智能變電站二次系統設計方法研究

簡輝

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智能變電站二次系統設計方法研究

簡輝

湖南華晨工程設計咨詢有限公司，湖南 長沙 410007

隨著人們對電力的需求越來越大，為了保證用電需求能夠得到切實滿足，必須切實提升變電站的運行效率及安全可靠性。從變電站運行的實際情況來看，自動化技術、電子技術、計算機技術等均得到了充分的應用，而這也就使得電力系統的復雜性提高了很多，二次系統設計顯得尤為重要。主要以老龍井110?kV變電站作為研究案例，對智能變電站二次系統設計方法予以探討，以期使智能變電站的運行更具實效性。

智能變電站；二次系統；設計方法

引言

智能化手段應用在電力系統中能夠提升電力系統的穩定性，所以智能電網的建設已成為電力行業的發展趨勢，智能變電站也越來越多地出現在電力系統中。本文結合筆者的工作實踐經驗，分析了智能變電站的二次系統設計方法等內容，為今后的智能變電站應用提供參考。智能化之后的變電站主要體現在數據傳輸方面，從模擬信號升級到了數字信號，相應的一些配套設備也進行了升級換代。這樣的改變能夠提升系統的運行效率和安全性。通信上的差異及智能化裝置的加裝，往往需要搭建通用的運行平臺，做到信息的共享與安全。

1 智能變電站及老龍井110kV變電站概述

在網絡技術、通信技術越發成熟之際，將這些技術予以充分應用可解決變電站存在的問題，并提高變電站的智能化程度。所謂智能變電站，即要確保智能化設備、網絡化設備能夠切實整合起來，從而完成信息的收集、處理工作，確保數據更為完整，并保證相關的數據得到共享，從而使電網決策更為準確，并對電力設備運行的具體狀況予以有效管控。電網的運行需要大量的數據進行狀態監控，這樣才能實現對整個電網系統的穩定性控制。智能變電站能夠在正常運行的狀態下采集大量的實時數據。這些數據傳遞給電網之后，電網就能夠更好地進行狀態決策，所以智能變電站是推動智能電網建設的基礎所在。所以智能變電站的設計及建設至關重要，應重視并不斷提高變電站的智能化程度。老龍井110?kV變電站是新建變電站，按110?kV、10?kV兩個電壓等級設計，根據110?kV接入系統方案，本期老龍井110?kV出線2回：由現已架橫店村220?kV變-解放路110?kV變的110?kV線路剖進至老龍井變。老龍井-橫店村線路長度約為7.6?km，老龍井-解放路線路長度約為2.25?km。具體建設規模詳見表1。

2 智能變電站二次系統設計

2.1 系統構成

從功能角度來說，變電站主要包括站控層、間隔層以及過程層。站控層的組成設備主要是監控主機、遠程通信設備、數據網服務器等，通過其能夠對間隔層、過程層展開有效的控制。在整個智能變電站系統中，站控層能起到一定的監管作用，也可以和遠程控制方進行通信，其作用是很大的。間隔層的組成系統呈現出多樣性，比如有保護系統、監控系統以及計量系統等。在系統發生故障時，間隔層能夠獨自進行控制。過程層必然會發展成智能一次設備，確保設備的接口呈現出數字化特征。當前，智能變電站采用的設備為一次設備加上智能組件這樣的方式，能監控智能變電站的二次設備運行。

表1 老龍井110?kV變電站建設規模一覽表

2.2 虛端子

在對智能變電站二次系統進行設計時，相關人員必須關注保護裝置間的信息傳輸、分合閘出口傳輸，數據信息也要完整記錄。如果這些信息是通過一根光纜傳輸的，那么就不需要傳統的接線端子。當然，二次系統回路原理并未因網絡傳輸出現變化。從智能裝置需實現功能的角度來說，SV采樣信號和GOOSE輸入輸出信號與傳統二次回路是有著明顯對應關系的。這些智能裝置一般是涵蓋ICD文件的，因而在SV信號進行傳輸之時，應依據常規模擬量來定義智能裝置的虛端子，而GOOSE輸入輸出信號和開關量輸入輸出端子是相互對應的。為了能夠對SV、GOOSE信號予以有效的傳輸與應用，在智能裝置ICD文件上建立與這些信號相對應的“端子”，就是所謂的虛端子。

