智能變電站二次設(shè)備集成方案研究

王 碩

（自貢華能電器有限公司，四川 自貢 643000）

目前，智能變電站二次設(shè)備的配置主要采用分層分布式結(jié)構(gòu)，面向間隔，功能獨(dú)立。此種模式的運(yùn)用，可以提高變電站二次設(shè)備應(yīng)用的可靠性，使其良好運(yùn)行。但因采用分層分布式結(jié)構(gòu)設(shè)置的智能變電站設(shè)備存在硬件配置重復(fù)、全站接線復(fù)雜的情況，這使得智能變電站信息共享效果不佳，各個(gè)設(shè)備難以及時(shí)運(yùn)用信息來(lái)合理運(yùn)行。對(duì)此，應(yīng)當(dāng)對(duì)智能變電站二次設(shè)備進(jìn)行集成整合處理，提升智能變電站的自動(dòng)化、智能化、先進(jìn)化、科學(xué)化水平。所以，變電站二次設(shè)備集成整合處理是非常有意義的。

一、智能變電站二次設(shè)備集成的概述

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)、科技的發(fā)展，我國(guó)電力行業(yè)有很大程度的進(jìn)步。就以變電站來(lái)說(shuō)，從傳統(tǒng)變電站轉(zhuǎn)化為智能變電站，這使得變電站的運(yùn)行更加安全、穩(wěn)定、高效。因?yàn)镮EC 61850標(biāo)準(zhǔn)在電力系統(tǒng)自動(dòng)化領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，使得網(wǎng)絡(luò)采樣在變電站中得到有效應(yīng)用，推動(dòng)了智能變電站發(fā)展，也促進(jìn)了智能變電站二次設(shè)備集成裝置。同時(shí)，IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的推廣應(yīng)用，就意味著智能變電站在其影響下向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向更好的發(fā)展。而要想真正促使智能變電站良好發(fā)展，就需要以IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，對(duì)智能變電站的二次設(shè)備進(jìn)行集成整合處理，使變電站的二次設(shè)備在各種先進(jìn)技術(shù)的支持下，可以更加自動(dòng)化的、先進(jìn)化的、合理化的運(yùn)行，為推動(dòng)智能變電站良好發(fā)展創(chuàng)造條件。所以，在2010年國(guó)際電網(wǎng)公司提出“占地少、造價(jià)省、效率高”的新一代智能變電站，為促進(jìn)智能變電站可以安全可靠、運(yùn)用靈活、運(yùn)維簡(jiǎn)便、節(jié)約環(huán)保提供保障，在智能變電站二次設(shè)備進(jìn)行集成整合處理方面顯得尤為必要。

二、智能變電站二次設(shè)備集成方案研究

伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)變電站已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄茏冸娬?，使得變電站運(yùn)行更加高效、穩(wěn)定。但因智能變電站還存在一些不足，使其應(yīng)用存在缺陷。對(duì)此，應(yīng)當(dāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)智能變電站二次設(shè)備集成方案，從而對(duì)智能變電站二次設(shè)備集成整合處理，提高二次設(shè)備的應(yīng)用水平，為使智能變電站可以自動(dòng)化、先進(jìn)化、智能化的運(yùn)行創(chuàng)造條件。對(duì)于智能變電站二次設(shè)備集成整合，主要是：

（一）過(guò)程層設(shè)備集成

對(duì)智能變電站過(guò)程層設(shè)備進(jìn)行集成處理，主要是對(duì)過(guò)程層設(shè)備進(jìn)行合并單元和智能終端的集成。因?yàn)镮EC 61850標(biāo)準(zhǔn)推廣應(yīng)用情況下，過(guò)程層設(shè)備中的一次設(shè)備，如互感器、斷路器等，需要進(jìn)行數(shù)字化處理，促使一次設(shè)備所采集的信息可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的傳輸。這就使得二次設(shè)備的接口必須實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。而將IEC61850標(biāo)準(zhǔn)作為依據(jù)，對(duì)過(guò)程層二次設(shè)備進(jìn)行合并單元和智能終端集成，可以使過(guò)程層二次設(shè)備無(wú)論是接受信息還傳輸信息均實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。在合并單元和智能終端設(shè)備應(yīng)用越來(lái)越廣泛的情況下，對(duì)過(guò)程層二次設(shè)備進(jìn)行合并單元和智能終端的集成，可以使設(shè)備的整體性更加穩(wěn)定，并會(huì)在設(shè)備運(yùn)行的情況下考慮同一間隔內(nèi)其他設(shè)備情況，以便高效的完成數(shù)據(jù)傳輸，為降低設(shè)備成本、提高設(shè)備運(yùn)行效率創(chuàng)造條件。對(duì)于過(guò)程層設(shè)備的集成，可以采用兩種方法，其一就是安裝同一個(gè)機(jī)箱，使設(shè)備與機(jī)箱有效連接，利用此機(jī)箱來(lái)對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行控制和調(diào)整，促使電力設(shè)備在其硬件上僅有一塊電源板的情況下依舊可以切實(shí)有效的應(yīng)用。其二就是根據(jù)過(guò)程層設(shè)備應(yīng)用實(shí)際情況以及設(shè)備運(yùn)行要求，重新設(shè)計(jì)設(shè)置集成裝置，將電源、人機(jī)接口、網(wǎng)絡(luò)通信等都納入其中，進(jìn)而將其與過(guò)程層設(shè)備進(jìn)行有效連接，整合對(duì)時(shí)功能、遙信采集功能，改進(jìn)合并單元的電壓并列和切換功能，如此可以使過(guò)程層設(shè)備可以在集成處理的情況下，智能化、數(shù)字化、科學(xué)化的應(yīng)用（如圖1所示）。

