新一代智能變電站二次設備集成研究

魯春華,肖凡

(三峽大學電氣與新能源學院,湖北　宜昌　443002)

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新一代智能變電站二次設備集成研究

魯春華,肖凡

(三峽大學電氣與新能源學院,湖北宜昌443002)

在新一代智能變電站的發展進程中，設備集成是非常重要且備受關注的一個課題。避開已經較為成熟的集成裝置，轉而探討還有發展空間或者具有重要意義的整合方案，例如故障錄波與網絡分析一體化裝置，一體化信息平臺和站用直流系統整合。這為后續的深入研究提供了新思路和全新視角，對于實際工程試點應用也起到一定的指導作用。

新一代智能變電站；集成；一體化信息平臺

1　引言

我國2012年初提出發展“占地少，造價省，效率高”的新一代智能變電站，而設備的集成恰好是減少占地面積節約建設成本的重要途徑。所以在保障電網安全運行可靠的前提下，將成熟的技術、功能進行集成不僅是一種經濟行為，更是一種產業發展需求。

目前，合并單元與智能終端的集成裝置已經比較成熟，在市場應用和運行經驗方面已有一定積累，合智一體化也將作為新一代智能變電站的標準配置，這為二次系統集成提供了基礎；保護測控一體化裝置在110kV及以下電壓等級的應用也已較普遍，硬件技術和運行維護不再是障礙，但在220kV及以上電壓等級的應用仍受限于雙保護單測控的經典模式[1]。本文中不再贅述較成熟的集成裝置，將從功能技術和經濟性方面探討其他可能的集成裝置。

2　故障錄波與網絡分析整合裝置

故障錄波裝置和網絡分析儀的功能單元采集內容一樣，但分析內容卻有較大區別，故障錄波只在故障時才記錄，而網絡記錄分析儀要對系統通信網絡的全過程進行報文接收、記錄、存儲。所以對上述兩種裝置進行優化整合可共享兩者大部分采集單元，例如電源模塊、數據采集模塊、GPS時間基準模塊、人機接口模塊、數據上傳模塊，而數據處理和存儲功能單元按報文記錄、故障錄波分別設置獨立模塊。其邏輯結構如圖1。盡管從上述角度看這種整合是合理的，但是從故障率和專業管理角度看還是有一些目前沒辦法回避和解決的問題。例如故障錄波裝置磁盤讀寫操作較少，而網絡分析儀卻頻繁磁盤讀寫操作，長期運行下網絡分析儀磁盤故障率比故障錄波的高，此時集成將給故障錄波裝置帶來安全隱患。另外，故障錄波裝置和網絡分析儀數據的管理分別隸屬于保護和自動化兩個部門，從這方面來說集成將會給后續的維護管理帶來一些麻煩和混亂[2]。

圖1　故障錄波及網絡記錄分析一體化裝置邏輯圖

但是目前國內的一些智能變電站已經應用了故障錄波與網絡記錄儀一體化裝置，這種試點應用積累的相關運行維護經驗對未來的智能變電站發展將很有指導意義。這里從表1可以看到某變電站故障錄波及網絡分析儀整合前后配置對比。

由表1可見，整合后減少主變故障錄波裝置2臺，網絡報文記錄儀2臺，節省屏柜3面，其相關的運行維護費用將由于硬件設備的減少而相應減少。

3　一體化信息平臺

就現在的技術發展趨勢而言，未來的一體化信息平臺即是一體化監控平臺和保信子站、智能輔助系統、狀態監測系統之間的整合，從而實現全景數據監測。

目前一體化監控平臺的技術現狀是：明確提出其概念和功能，但在實際工程中受制于技術和管理尤其是安全分區管理方面的因素。值得期待的是國網自動化處關于二次安全分區的原則已經在制定中，這對后續的工程具有重要的指導意義：通過二次安全分區的調整，將智能輔助系統信息和站內狀態監測系統信息進行升區處理來使一體化監控平臺整合相關系統實現全景數據監測。按照應用類別一體化監控平臺應用功能可分為5類：運行監視類應用、操作與控制類應用、信息綜合分析與智能告警類應用、運行管理類應用、輔助應用[3]。圖2表述了系統應用功能框架三個層次即應用類、應用、功能的關系。

