220kV智能變電站二次系統結構與設備配置

莫阮清

智能變電站的二次系統結構與設備較常規變電站發生了重大的變化。本文分析了220kV智能變電站“三層兩網”的系統結構，闡述了二次系統設備配置基本原則，結合目前二次設計實施中遇到的問題，提出了改進意見。

【關鍵詞】智能變電站 系統結構 二次設備配置

1 概述

隨著社會經濟的快速增長，人們對供電可靠性和安全性有了更高的要求。而風力、太陽能等新能源電源的并網運行對電網系統穩定性造成了一定的影響。智能電網能有效利用電力資源，提高供電可靠性，實現電網的可靠、安全、經濟、高效、環境友好和使用安全的目標。

2011年起，作為智能電網的關鍵節點，智能變電站在全國范圍內進入全面推廣建設階段，新建220kV變電站按《國家電網公司輸變電工程通用設計—110（66）～750kV智能變電站部分》（2011年版）中“第五篇 220kV變電站通用設計技術導則”的技術方案。與傳統變電站相比，智能變電站最大特征體現在一次設備智能化、設備檢修狀態化和二次設備網絡化，其中二次設備在采樣方式和組網形式上都發生了重大的變化，隨著電力技術的進步，越來越多的新技術應用到二次系統中，因此研究智能變電站的二次系統設計和設備配置有著重要的意義。

2 220kV智能變電站系統結構

以上海地區某220kV變電站為例，智能變電站系統采用三層兩網結構，三層即站控層、間隔層、過程層，兩網即站控層網絡和過程層網絡。

2.1 站控層

負責變電站的數據處理、集中監控和數據通信，由主機、操作員站、遠動通信裝置、保護故障信息子站和其他各種功能站構成，是全站監控、管理中心，并與遠方監控/調度中心通信。站控層網絡采用百兆星形雙網結構，冗余網絡采用雙網雙工方式運行。站控層網絡MMS、GOOSE（邏輯閉鎖）、SNTP三網（功能）合一，共網運行，全站數據傳輸數字化、網絡化、共享化。

2.2 間隔層

間隔層包括保護、測控、計量、錄波、相量測量等，不依賴于站控層和通信網絡，可以對間隔層設備進行就地獨立監控功能。保護測控裝置配置如下：

（1）主變保護雙套配置，高、中、低壓側及本體測控裝置單套獨立配置。

（2）220kV線路、母線、母聯（分段）保護雙套配置；

（3）110kV線路、母線、分段保護單套配置，采用保護測控一體化裝置，母線測控單獨配置；

（4）35kV 線路、電容器、站用變保護集成測控、計量功能，母差保護單套配置；

（5）110kV、35kV母線配置低壓減載裝置。

（6）過程層：過程層由互感器、合并單元、智能終端等構成，是一次設備與間隔層設備的轉換接口，完成電流電壓量的采樣、設備運行狀態信號的監測和分合閘命令的執行等。

3 智能變電站與常規變電站的二次設備比較

常規變電站中電流、電壓等模擬量直接從互感器經電纜連接送至保護、測控和計量等二次裝置，保護采用直采直跳方式，各類信號量通過硬接點上傳。而智能變電站中電子互感器或者常規互感器+智能組件的配置使得采樣、命令和信號傳輸方式和傳輸介質的轉變，電信號在就地轉變為光信號，大大節省了電纜的用量，具體如下：

3.1 過程層設備的應用

合并單元、智能終端等智能組件的引入實現了就地采樣信號和分合閘命令數字化。合并單元接收常規互感器輸出的模擬信號，經同步和合并之后對外提供采樣值數據，同時滿足保護、測控、錄波、計量設備使用。間隔層保護測控設備的分合閘命令通過GOOSE網絡下發，智能終端掛在過程層網上接收命令，實現對斷路器、刀閘、主變等一次設備的控制、測量等功能。

220kV及主變各側為滿足繼電保護雙重化配置要求，合并單元雙套配置，除220kV母線設備和主變本體智能終端單套配置外，其余均雙套配置。110kV側根據《智能變電站110kV保護測控裝置集成技術要求（試行）》的要求，110kV采用合并單元智能終端合一裝置，除主變間隔和母線設備外均單套配置，同時兩個裝置合一可以把“直采直跳”的點對點SV 和GOOSE 通信口進行合并，減少間隔層裝置和過程層的通信端口，使間隔層的裝置設計更加緊湊。35kV部分不考慮配置智能組件。