（二）間隔層設(shè)備集成

1 保護(hù)測(cè)控集成裝置

所謂保護(hù)測(cè)控集成裝置就是針對(duì)110kV及以下電壓等級(jí)，主要基于安全可靠的原則，同時(shí)考慮現(xiàn)有運(yùn)行管理方式。在保護(hù)測(cè)控集成裝置應(yīng)用越來(lái)越成熟的情況下，將其應(yīng)用于開(kāi)關(guān)柜式10kV、35kV電壓等級(jí)的線路間隔上，可以在線路的間隔處安裝，彌補(bǔ)以往保護(hù)裝置、測(cè)控裝置難以安裝在開(kāi)關(guān)柜上的問(wèn)題。保證測(cè)控集成裝置應(yīng)用于敞開(kāi)式開(kāi)關(guān)設(shè)備（AIS）方式的110kV線路間隔處，可以有效保護(hù)110kV線路，還可以促使此線路創(chuàng)造更多經(jīng)濟(jì)效益。

2 集中式保護(hù)裝置

IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用推動(dòng)了網(wǎng)絡(luò)采樣技術(shù)發(fā)展，可以實(shí)現(xiàn)全站信息共享，這給母線保護(hù)帶來(lái)了重大改變。以此為依據(jù)，提出的集中式保護(hù)裝置可以在網(wǎng)絡(luò)采樣的支持下共享全站信息，并利用網(wǎng)絡(luò)跳閘來(lái)實(shí)現(xiàn)多間隔保護(hù)電力設(shè)備。將集成式保護(hù)裝置應(yīng)用到35kV變電站中，促使集成式保護(hù)裝置可以實(shí)現(xiàn)間隔性保護(hù)，則需要合理設(shè)置線路保護(hù)插件、主變保護(hù)插件等，使集成式保護(hù)裝置實(shí)時(shí)監(jiān)控和保護(hù)電力設(shè)備，促使變電站可以安全、穩(wěn)定、高效的運(yùn)行。而將集成式保護(hù)裝置應(yīng)用到220kV變電站中，應(yīng)當(dāng)采用“直采直跳”的方式來(lái)運(yùn)用裝置。也就是根據(jù)220kV變電站的實(shí)際情況，利用多間隔的采樣傳輸光纖來(lái)設(shè)置集成式保護(hù)裝置，這可以使集成式保護(hù)裝置在220kV變電站中充分發(fā)揮作用。

3 集成測(cè)控裝置

集成測(cè)控裝置與集成保護(hù)裝置（集中式保護(hù)裝置）類似，主要針對(duì)現(xiàn)有變電站保護(hù)和測(cè)控分開(kāi)配置存在設(shè)備數(shù)量大的現(xiàn)狀而提出。由于以往變電站中應(yīng)用的測(cè)控裝置對(duì)實(shí)時(shí)性要求較低，這使得其在應(yīng)用的過(guò)程中難以考慮母線間隔這一問(wèn)題，這使得測(cè)控裝置無(wú)法有效的、準(zhǔn)確的進(jìn)行間隔穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的測(cè)量，并對(duì)其進(jìn)行有效控制。而集成測(cè)控裝置的應(yīng)用，則可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)測(cè)控裝置的缺陷。以下就對(duì)集成式測(cè)控設(shè)備的集成進(jìn)行說(shuō)明。

（1）3/2接線形式下測(cè)控設(shè)備集成

3/2接線形式的測(cè)控設(shè)備的集成，主要目的是解決傳統(tǒng)測(cè)控裝置經(jīng)常斷路、線路受損、高抗配置的問(wèn)題。對(duì)于3/2接線形式下測(cè)控設(shè)備的集成是每2串或多串的測(cè)控設(shè)備相互集成，進(jìn)而對(duì)整個(gè)變電站的電壓等級(jí)進(jìn)行測(cè)控。但具體進(jìn)行測(cè)控設(shè)備集成過(guò)程中，需要重點(diǎn)解決一個(gè)問(wèn)題，那就是光線端口的寬帶問(wèn)題。根據(jù)IEC 61850對(duì)于數(shù)據(jù)幀的定義，每臺(tái)Mu發(fā)送的IEc61850—9—2格式的數(shù)據(jù)幀所用寬帶，需要通過(guò)其計(jì)算公式來(lái)合理計(jì)算。計(jì)算公式為：