表1　故障錄波及網絡分析儀整合前后配置對比

與此同時還可將I區數據通信網關機與圖形網關機整合，原因為圖形網關機和I區通信網關機的采集數據一樣都是SCADA實時數據，并上行均服務于調控中心的I區監控。二者整合不僅降低系統建設成本，還能提高調試效率，且不會影響系統功能。而數據服務器功能則可歸入監控及主機操作員站，由于數據服務器是為保存全站數據而單獨配置的設備，同時監控及主機操作員站匯集了全站信息，因此整合后不僅降低設備投資，還能提高數據處理效率。

4　站用直流系統整合

將通信直流系統與站用直流系統進行整合，取消通信專用蓄電池組，通信設備通過采用雙套DC/DC變換裝置分別從兩段操作直流系統母線取電源。提出這種整合方案的原因如下：

(1) 站用設備和通信設備的供電電壓可保持不變。

(2) 站用直流系統和通信直流系統的蓄電池供電時間是根據故障修復時間而確定的，所以蓄電池供電時間可統一到站用直流系統的蓄電池供電時間。

(3) 直流變換器可采用隔離型高頻開關變換器，此變換器滿足通信電源正極接地要求且對站用直流系統不影響。

(4) 站用設備與通信設備的負荷性質相當接近，都由大規模集成電路構成，對供電質量有相同的要求。

(5) 高頻開關變換器的應用大大提高站用直流系統的供電質量，且減少了其開停對系統的沖擊；另直流變換器輸入容限較寬，動態響應較快，輸出變化較小，對通信設備供電影響非常有限。

圖2　一體化監控平臺應用功能結構示意圖

(6)聯合設置的大容量蓄電池組對站用直流系統穩壓作用更好。

某變電站站用直流電源額定電壓采用110V，通信電源額定電壓-48V。蓄電池容量根據二次設備2小時事故放電時間、通信設備4小時事故放電時間計算。因此該變電站設置了2組隔離型高頻開關DC/DC變換器，且每組DC/DC變換器模塊按N+1配置，而模塊容量的選擇充分考慮了運行的安全可靠性。2組DC/DC變換器輸入分別引自站用直流系統的不同母線。通信部分則配置2面獨立的通信直流配電屏，用于2段-48V直流母線的配電。

5　結語

本文表述的集成方案從技術層面來說并沒有太大障礙，目前存在的困難更多體現在集成裝置給變電站的運行、管理與維護方面帶來的影響，而這也是非常重要且無法回避的關鍵問題，因為這對電網安全運行至關重要。也正是因為目前的管理模式滯后于技術的發展，所以本文所述的集成方案并未全面推廣應用，但它依然可為今后的技術發展和設備研發提供參考。

[1]倪益民，楊宇，樊陳，等.智能變電站二次設備集成方案討論[J].電力系統自動化，2014，38(3):194-199.

[2]國家電網公司.智能變電站試點工程評價報告[R].北京：國家電網公司，2011.

[3]樊陳，倪益民，竇仁暉.智能變電站一體化監控系統有關規范解讀[J].電力系統自動化，2012,36(19)：1-5.

Research on the Secondary Equipment Integration of a New Generation of Intelligent Substation

LU Chun-hua,XIAO Fan

(School of Electrical and New Energy,Sanxia University,Yichang 443002,China)

In the development process of the new generation intelligent substation,adevice integrtion is an important and concerned issue.The paper discusses the developing or significant integration schemes while avoiding more mature integrated device,for example,the integration of a fault-wave recorder and network anaiysis,integrated information platform and integrated station DC system.This provides a new perspect idea for in-depth study and plays a role in guiding application for practical pilot project.

new generation intelligent station;integration;integrated information platform

1004-289X(2016)01-0072-03

TM63

B

2015-05-10

魯春華(1990-)，女，研究生，電力電子與電力傳動；

肖凡(1990-)女，研究生，電氣工程。