基于IEC61850的智能變電站二次回路安全隔離措施

李 劍

（國網太原供電公司，山西 太原 030000）

1 變電站二次回路中常見故障評價

二次回路（Secondary Circuit）是指二次設備之間按一定的功能要求連接在一起構成的電氣回路，統稱為二次接線或二次回路，包括量回路、繼電保護回路、開關控制及信號回路、操作電源回路、斷路器以及隔離開關的電氣閉鎖回路等低壓回路，同時是保障電網安全、經濟運行和可靠供電的重要組成部分。二次回路涉及智能變電站各個電氣元件，包括二次電纜、開關以及輔助設備等，主要功能是對智能變電站一次設備的工作狀況進行監測、控制、測量、調節以及保護等，以確保電網運行的可靠性和安全性。二次回路本身無法進行自檢，加上二次回路涉及面廣、接線復雜，在日常維護方面具有較大難度。鑒于此，本文針對智能變電站二次回路的常見事故進行總結分析。

1.1 交直流電器配合問題

智能變電站設備運行過程中的終端控制屏和保護屏的回路低壓空氣開關必須確保是直流電源系統。如果使用交流空氣開關代替直流空氣開關的現象，具有較大的安全隱患。如果直流空氣開關性能不佳，易產生誤動作也會造成安全隱患。

1.2 二次回路接線問題

在智能變電站二次回路接線施工過程中，受施工環境的影響或者施工工藝不合理影響，易存在電纜交接處包扎不到位、密封效果不佳等問題。如果電纜長期保留在外，易導致接線處老化或者二次接點進水，致使絕緣降低或者繼電保護誤動作。

1.3 開關接點問題

智能變電站設備開關接點調整不到位，運行過程中易產生開關跳閘或者切換信號不正常等問題，影響電網設備運行的安全性和可靠性，對電網設備故障排查造成了一定干擾。

2 智能變電站二次回路隔離系統構架

基于IEC61850標準的智能變電站二次回路安全隔離系統，對設備和協議進行一系列規范化，構成了一個規范的輸入/輸出，并最終完成變電站內網絡系統的融合。基于IEC61850標準的二次回路安全隔離措施系統采用分層設計理念，將系統體系分為站控層、間隔層和過程層[1]，具體設計結構如圖1所示。

站控層主要負責對智能變電站電網設備進行監控，包括主控制臺工作站、操作員工作站、工程師工作站、遠程維護工作站以及GPS設備等。站控層是智能變電站的主控制中心，通過IEC61850標準的通信協議完成對間隔層設備的控制。間隔層包括智能變電站繼電保護裝置和二次設備，主要功能是繼電保護與測控、錄波等。間隔層同樣遵循IEC61850標準的通信協議與過程層進行數據交換，同時接受站控層發出的控制指令。因此，間隔層在整個系統中有承上啟下的作用。過程層主要為變電站中的一次設備，如主變壓器、互感器、智能終端設備、GIS設備、開關柜設備以及補償裝置等。

基于IEC61850標準的智能變電站二次回路安全隔離系統在線監測與故障診斷過程中，故障精準定位是主要內容。變電站繼電保護二次回路在線監測與診斷系統能夠精準定位故障發生在保護裝置或者交換設備等，從而及時采取有效的應對措施，提升電力系統運行的可靠性。變電站繼電保護二次回路在線監測與診斷系統使用現代化通信技術進行數據傳輸，利用互聯通信技術，實現變電站內一次設備和二次設備的數據互聯，實現了系統的在線監測。

3 二次回路安全隔離系統的設計

隨著科學技術的不斷發展，智能電網技術發展迅速。為保障用電需求和電網運行的穩定性，變電站二次回路安全隔離系統得到了廣泛運用。實踐研究表明，該系統的設計和應用可有效解決停電檢修及定期維護的弊端。實現對變電站硬件設備的狀態監測和預警，便于檢修人員及時作出處理，減少變電站故障風險和設備維護成本，為開展科學檢修提供數據支撐。介于此，將基于IEC61850標準規范，對變電站二次回路安全隔離系統設計進行詳細分析。

圖1 二次回路安全隔離系統結構圖

3.1 硬件設計

基于IC61850標準的智能變電站二次回路安全隔離系統的硬件架構，主要分為傳感器設備、智能組件和監測管控后臺3個部分[2]。傳感器（Transducer/Sensor）是該系統的核心部分，主要采集變電站二次設備運行狀態和數據信息，并按照特定規律轉換為數字信號進行數據輸出，從而滿足安全隔離系統對采集數據信息的傳輸、處理、存儲和顯示記錄等需求。智能組件主要對變電站二次設備的運行信息進行監控和分析處理，并將采集的數據信息上傳至監測管控后臺。本文研究的智能變電站二次回路隔離系統采用基于IEC61850標準的MMS協議服務（Membership Management System）上傳。作為一種串流媒體傳送協議，該技術具有傳輸穩定、消耗資源低等特點。監測管控后臺主要負責所有采集數據的匯總和展示，通過站控層的交換機設備，與各個智能組件串聯成星型網絡結構，實現全站數據信息的傳輸、處理分析、顯示、狀態診斷及遠控等功能。

3.2 軟件設計

智能變電站二次回路安全隔離系統從軟件功能上可以分為底層數據采集系統和上層應用軟件兩層結構。底層數據采集系統主要負責提供的數據庫服務，上層應用軟件為開發工具的應用。該系統將采用Windows系統平臺，以高可視化交互顯示監測數據和運行狀態，具有良好的兼容性和易用性。軟件部分的設計采用C++編程語言以C/S架構模式進行設計；數據庫采用SQL Server 2012，可存儲大數據量的變電站監測數據，具有更好的穩定性及安全性[3]。為了有效確保智能變電站二次回路安全隔離系統數據處理能力和數據接口并發能力，采用loadrunner系統對該軟件系統進行性能測試，確保智能變電站二次回路安全隔離系統的信息吞吐量及并發處理參數符合需求設計規范。

4 結 論

在信息化時代大背景下，人工智能、電氣自動化技術將是未來電網發展的趨勢。智能變電站采用科學和環保的智能電網設備，以全站信息數字化、通信平臺網絡化和信息共享標準化為基本要求，實現對電網設備運行信息的自動采集、測量、控制、保護、計量以及檢測等基本功能，同時支持電網實時自動控制、智能調節、在線分析決策以及協同互動等高級功能。為了能夠進一步提升智能變電站二次回路繼電保護動作的有效性，本文在現有理論研究的基礎上，通過對智能變電站二次回路常見故障的分析，從智能變電站網絡結構的優化分析和二次回路安全隔離系統的角度，探討適用于現階段我國智能電網的設計方案，以期對智能電網安全可靠性運行提供有力保障。