三、變電站二次系統的優化設計方案

（一）三層一網網絡集成方案

三層一網從本質上來說，是一種網絡集成方案，指的是優化站控層與過程層的網絡，并進行整合，從而達到共網使用SV、GOOSE和MMS的目標。這種網絡集成方式對于信息化技術的要求較高，卻并非粗糙地將站控層與過程層合并起來，而是在保障網絡信息數據傳輸安全、可靠的基礎上，通過專門的交換機滿足更多的數據傳輸要求：每當交換機或單個設備出現問題時，能夠及時抑制錯誤報文，有效避免單個數據服務設備出錯導致所有數據服務失常，進而提高網絡數據傳輸的安全性和可靠性。這也就是說，三層一網能夠保障智能變電站的網絡系統不會因為某一個數據服務設備的故障而整體癱瘓。

構建三層一網的過程中，對于原本的保護測控設備、變電器高低側的合并單元、智能終端都沒有要求，這些設備不需要更換，它們完全可以依照既定要求繼續運行；只對交換機的設置提出了新的要求，一是交換機的數量會減少，二是需要更換站控層的交換機及其配置，使用具備光纖接口的設備。

三層一網網絡集成方式能夠符合220kV智能變電站的發展需求，因此值得研究，但因為這種方案對于通信設備也就是專門的交換機的要求較高，需要在研究出可靠性更高的交換機后進一步推廣。

（二）過程層優化方案

對于220kV智能變電站的二次系統，可以根據我國關于智能變電站集成技術要求的批文內容，利用集成裝置對110kV部分的間隔層和過程層設備實施優化，將保護和測控裝置合一，智能終端和合并單元合一，并將裝置都分散下放安裝在GIS智能控制柜內，采用SV和GOOSE信息的共口傳輸方式，這樣不僅節約了屏柜位置，也節約了電纜及光纜數量。

110 kV過程層有四種組網方式，在SV不組網、SV和G00SE不共口進行傳輸的情況下，需要用到的尾纜最多，最多達到40根；如果選擇其他的組網方式，間隔裝置可以共用一根尾纜的情況下，需要用到的尾纜數量較少，不多于34根。

（三）220kV主變過程層優化方案

220kV智能變電站采用內橋接線的方式，220kV進線和主變均為2回，其主變過程層的網絡優化方案主要有三種：

第一，在主變過程層設立專門的交換機，并設立220kV中心交換機。

第二，220kV與主變分別進行獨立組網，根據此種配置在過程層調整交換機的數量。

第三，主變不設立專門的交換機，需要根據電壓等級設立交換機。

結束語

由于智能變電站的二次回路能夠被網絡化技術所優化，因此傳統設計方案勢必不能適用于智能變電站的發展需求，對于二次設備的優化也沒有太大的促進作用。因此，我們應該通過網絡化技術的深入研究，應用諸如三層一網網絡集成方案這樣的設計方案，推動智能變電站的二次系統的信息化和網絡化進程。

參考文獻：

[1]婁悅，秦華，孫純軍.220kV西涇智能變電站二次系統的設計[J].華東電力，2011，05：732-736.

[2]李昊炅.智能變電站二次系統優化及應用研究[D].華北電力大學（北京），2011.

[3]楊然靜，劉滿圓，金文博.新一代220kV智能變電站二次設備優化集成方案[J].電氣應用，2013，S1：522-529.