3.2 保護采樣、跳閘方式的轉變

為了滿足繼電保護裝置對電流電壓量采樣以及保護出口跳閘的可靠性及實時性的要求，同時出于降低工程造價的目的，智能變電站保護采樣和跳閘均采用“直采直跳”。考慮到全站保護裝置均為就地下放布置，故SV采用點對點方式，220kV 及110kV GOOSE為獨立組雙星形網方式。目前隨著保護就地化推廣及優勢展現，出現了不少關于220kV分布式母差保護的研究，基于FPGA（現場可編程門陣列）的媒體訪問控制（MAC）核仿真技術，利用新型具有延時明確和等間隔數據交換的過程層數據交換裝置，SV采樣由于延時明確可不依賴外部對時，220kV母線保護實現“網采網跳”，在滿足保護可靠性要求的前提下簡化220kV過程層網絡。在保證跳閘動作可靠性的前提下，網采網跳可以發揮更大的作用。

3.3 監控系統的整合優化

智能變電站一體化監控系統在網絡組成、分區方式和設備配置上都與常規站有所不同，具體見表1。

4 設計中常見問題

目前220kV智能變電站二次設計中主要碰到如下問題：

4.1 就地智能控制柜布置及接線需多次溝通

220kV智能變電站保護裝置均就地下放至戶內智能控制柜內，有效節省繼保室屏位、縮減變電站建筑面積，同時極大減少站內通信光電纜長度及現場敷設工作量，便于運維人員開展巡視和檢修校驗工作。

保護就地化對智能控制柜的組屏和接線也提出了新的要求。國家電網企管[2014]909號文《國家電網公司關于印發<110（66）～750kV智能變電站通用一次設備技術要求及接口規范>等22項技術標準的通知》和新“六統一”保護裝置的要求，有利于標準化設計，縮短供貨周期，提高回路接線正確性和合理性。但實際工程中智能控制柜由一次設備廠家提供，智能組件和保護測控裝置由其它二次廠家提供，需要對屏面布置、裝置間接線和端子排進行整體設計及優化，由于一次廠家對不同廠家的二次設備原理及圖紙了解程度不同，設計需要和廠家之間進行多次溝通。

4.2 故障錄波、網絡報文分析記錄裝置占用過程層中心交換機光口數較多

根據國網公司調自[2013]185號文的要求，故障錄波裝置和網絡報文記錄分析儀在技術要求、運行要求、配置原則等方面有較大差異，不應進行整合。因此目前220kV智能變電站分別配置故障錄波裝置和網絡報文記錄分析裝置。

220kV變電站中雙重化保護應接入兩套獨立錄波裝置和網絡分析裝置，采用點對點方式接受SV 報文，采用網絡方式接受GOOSE 報文。實際工程中一個合并單元數據量按8M計算，同時預留50%的裕度，故障錄波、網絡分析裝置每個百兆LC光口能接入4～6個合并單元，數據通過過程層中心交換機接入，會有多個光口分別用于故障錄波和網絡分析，而兩者采樣上有很大的重復性，今后可考慮采樣上的整合，以減少光口數量、防止光纖接口處過熱。

4.3 現有獨立五防與集成

220kV智能變電站通過計算機監控系統的邏輯閉鎖軟件實現全站的防誤操作閉鎖功能，若已建成分控中心站內已設置防誤閉鎖主站系統，新建受控站受分控中心集控，需支持無縫接入中心站防誤閉鎖主站系統，受控站防誤閉鎖系統必須作為客戶端以RPC 遠程接口調用的方式接入至上級中心站防誤主站系統，且要有完善的安全機制。防誤閉鎖邏輯以唯一性為原則，防誤閉鎖邏輯在中心站防誤主站系統，受控站不得存有防誤閉鎖邏輯。

5 總結

數字化、標準化是智能變電站的重要特點，我國變電站智能化技術正在日趨完善和更新發展中，目前已制定了較完善的技術原則。智能變電站帶來了二次系統相關設備前所未有的融合，也給二次系統設計帶來了新思路。220kV智能變電站采用“三層兩網”的系統結構，較常規變電站更突出組網的概念。隨著“調控一體、運維一體”要求的提出，對智能變電站進行二次系統進行功能整合和新技術的應用將是將來發展方向之一。

參考文獻

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作者單位

上海交通大學電子信息與電氣工程學院 上海市 200240