智能變電站集成化二次設備的關鍵技術分析

摘要：依托對高可靠性設備與一體化控制系統的應用，智能變電站逐步實現了設備信息數字化、結構緊湊化、功能集成化，運維的簡單性與高效性隨之提高。為了推進智能變電站的更好發展，針對集成化二次設備的關鍵技術展開探討極為必要。以某智能變電站項目為例，從預制艙式二次組合設備的應用、二次系統的整合、層次化保護控制系統的搭建、狀態監測與故障診斷技術的應用這4方面入手，闡述了智能變電站集成化二次設備關鍵技術的具體應用。結果表明，基于相應技術的應用，促使二次設備的運維可視化成為現實，提升了智能電網運行的安全穩定性。

關鍵詞：智能變電站 二次設備 集成技術 監測技術

Key Technology Analysis of Integrated Secondary Equipment in Smart Substation

CAO De hui

Ji’nan Luyuan Electric Group Co.， Ltd.， Changneng Branch， Ji’nan， Shandong Province， 250000 China

Abstract： Relying on the application of high-reliability equipment and integrated control system， intelligent substation has gradually realized the digitalization of equipment information， compact structure and integrated functions， thereby improvingand the simplicity and efficiency of operation and maintenance have been improved. In order to promote the better development of smart substation， it is extremely necessary to discuss the key technologies of integrated secondary equipment. Taking a smart substation project as an example， this paper expounds the specific application of key technologies of integrated secondary equipment in smart substation from the aspects of application of prefabricated cabin type secondary combined equipment， integration of secondary system， establishment of hierarchical protection and control system， and tThe application of status monitoring and fault diagnosis technology. The results show that based on the application of corresponding technology has made， the visualization of operation and maintenance of secondary equipment becomes a reality， and improved the security and stability of smart grid operation are improved.

Key Wwords： intelligent Smart substation; Secondary equipment; Integrated technology;；

Mmonitoring technology

現階段，智能變電站的規劃建設持續向著設備、功能、系統的集成化方向發展，實施對原有分工模式的打破與轉變，實現設備的高度集成、系統的協同互動、信息的標準統一。實踐中，為達成上述建設目標，將二次設備集成化技術引入智能變電站項目的規劃設計與建設中是必然選擇。就當前的情況來看，二次設備集成化的相關研究數量逐步提升，但是，研究更多集中在籠統的技術要點分析方面，針對某特定項目展開對技術的深入性探討的研究較少。在這樣的大背景下，本研究主要以某220 kV變電站項目為例展開實例分析，探討項目中對智能變電站集成化二次設備關鍵技術的具體應用，形成一種高度可行、可靠的技術方案，并結合應用效果分析，驗證該技術方案的作用與價值。

1 項目概述

某220 kV變電站項目屬于智能變電站項目。其中：在35 kV側，項目一期所使用的接線方式為分段聯系，二期擬使用的接線方式為“單母線分段+單元控制單母線接線“；在110 kV側，項目一期、二期擬使用的接線方式均為單母線分三段接線；在220 kV側，項目一期所使用的接線方式為雙母線接線，二期擬使用的接線方式為單母線分段接線。

本項目中，將小型固定式氣體絕緣開關柜引入35 kV側，在35 kV開關室內實施雙列布設處置，并搭配使用真空斷路器；選取了封閉式管母線雙列布置的方式完成對110 kV電壓等級的配電裝置設置，對母線側的隔離開關、進出線側的隔離開關均實施取消處理；選定了C-2模塊這一國家電網通用設計模塊作為220 kV配電裝置，圍繞智能變電站建設需求實施優化布設，控制接地開關與電流互感器在隔離斷路器內集成。整個智能變電站使用計算機監控系統展開運行控制與測量，屬于非集控站。

2" 集成化二次設備關鍵技術的具體應用

2.1" 預制艙式二次組合設備的應用

圍繞二次設備模塊化理念的應用，在本項目中設定并引入了“預制艙式二次組合設備+二次設備室“的設計模式。在相應間隔附近位置，實施對間隔層二次設備的隔離布設；在二次設備室內，落實對公用設備屏柜的設置；在蓄電池室內，完成對蓄電池組的設定^[1]。在本項目內，完成了2個規格為12 200 mm×2 800 mm×3 133 mm的預制艙式二次組合設備的引入。