2.3 設計流程

從變電站二次設計來看，一般要從設備電壓等級、相關裝置的實際情況來完成設計工作。具體來說，要完成裝置物理連接圖、全站光纜清冊的繪制工作。此圖可以清晰地顯示所有的光纜布局，因此能夠迅速找到所有的光纜接口以及設備的具體布置位置，有助于對整個系統進行詳細的規劃與改進。要依據設計圖紙明確二次系統設計的具體技術方案，要確保二次設備到位，同時要依據各電壓等級的SV數據流程圖以及GOOSE流程圖來完成繪制工作。SV數據流圖能夠標示變電站設備的電流和電壓數據之間的連接方式，并上傳信號。斷路器、隔離開關控制之間的聯系能夠利用GOOSE數據流來完善。

3 智能變電站二次系統安全防護設計

3.1 橫向安全防護

在安全Ⅰ區和Ⅱ區的中間要利用防火墻來進行隔離，而安全III區和以上兩區則要通過正/反向的隔離裝置來使得強隔離切實達成。本站各區信息分布如下。

在安全Ⅰ區中，利用中央計算主機獲取所有電網運行及設備狀態的信息，然后分析和處理數據，進而將數據轉換成系統調整電網穩定的相關支持信息。網關機能夠通過調度中心交換數據，從而實現對指定主站的訪問及數據獲取，進而實現安全I區對整個電網系統的運行調度。在安全Ⅱ區中，利用中央計算機主機獲取到所有關聯設備的狀態信息，這樣就可以將安全、運行參數、潛在風險等各方面的數據傳遞到服務器中，然后服務器對所有的基礎參數進行分析與預判，進而發出狀態調整指令。通信網關利用上述的數據可以實現防火墻的有針對性篩選與過濾，保證遠程服務的安全性，確保服務器的數據交換安全性。然后Ⅲ/Ⅳ區的數據則利用正反向隔離來實現數據的安全交換。這樣三個分區相互隔離，數據之間的傳遞都經過安全驗證，在滿足了信息交互的基礎上實現了系統的安全。

3.2 縱向安全防護

通過認證、加密這樣的方式能夠使數據縱向傳輸更為安全。安全Ⅰ、Ⅱ區計入電力調度數據網時，要配置好縱向加密認證裝置，這樣可使網絡層實現雙向身份認證，對數據進行加密處理，并對訪問予以有效管控，同時能夠和業務系統通信網關設備進行有效的配合，確保傳輸層、應用層更安全。

4 結束語

總而言之，筆者從系統、信號傳輸及安防幾個方面對智能變電站二次系統設計方法進行分析，并提出了相應的解決措施。要做好從傳統變電站設計到智能變電站設計的轉變，就要求設計人員充分了解二次系統設備廠家的發展形勢，對這個環節的意義做到深刻理解，并嫻熟的掌握設計手段，利用虛端子的設計及其使用，對二次系統設計加以優化，為變電站可以實現高品質的供電及安全穩定運行提供重要的保障。

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Research on Design Method of Secondary System of Intelligent Substation

Jian Hui

Hunan Huachen Engineering Design and Consulting Co., Ltd., Hunan Changsha 410007

With the increasing demand for electricity, in order to ensure that the demand for electricity can be met, the operational efficiency and safety of the substation must be improved. From the actual situation of substation operation, automation planning, electronic technology, computer technology, etc. have been fully applied, which makes the complexity of the power system much improved, and secondary system design is particularly important. Taking the Laolongjing 110?kV substation as a research case, the design method of the secondary system of the intelligent substation is discussed, in order to make the operation of the intelligent substation more effective.

intelligent substation; secondary system; design method

TM762

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