新一代智能變電站二次設備配置、優化及集成

張健

【摘?要】目前，在智能化數字變電站技術和DL/T860通信標準不斷發展下，我國已經從智能化數字變電站的理論階段發展到項目實際階段。我國的電氣二次設備也得到高速發展，集成化成為變電站自動化技術未來發展的方向。本文通過分析某220kV智能化變電站建設中電氣二次部分的特點，提出新一代智能變電站設備配置、優化及集成的有關內容。

【關鍵詞】變電站;智能;設備;優化

智能變電站二次系統主要由綜合自動化系統 繼電保護裝置、測控裝置、錄波裝置、計量裝置、合并單元、智能終端等組成。二次設備通過電壓互感器或電流互感器與一次設備相連，對一次設備進行控制、調節、保護和測控。傳統變電站面臨諸如常規互感器的動態測量范圍存在局限性、缺乏統一的信息模型和信息交換模型而使電網信息共享難以實現、設備之間缺乏互操作、大量二次電纜對可靠性的不利影響等問題

1 新一代智能變電站設備配置

新一代智能變電站采用模塊化預制二次組合設備，以電氣功能和模塊為單元，完成站內二次設備的預制拼接和集成調試。整個設備分布在現場組裝安裝上，降低了變電站的安裝調試工作量，減少施工周期。采用光纜與外部設備連接方式，保證即插即用。各功能模塊有：

站控層模塊包括：監控主站（集成操作員站、工程師站、數據服務器、圖形網關機功能）、時鐘同步裝置、網絡打印機等設備;間隔層模塊包括：保護及測控柜、故障錄波、電度計量[2];集成電源模塊包括：交直流系統和逆變電源。

智能變電站綜合自動化系統包括三層設備（站控層、間隔層、過程層設備）和三層網絡（站控層MMS網絡、間隔層網絡和過程層網絡）。站控層網絡通過網絡與站控層其他設備通信，與間隔層設備通信，傳輸MMS報文和GOOSE報文;站控層網絡采用雙重化星形以太網絡，站控層設備通過兩個獨立的以太網控制器接入雙重化站控層網絡;間隔層的主要任務是利用本間隔的數據完成對本間隔設備的監測和保護判斷，主要包括保護、測控、計量、錄波等裝置等，間隔層網絡通過網絡與本間隔其他設備通信、與其他間隔層設備通信、與站控層設備通信，可傳輸MMS報文和GOOSE報文;變電站間隔層網絡采用雙重化星形以太網絡，間隔層設備通過兩個獨立的以太網控制器接入雙重化的站控層網絡;過程層主要完成與一次設備相關的功能，如開關量、模擬量的采集以及控制命令的執行等，主要包括電子式互感器、智能開關等設備。過程層網絡通過相關網絡設備完成間隔層與過程層設備、間隔層設備之間以及過程層設備之間的數據通信;可傳輸SV報文和GOOSE報文。過程層網絡按電壓等級分別組網。

2 智能變電站設備優化

2.1 站控層

變電站自動化系統的各個子系統包括：綜合監控系統、電能采集系統、智能輔助控制系統等，均具有統一的水平網絡網絡。根據安全等級可劃分為：安全I區和II區，在安全I區和安全II區之間設置防火墻，區域III和區域IV之間使用前后隔離裝置分開，保證各區域之間信息共享、統一存儲。

在控制層設置監控主機和操作員站，實現后臺監控系統的功能和先進的應用功能的結合。通過監控主機與各子系統之間分層分布式協作，實現暫態數據及穩態數據的統一處理，形成基于同一層面的具有唯一性的基礎信息。

監控單元由智能變電站綜合監控系統構成，收集了智能變電站通信設備的環境信息、設備信息和其他保護測量信息。

低頻低壓減負荷裝置、電壓無功控制（VQC）和變電站實現一體化，自動切換裝置不再獨立分配，完全由智能變電站綜合自動化監控系統實現。考慮到上述設備的一般運行時間較長，運行可靠性要求較低，因此，智能變電站綜合自動化監控系統的站控裝置可以通過站控層網絡的下行信息來滿足功能要求。