屏柜的布設情況如下。在220 kV配電裝置廠區內，實施對包含28面柜屏的220 kV預制艙式二次組合設備的布設，以此實現對220 kV間隔層設備的布置；在主變和110 kV配電裝置廠區內，落實對包含32面柜屏的主變和110 kV預制艙式二次組合設備的布設，以此完成對主變和110 kV間隔層設備的布置；在主變和110 kV配電裝置廠區綜合配電室建筑內，安排對具有48面柜屏的二次設備室的設置，以此實施對交直流電源柜、通信柜、遠動柜的布置；在主變和110 kV配電裝置廠區綜合配電室建筑內，進行對蓄電池室的規劃設置，以此為2組蓄電池的布設提供條件支持。

2.2" 二次系統的整合

2.2.1" 設備層面的優化整合設計

在站控層內，對一體化業務平臺進行構建，同時對一體化監控系統實施配置。參考功能需求，實施主機/數據服務器（2臺）、綜合應用服務器（1臺）、數據服務器（1臺）的配置，實現對在線監測系統與輔助控制系統的集成，推進合III/IV區遠動通信網關機功能的有機整合，也為變電站內全景數據的存儲提供有力支持。推進對圖模信息、保護信息與SCADA信息的整合處理，基于對多功能數據通信網關機的使用，實現對應信息的有效上傳^[2]。

在間隔層內，不針對主變元件單獨安排故障錄波器、網絡分析設備的加設，以此實現對現有設備功能的充分利用，避免出現設備重復、冗余配置的問題。主要在全站的故障錄波器與網絡分析系統內融入主站的故障錄波器、網絡分析設備。同時，基于對“電子式互感器+合并單元”的應用與設置，完成220 kV、110 kV線路內與主變兩側的計量用電流電壓的數字量的獲取和輸出。

在過程層內，圍繞雙套配置的模式，實施對220 kV間隔智能終端合并單元合一裝置的設置；圍繞單套配置的模式，實施對220 kV母線的配置。依托對雙重化配置模式的使用，配置110 kV母線智能終端合并單元合一裝置；將單套智能終端合并單元合一裝置投放到110 kV線路與分段間隔內。選用雙套的智能終端合并單元合一裝置，引至主變低壓側和中壓側，并利用單套配置模式對主變本體智能終端進行設置。

2.2.2" 引入一體化電源系統

在二次設備室內，組織展開對主饋線柜、直流充電柜、不間斷電源、通信電源柜和交流屏柜的統一性設置，并在110 kV預制艙式二次組合設備、220 kV預制艙式二次組合設備與主變內，落實對直流饋線柜的分散性布設。基于對輻射式供電方式的應用，面向預制艙式二次組合設備的保護、檢測與控制、故障錄波等方面的直流負荷提供電能支持^[3]。在此基礎上，將多個直流分配箱分別設置于不同級別的配電裝置位置，以此為配電區內各個電氣設備在運行期間所需要滿足的直流電源需求的達成提供有力支持，實現對長距離電纜投放數量與直流饋線屏設置數量的控制和降低。

2.3 搭建層次化保護控制系統

為滿足地方電網建設的實際需求，在某智能變電站試點工程的集成化二次設備中，綜合應用全電網的數據信息，從時間、空間、功能3個維度出發，以分布式、協同化的功能配置為基礎，搭建整合站域保護、廣域保護和就地級保護的層次化保護控制系統，提高電網繼電保護性能與安全運行能力。

在本工程的層次化保護控制系統搭建中，設置了2臺站域保護控制裝置，面向整合智能變電站，在集成化二次設備中連接站內的自動化站控層網絡，加強對二次設備信息的充分利用，通過站控層集中決策，實現調度端廣域保護命令的執行與就地級保護的功能冗余^[4]。

