智能化變電站在寺河煤礦中的實踐應用

馬 薇

（山西省晉城無煙煤礦業集團有限責任公司供電分公司，山西 晉城 048000）

隨著網絡通信技術、軟件智能化技術與高壓供電一、二次設備數據控制集成技術的持續發展，智能化變電站技術的應用已經非常成熟，西方發達國家乃至我國國家電網公司、南方電網公司10kV至500kV各電壓等級以及煤礦高壓電網調度管理上已實現了一定的范圍應用實例。智能化變電站技術在煤礦電力調度系統的應用大大提高了煤礦復雜供配電環境下電力調度運行的可靠性和高效性，且在晉煤集團寺河礦電力調度中心一定程度上實現了煤礦電力調度的智能化管理。

1 礦井供電現狀

晉煤集團寺河煤礦有110kV變電站1座，東風井、北區、山水溝35kV變電站3座，10kV變電所23座，除兩趟110kV進線外還有一座35kV自供瓦斯電廠。原有電力調度僅能實現就地區域負荷或者同電壓等級的電力監控調度管理，而智能化變電站技術在煤礦電力調度系統應用后將原有就地區域負荷或不同電壓等級配電系統監控調度集中到統一的智能化調度管理中心，實現了涵蓋全礦井上下高壓供配電集中智能化管理，井上下變電所的無人值守，電力系統各類保護智能化監控報警和分析處理體系。同時通過OPC系統向礦井大調度和所需單位提供監控數據。本文對寺河礦三座35kV智能變電站的實踐應用進行分析研究。

2 智能變電站總體技術方案

2.1 系統結構

寺河煤礦35kV智能變電站以往采用單線分段接線方式，每段母線備帶1條35kV進線，而該系統采用分層分布式結構，即三層結構兩級網絡，這是我國大部分煤礦用智能變電站采用的網絡結構，具體見圖1所示。GOOSE網絡和SV網絡同屬過程層網絡，但由于該兩種網絡上傳遞的信息數據量大且互相獨立，所以通常將這兩種不同的信息用不同的物理網絡傳送。但如果物理網絡設備硬件足夠可靠，帶寬足夠大，設計中才會考慮將GOOSE網絡和SV網絡通過同一個物理網絡層來傳遞，而僅僅從邏輯層面上將其區分開來。

圖1 變電站系統結構圖

站控層由主機、操作員站、遠動通信裝置、繼電保護和故障信息子站等構成，能夠實現管理控制間隔層、過程層設備等功能。間隔層由保護、測控、計量、錄波、相量測量等若干子系統組成，獨立完成間隔層設備的就地監控功能。過程層由光電瓦感器、合并單元、智能終端等構成，完成與一次設備相關的功能。

2.2 一體化信息平臺總體結構

一體化信息平臺貫穿于整個智能變電站，能夠將變電站各種系統和數據進行有機融合，并在此基礎之上滿足高級應用功能需求。一體化信息平臺是智能變電站的主要特征之一，通過站建立一體化信息平臺，并將一體化電源部分、智能輔助控制部分、高壓電氣設備狀態監測部分都接入了站控層網絡。

一體化信息平臺的建設將促進變電站信息的融合和利用，不僅強化站內的各種功能，同時有利于電網的安全運行、優化調度、經濟運營和優質服務，同時也為高級應用功能的開發應用打下了堅實基礎。一體化信息平臺有如此強大的功能，主要依靠全景數據庫技術、通信標準化技術的支撐。

2.3 電力調度智能化系統

電力調度智能自動化技術對原有的一、二次供配電設備進行智能化改造，進行系統的改造后形成了由電子互感器和智能化設備執行終端組成的一次設備和智能網絡化控制傳輸二次設備（由數字化光纖傳輸技術組成的過程層、整合過程層后的一體化邏輯順序監控間隔層以及信息智能化中心監控層），上述構架全部建立在IEC61850標準和通信規范基礎上。

一次設備執行終端的改造范圍包括了各型的10kV及以上電壓等級出線柜等附屬設備，一次設備內部與區域調控處理環節工作配合緊密。原有的區域供電綜自后臺電腦通過數據交換服務器加設區域調控處理環節，在現場加設數據智能化處理分站，將類似于設備執行終端里裝配的山源電子、南瑞繼保等廠家的微機保護裝置數據由數據智能化處理分站迅速按照預先編制的規范化執行程序處理，并發出指令或者監控信號，所有數據全部通過光纖網絡與上級信息智能化管控中心實現交互式連接。

3 過程層組網技術方案

采用南京南瑞繼保電氣公司生產的6kV、35kV電子式電流電壓互感器。35kV電子式電流互感器、35kV電子式電壓互感器經過合并單元然后接入到過程層網絡，由傳統開關和智能終端方式實現開關設備智能化。6kV電子式電流電壓互感器為一體化結構，就地安裝于開關柜內。6kV保護和組網方案，由電子式電壓電流互感器組合單元提供數字接口，將采樣值直接接入裝置。信號采用電纜接入裝置，提供一個數字接口輸出信息到過程層總線供其他設備使用，PT的電壓信息可以通過合并器接入其他間隔。過程層組網示意圖如圖2所示。

圖2 組網示意圖

4 IEC 61850標準的應用

該智能變電站采用了完善的IEC 61850通信標準。該標準對智能變電站的作用表現在以下兩方面。

4.1 面向變電站對象的統一建模

IEC-61850將變電站對象分為13類92種邏輯節點，基本囊括了目前變電站的一次、二次設備及相關功能。IEC-61850-7-3、7-4部分對變電站對象（即一次、二次設備及相關功能）分類進行了統一描述，建立了統一的數據模型。這種統一建模的規定，使得連接于網絡上的數字化變電站對象得以互相認識，為設備間的互操作奠定了基礎。

4.2 變電站功能應用與網絡具體實現的分離

所謂應用是指變電站的各種自動化功能，網絡具體實現是指數字化變電站的通信網絡和通信技術。IEC-61850是通過2個重要功能ACSI、SCSM來實現應用與具體實現的分離。ACSI為數據模型提供了一個連接于真實網絡的虛擬通信接口；SCSM將數字化網絡中不同的信息映射到真實網絡的不同層次，實現數字信息的傳輸。站控層信息通過IEC-61850-8-1的規定映射到站控層以太網應用層的MMS。過程層信息則是通過IEC-61850-9-1、9-2的規定映射到過程層以太網的數據鏈路層，實現信息的快速傳輸。當通信網絡發生變化后，通過改變SCSM的映射方法與之對應即可，而抽象通信接口和設備功能模型則無需變動，保證了變電站功能應用的穩定性。

變電站的功能應用是相對穩定的，在智能變電站中自動化功能的最終完成必須依賴通信網絡。IEC-61850實現了應用和網絡具體實現的分離，使得變電站功能應用不再隨著通信網絡技術日新月異的發展而疲于應對，而是能夠從通信網絡技術的進步和發展中直接受益。

5 結 語

寺河煤礦風井、北區、山水溝三座35kV智能化變電站已于2015年8月工程建設完工，并投入使用。直至當前時間，35kV智能化變電站運行正常，各項試驗數據達到設計要求，有效地降低了變電站運行中的維護量，同時變電站也實現了無人值守。35kV智能化變電站的改造及實踐應用為寺河煤礦數字化煤礦的建設提供了基礎。