2.2過程層網絡

實現過程層與間隔層之間的信息傳遞以及間隔層內裝置之間的信息交換。信息非常重要，優先級很高，實時性要求也非常高，一般丟失也不重發。可分為采樣值（SV）網絡和跳閘（GOOSE）網絡。

（1）采樣值（SV）網絡

主要負責將過程層電子式互感器的采樣數據傳送給間隔層的二次設備。目前主要采用點對點的直連方式，網絡協議主要是IEC 61850-9-1，跨間隔的連接可采用同步性能更好的FT3格式。

（2）GOOSE 網絡

主要負責傳輸間隔層保護、測控設備向智能開關設備發送的跳閘/合閘命令，以及智能開關設備間隔層二次設備反饋的開關位置信息及其他相關信息。網絡拓撲采用高速光纖環網結構。它是最重要的網絡，直接影響了變電站系統的可靠性。GOOSE網絡如果不夠成熟可靠，將直接引起拒動和誤動。因此，對它的網絡延時要求在 4ms之內。

2.3網絡配置優化

智能變電站網絡建立在IEC61850通信技術規范基礎上，網絡設計的合理性很大程度上決定了變電站運行的可靠性。變電站網絡配置應綜合考慮運行可靠 性、實用性和經濟性，合理配置網絡，盡量減少網絡交換，對于采用橋式接線、線變組接線220 kV及以下電壓等級變電站，可不組建過程層網絡，GOOSE / SV 報文采用點對點方式傳輸，保護及安全自動裝置之間信息傳輸采用直連方式，其優點是避開了交換機環節，減少了傳輸延時;對于少于三個裝置需要接受 SV 報文時，可不組建SV網絡;當需要組建網絡時，宜采用星形拓撲結構。

目前，變電站采用GOOSE、SV、MMS三網合一的方式組網，減少網絡交換機配置，簡化網絡接線，但是對網絡的寬帶、交換機的處理能力、通信的安全可靠均提出了很高的要求。該方式理論上具備可行性，建議通過少量的工程試點來檢驗完善該方式的實際可行性。

3 保護、測控裝置集成方案

根據220 kV智能變電站的一次接線，提出了二次設備集成的兩種方案。

方案一：根據電氣間隔積分、測控、保護功能積分采用一體化裝置。每隔一段時間設置保護測控裝置。隨著科學技術的發展，保護裝置綜合測控功能的技術 得到了提高。

方案2：根據電壓水平和電氣間隔，集成測量、控制和保護功能。跨區間集成電壓等級，采用綜合保護、測量和控制裝置。在方案1的基礎上，進一步對變 電站繼電保護測控裝置進行跨區間集成。

集中保護測控裝置包括交換服務器和綜合保護測控裝置。交換服務器通過SV網和GOOSE網采集各間隔數據，其主要功能為：接受來自GPS時鐘服務器的同步時鐘信號，并且把該同步信號編碼輸出到相應間隔的各智能單元實現全站的同步數據采集;將來自智能單元的采樣數據和開入量數據打包、經過軟件計算后，通過以太網向全光纖集成保護測控裝置裝置發布;將全光光纖綜合保護測控裝置的輸出指令轉發給各智能單元，實現保護跳閘。集中式測控保護一體化裝置具有共享便利及信息獲取的優勢，代表了變電站集成保護測控裝置未來發展的方向。

結論

通過對220 kV智能變電站電氣二次設備進行綜合優化，提高了220 kV智能變電站的設備集成度，簡化了二次設備與其它設備之間的連接，降低了二次設備現場調試工作量，提高了保護設備的速動性和靈敏性。

參考文獻：

[1]嵇建飛，袁字波，龐福濱.智能變電站就地智能設備電磁兼容抗擾度實現分析[J].電工技術學報，20l4，29（1）：2—10.

[2]郝長端，劉鈺，陳樹果，等.智能變電站網絡通信異常的分析[J].電氣技術，2016，17（9）：135—138.

（作者單位：廣東嶺南設計院有限公司）