淺談智能變電站二次設(shè)備集成優(yōu)化

鄭琴秀

（福建省莆田供電公司，福建 莆田 351100）

0 概述

隨著智能化變電站技術(shù)的發(fā)展以及IEC61850協(xié)議的不斷推廣，智能化變電站的建設(shè)已由理論研究階段邁進(jìn)了工程實(shí)踐階段，同時提供了二次設(shè)備及相關(guān)功能進(jìn)一步整合的技術(shù)基礎(chǔ)，本文通過對智能站的分析，提出了智能變電站二次設(shè)備優(yōu)化整合的具體實(shí)施方案。

1 智能變電站二次設(shè)備優(yōu)化整合的必要性

智能變電站是智能電網(wǎng)的重要組成部分，設(shè)備信息數(shù)字化、功能集成化、結(jié)構(gòu)緊湊化是智能站的重要特征。但目前存在二次設(shè)備功能重復(fù)配置，造成投資浪費(fèi)、增加運(yùn)行維護(hù)工作量，因此對二次設(shè)備進(jìn)行相同功能、相同設(shè)備的整合是十分必要的，可極大提高變電站運(yùn)行管理水平、減少二次功能房間面積、減少運(yùn)行維護(hù)工作量、降低全壽命周期成本，大大推進(jìn)智能電網(wǎng)和智能變電站的建設(shè)。

2 智能化變電站二次設(shè)備優(yōu)化整合方案

智能變電站與常規(guī)變電站最大的區(qū)別是改造了整個變電站的架構(gòu)和建設(shè)模式，基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的智能化變電站統(tǒng)一數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架為二次系統(tǒng)優(yōu)化整合提供技術(shù)支撐，可避免信息重復(fù)采樣，達(dá)到信息共享，節(jié)約二次系統(tǒng)造價和運(yùn)行成本，提高電力系統(tǒng)可用率和電網(wǎng)自動化水平。

2.1 110kV保護(hù)測控計(jì)量一體化的優(yōu)化整合

智能變電站間隔層設(shè)備由保護(hù)裝置、測控裝置、計(jì)量、PMU等設(shè)備構(gòu)成，完成對過程層設(shè)備實(shí)時運(yùn)行電氣量的采集，并進(jìn)行處理、分析后，將信息上送至站控層；同時也將站控層的相關(guān)控制命令下發(fā)至過程層設(shè)備進(jìn)行執(zhí)行。

目前智能變電站內(nèi)35kV及以下的保護(hù)測控計(jì)量一體化裝置已經(jīng)被大面積使用，保護(hù)測控計(jì)量集成裝置的出現(xiàn)，大大節(jié)省了設(shè)備數(shù)量、屏位空間和二次光纜，同時可顯著簡化智能變電站二次設(shè)備構(gòu)架，是今后智能變電站二次配置的主流發(fā)展方向?？紤]到110kV線路不存在結(jié)算關(guān)口計(jì)量點(diǎn)，故可參照35kV模式。110kV線路間隔采用保護(hù)測控計(jì)量集成裝置，不再配置獨(dú)立的電度表。采用就地下放布置時，可以節(jié)省智能控制柜的空間占用，同時緩解大量設(shè)備集中在就地智能控制柜所帶來的安全性問題。

國內(nèi)主流二次設(shè)備廠家保護(hù)測控計(jì)量一體化裝置的保護(hù)、測控、計(jì)量均分別采用獨(dú)立的插件及獨(dú)立的CPU單元，除輸入輸出采用同一接口，共用電源插件外，其余保護(hù)插件、測控插件、計(jì)量插件、錄波插件均完全獨(dú)立，保護(hù)功能、原理均不改變，因此對保護(hù)的速動性、可靠性并無影響。

2．2 智能終端和合并單元的優(yōu)化整合

智能變電站的過程層設(shè)備由合并單元、智能終端等構(gòu)成，完成與一次設(shè)備相關(guān)的功能，包括實(shí)時運(yùn)行電氣量的采集、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測、控制命令的執(zhí)行智能終端主要完成斷路器、隔離刀閘的位置和狀態(tài)信號等數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)發(fā)，并完成測控、保護(hù)單元經(jīng)GOOSE網(wǎng)絡(luò)下發(fā)的分、合閘命令。合并單元用以對來自二次轉(zhuǎn)換器的電流和電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行時間相關(guān)組合的物理單元。合并單元可以是互感器的一個組件，也可以是一個分立單元。兩者均能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)傳輸方式。