在站域保護中接入一體化監控系統信息平臺，全面收集保護功能所需的位置信號、電流、電壓等實時信息。應用網絡采集的方式實現對站內信息的全面采集，完成對保護邏輯的準確判斷，將判斷結果與跳閘策略以GOOSE報文的形式向相應間隔的智能終端傳遞。在站域保護控制系統中，如果應用雙重化網絡傳輸GOOSE與SV報文，則只能將其控制裝置與A網連接起來。在站域保護裝置的配置中，主要通過共享智能變電站的網絡數據和對不同電壓等級剪個單元開關量與電氣量信息的充分利用，應用網采網跳的方式優化補充已有保護設備與安全自動裝置。與此同時，為確保層次化保護控制系統通信效果，應重點關注其中就地級保護裝備通信接口的預留，及時上傳設備狀態監測信息，實現二次設備良好協作。

2.4" 狀態監測與故障診斷技術的應用

為更好維護智能變電站的運行安全穩定性，針對二次設備引入了狀態監測與故障診斷技術，實現對二次設備運行狀態的實時性監測，第一時間發現潛在的故障問題，體現出對供電可靠性的強化維護。實踐中，推行二次設備自檢信息在線監測，能夠對設備狀態和功能進行系統檢查，生成數據信息，并對自檢信息建模。綜合診斷包括自檢信息診斷、對時信息診斷、通信報文診斷等，通過專家系統對設備數據信息進行綜合化處理，實現故障的有效診斷。

同時，搭配使用在線監測裝置與智能診斷系統。由在線監測裝置實施對模擬量、定值、開入量、壓板等一系列變電站設備的實時狀態信息數據的采集，基于對自動巡視時間的合理性設置，實施對實際狀態值與數據基準值的對比分析，以此完成對智能變電站內二次設備各類運行數據的在線巡視，并通過圖形的形式實施對相應巡視結果的顯現。在智能診斷系統的運行期間，同期對比分析保護裝置溫度、光強、工作電壓等在線監測數據，以此為基礎對工作電壓不穩定、裝置過熱等運行安全隱患進行預警^[5]。在智能診斷系統的支持下，智能變電站二次設備巡視與故障排除的時間能夠大幅縮減，也推動了供電質量的提高。

3 集成化二次設備關鍵技術的應用效果

在本項目中，依托對預制艙式二次組合設備的應用，促使二次設備的模塊化生產成為現實，體現出對項目建設地點現實地形條件的更好適應，減少了項目規劃建設期間所產生的征地面積與人力資源投入量，對應建設工期也有所縮減，同時也為后續現場運行維護工作的高效率展開提供了便利條件，支持后續對本項目的拓展建設。

基于二次系統的整合設計與處理，實現了對實際投入到本變電站內的設備數量的有效減少，體現了對設備重復配置、設備冗余配置問題的有效規避，提高了整個項目的經濟效益水平，也為電網運行管理工作的優化推行提供了有力支持。

通過搭建、應用層次化保護控制系統，促使設備運維管理的可視化成為現實，也為二次設備的運維監控、狀態評估與檢修作業的高質量落實提供了技術方面的支持，體現出了對智能電網運行穩定性、安全性的更好保護。

結合預制光纜的標準化建設，使“即插即用”得以實現，以此降低在實際智能變電站建設期間所產生的熔接工程量，實現對全站光纜的優化整合，達到降低項目建設期間光纜總體投入量的效果，在縮減整個智能變電站項目建設工期的基礎上，減少了成本投入，也為后續智能變電站項目投產運行與日常檢修維護工作的高效率實施提供良好條件。

綜合來看，依托集成化二次設備技術的合理選定與綜合性利用，提高了智能變電站項目的建設質量，推動了項目社會效益與經濟效益的同時提升，促使智能變電站簡單、高效運維目標得以順利達成。

4 總結

綜上所述，基于預制艙式二次組合設備的引入、二次系統的整合、搭建層次化保護控制系統、預制光纜的標準化等二次設備集成關鍵技術的合理應用，能夠為智能變電站項目的高質量建成提供有力支持，同時提高了智能變電站項目的社會效益與經濟效益，助推著智能變電站運行、運維效率與簡單程度的持續性提高，為變電站管理工作的智慧化發展提供有力支持。

參考文獻：

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