注：Ω表示為寬帶；C1=9.54×10-7；C2=8；τ表示為每周波采樣點(diǎn)數(shù)；Nid表示為每幀采樣數(shù)據(jù)通道數(shù)量；ε表示為每個(gè)數(shù)據(jù)幀中除采樣值外的其他數(shù)據(jù)占用的字節(jié)數(shù)。

為保證交換機(jī)的合理使用及數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)耐暾?，利用上述公式?lái)計(jì)算利用交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，所需要的寬帶值，以此為依據(jù)，合理設(shè)置測(cè)控設(shè)備集成的端口寬帶，如此可以實(shí)現(xiàn)3/2接線形式的測(cè)控設(shè)備的有效集成。

（2）66kV及以下電壓等級(jí)測(cè)控設(shè)備集成

由于66kV及以下電壓等級(jí)的一次主接線常見(jiàn)于兩種情況。但目前應(yīng)用比較廣泛的一種是高電壓等級(jí)變壓站的低壓側(cè)，使66kV的側(cè)主線接在測(cè)控電壓的母線上，在與變壓器、電容器等無(wú)功設(shè)備進(jìn)行連接。為了使66kV及以下電壓等級(jí)測(cè)控設(shè)備可以有效集成，可以安裝每段母線配置情況，將具有各種功能的設(shè)備通過(guò)統(tǒng)一的母線進(jìn)行連接（如圖2所示）。需要注意的是母線上設(shè)置“直采直跳”的采樣跳閘方式，摒棄了采用獨(dú)立的功能插件和CUP單元，如此可以使集成式設(shè)備具有整合保護(hù)、測(cè)量、計(jì)量、尋波等多種功能。

（三）站控層設(shè)備集成

因?yàn)檎究貙釉O(shè)備主要由監(jiān)控主機(jī)、數(shù)據(jù)服務(wù)器、綜合應(yīng)用服務(wù)器、工程師工作站、PMU數(shù)據(jù)集中器、計(jì)劃管理終端等設(shè)備構(gòu)成。綜合站控層設(shè)備應(yīng)用情況來(lái)看，說(shuō)是對(duì)站控層設(shè)備集成倒不如是一體化監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建。因?yàn)槔谜究貙釉O(shè)備來(lái)構(gòu)建一體化監(jiān)控系統(tǒng)，可以使其有效的梳理和整合變電站的數(shù)據(jù)流向、應(yīng)用功能，如此可以使變電站更加高效、穩(wěn)定、安全的運(yùn)行。其實(shí)，利用站控層設(shè)備來(lái)組建一體化監(jiān)控系統(tǒng)，可以減少站控層設(shè)備的應(yīng)用，降低設(shè)備應(yīng)用成本；可以更加智能化地管理變電站，提高變電站的運(yùn)行水平；可以著眼于未來(lái)二次電力設(shè)備技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，不斷維護(hù)、優(yōu)化、創(chuàng)新變電站，促使其充分發(fā)揮作用。

結(jié)語(yǔ)

在我國(guó)智能變電站應(yīng)用越來(lái)越重要的情況下，對(duì)智能變電站二次設(shè)備進(jìn)行集成化處理，可以使智能化變電站設(shè)備得到創(chuàng)新、優(yōu)化和調(diào)整，進(jìn)而降低變電站設(shè)備成本，提高設(shè)備運(yùn)行效率和質(zhì)量，為推動(dòng)智能變電站朝著自動(dòng)化、先進(jìn)化、科學(xué)化、智能化的方向發(fā)展創(chuàng)造條件。總之，對(duì)智能變電站的過(guò)程層設(shè)備集成、間隔層設(shè)備集成、站控層設(shè)備集成處理，將真正意義上促進(jìn)智能變電站應(yīng)用水平的提高。

[1]倪益民，楊宇，樊陳，等.智能變電站二次設(shè)備集成方案討論[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2014（03）：194-199.

[2]曹亮，陳小衛(wèi)，肖筱煜，等.新一代智能變電站二次設(shè)備集成方案[J].電力建設(shè)，2013，34（06）：26-30.

[3]黃怡毅.智能變電站二次設(shè)備的集成整合方案[J].廣東科技，2013，22（10）：78-79.

[4]鄭瑞忠.二次系統(tǒng)優(yōu)化集成整合方向探討[J].能源與環(huán)境，2014（03）：44-46.