目前國內(nèi)現(xiàn)階段智能化變電站往往將智能終端單元、合并單元單獨(dú)配置，并就近安裝在配電裝置內(nèi)的智能控制柜內(nèi)。在110kV及以下電壓等級的變電站中，由于采用單套配置原則，在智能控制柜的空間安裝問題還不是很突出。但在220kV及以上電壓等級的變電站中，由于采用雙重化配置原則，即2套獨(dú)立的合并單元和2套獨(dú)立的智能終端，1個智能控制柜中要安放4個單元設(shè)備，這還不包括將來可能加入的開關(guān)在線監(jiān)測等設(shè)備，就會使高電壓等級變電站智能控制柜的使用空間較為緊張，如果把雙重化配置的設(shè)備安放在兩個獨(dú)立的智能控制柜中，這無疑更增加了占地和變電站建設(shè)的成本。

目前有多個廠家已生產(chǎn)出合格的合并單元和智能終端一體化裝置。合并單元和智能終端一體化裝置一般采用雙CPU的實(shí)現(xiàn)方式，通用平臺化的插件和靈活的組合，可以滿足不同電壓等級智能變電站的需求。合并單元和智能終端一體化裝置采用功能獨(dú)立的兩塊CPU，CPU選用實(shí)時性處理能力強(qiáng)大的PowerPC和FPGA。兩塊CPU中，一塊用于智能終端的處理，一塊用于合并單元的處理，功能獨(dú)立的設(shè)計(jì)可以有效防止當(dāng)采樣環(huán)節(jié)CPU故障導(dǎo)致該間隔主保護(hù)退出時，跨間隔保護(hù)對該間隔的故障切除，保證智能終端的優(yōu)先可靠性。

綜上所述，除主變外，線路間隔采用合并單元、智能終端一體化裝置從技術(shù)上是完全可行的，是符合智能變電站“節(jié)約環(huán)保、功能集成、配置優(yōu)化”的建設(shè)要求。

2．3 合并單元智能終端一體化裝置采用SV/GOOSE共網(wǎng)共口

合并單元和智能終端一體化裝置可靈活適用于的各種組網(wǎng)方案，CPU可以獨(dú)立對外進(jìn)行直采直跳的網(wǎng)絡(luò)連接或者組網(wǎng)連接 （GOOSE網(wǎng)絡(luò)或者SV網(wǎng)絡(luò)）。當(dāng)網(wǎng)口使用數(shù)量大于CPU本板網(wǎng)口數(shù)量時，可采用CC插件對網(wǎng)口進(jìn)行擴(kuò)展。當(dāng)采用三網(wǎng)合一的組網(wǎng)方案時，雙CPU之間通過高速總線進(jìn)行通信。

由于合并單元和智能終端均為過程層設(shè)備，分別使用IEC 61850-9-2和GOOSE傳輸數(shù)據(jù)，雖然協(xié)議不同，但都是通過光纖以太網(wǎng)組播發(fā)送的方式來傳輸數(shù)據(jù)，所以物理端口雙方是完全可以復(fù)用的，可以實(shí)現(xiàn)過程層SV/GOOSE共網(wǎng)共口，該方式可將SV或者GOOSE單獨(dú)發(fā)送的光口數(shù)量減少一半，同時可有效減少與之配合的保護(hù)裝置管控?cái)?shù)量配置 （減少一半），這樣就不但節(jié)約大量的硬件資源，也使網(wǎng)絡(luò)得以簡化。

3 二次設(shè)備優(yōu)化整合后的優(yōu)點(diǎn)

（1）二次設(shè)備優(yōu)化整合后，大大的減少二次屏柜、電纜及施工現(xiàn)場工作量，現(xiàn)場施工僅保留少量的電纜及電源接線，施工工作量得到大量簡化，工期大大縮短，可相應(yīng)減少相關(guān)施工人員配置。但同時也要求施工人員具有更全面的專業(yè)知識、較高的分析能力。

（2）二次設(shè)備優(yōu)化整合后極大降低了運(yùn)行維護(hù)工作量，應(yīng)加強(qiáng)對運(yùn)行維護(hù)人員的培訓(xùn)工作，以適應(yīng)智能變電站的運(yùn)行維護(hù)工作。

（3）二次設(shè)備優(yōu)化整合后，簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益，同時也滿足全壽命周期設(shè)計(jì)可靠性、安全性、可施工性等要求。

4 結(jié)論

綜上所述，通過對二次設(shè)備功能優(yōu)化整合后，達(dá)到信息共享、節(jié)約用電、節(jié)約工程造價，智能變電站二次設(shè)備優(yōu)化整合的具體實(shí)施方案如下：

1）110kV系統(tǒng)采用保護(hù)測控計(jì)量一體化裝置。

2）合并單元智能終端一體化裝置。

3）合并單元智能終端一體化裝置采用SV/GOOSE共網(wǎng)共口。