智能變電站二次系統(tǒng)的安全優(yōu)勢分析

潘柏辰

（廣西博陽電力工程建設有限責任公司　廣西　南寧　530022）

智能變電站二次系統(tǒng)的安全優(yōu)勢分析

潘柏辰

（廣西博陽電力工程建設有限責任公司廣西南寧530022）

本文簡要地分析了智能變電站的發(fā)展狀況以及其二次系統(tǒng)的網(wǎng)絡構架，及對比智能變電站與常規(guī)變電站二次系統(tǒng)的區(qū)別，并對智能變電站二次系統(tǒng)的安全優(yōu)勢進行深入地分析。

智能變電站；二次系統(tǒng)；安全優(yōu)勢

1　智能變電站發(fā)展現(xiàn)狀

1.1智能變電站二次系統(tǒng)結構

對于智能變電站二次系統(tǒng)，其基本結構主要是對分層分布式變電站結構進行一種改進與繼承。智能變電站結構一般包括三層：站控層、過程層以及間隔層。在邏輯關系上，過程層網(wǎng)絡屬于過程層與間隔層之間相關設備信息交流的媒介，而變電站層網(wǎng)絡則屬于間隔層和變電站層之間相關設備通信交流的中介，進而構建了智能變電站現(xiàn)有的三層設備與兩層網(wǎng)絡結構。基于IEC61850標準分層的變電站結構，在過程層網(wǎng)絡上傳輸著兩種較為重要的數(shù)據(jù)：①SMV采樣值報文；②GOOSE報文。二者報文技術對變電站的全部信息進行有效傳輸。其中，交流量的上送，即電流、電壓值由前者完成，而上送開關量和下發(fā)分合閘控制命令則由后者來完成。

1.2通信模式的網(wǎng)絡構架

智能變電站，也被稱作數(shù)字化變電站，是一類現(xiàn)代化特質極濃的變電站，是建立在“IEC61850通信規(guī)劃”基礎上，由網(wǎng)絡二次設備分層以及包含智能終端、智能斷路器、智能變壓器等的智能化一次設備構建而成，各項智能電氣設備之間可以實現(xiàn)交互操作以及互相分享信息。

智能變電站二次系統(tǒng)由過程層、間隔層、站控層三者構成，運用分布式網(wǎng)絡結構和開放式分層結構，以IEC61850為標準。間隔層以點對點的模式與過程層相連；然而與站控層則之間則以雙以太網(wǎng)相連，被行內稱作“三層兩網(wǎng)”結構；OOSE系統(tǒng)則使用網(wǎng)絡通訊模式。

1.2.1站控層

由打印機、通訊監(jiān)控系統(tǒng)、遠動系統(tǒng)、變電站監(jiān)控系統(tǒng)等構成，實時數(shù)據(jù)運用兩級高速網(wǎng)絡來實現(xiàn)刷新操作，并進一步匯合集中整站的數(shù)據(jù)信息。根據(jù)有光規(guī)約給控制調度中心發(fā)送數(shù)據(jù)并從中心接收相關命令，發(fā)送給過程層和間隔層去執(zhí)行。

1.2.2間隔層

由測控裝置、保護裝置以及其他職能設備組成，各間隔設備間相對獨立，直接下放到開關柜和職能控制柜上，通過通訊網(wǎng)互相聯(lián)系。間隔層的功能主要有：承上啟下的通信功能，快速實現(xiàn)與其他層的網(wǎng)絡通信；將本間隔過程層接收到的實時信息匯合集中。

1.2.3過程層

由過程層網(wǎng)絡設備、智能開關設備、電子互感器等組成，作為二次設備以及一次設備的結合體，運用100M光纖以太網(wǎng)，以光纖傳輸介質，不僅可以操作控制的驅動和執(zhí)行，還能實時檢測電氣量。其中操作控制不但包括隔離開關，還包含斷路器合分控制、電容投切控制等等。

2　智能變電站與常規(guī)變電站二次系統(tǒng)的區(qū)別

作為智能變電站的核心，二次系統(tǒng)跟常規(guī)變電站的比較，主要在改變了以下幾個方面：

（1）常規(guī)變電站通過運用電纜連接傳輸信號，電纜跟信號一一對應；而智能變電站二次系統(tǒng)中通過智能裝置傳輸信號，光纜或電纜沒法描述真實的功能互操作關系，只能反應出裝置的物理連接關系。

（2）常規(guī)變電站中，智能裝置具有一定的功能，決定了產品的版本以及型號，決定了功能的配置狀況；智能變電站二次系統(tǒng)中的智能裝置不能反應功能的配置，只是一個通用的運行平臺。

（3）智能變電站二次系統(tǒng)中，通過配置數(shù)據(jù)承載、描述功能之間的通信關系以及部署情況，智能電網(wǎng)中每個環(huán)節(jié)也都重點關注這類配置數(shù)據(jù)。然而，常規(guī)變電站不用這類的數(shù)據(jù)。

3　智能變電站二次系統(tǒng)的安全優(yōu)勢

與普通傳統(tǒng)的變電站相比，智能變電站二次系統(tǒng)有著明顯的優(yōu)勢，尤其是安全生產工作便顯得極為重要。

3.1減少繼電保護裝置中的安全隱患

110kV及其以上的系統(tǒng)經(jīng)過最近幾年的不斷改造，繼電保護技術突飛猛進，大致上實現(xiàn)了系統(tǒng)的微機化，在很大程度上地提高了繼電保護的正確動作率，但是仍然沒能做到持續(xù)、長期地提高，主要有以下七個原因：

（1）二次回路設計中，存在電纜老化嚴重接地、執(zhí)行反措不到位、電纜太長、接線錯誤等現(xiàn)象，導致了保護誤動。

（2）跳間矩陣與控制字的錯誤設置，過多的定值項。

（3）檢查低壓減載壓板、季節(jié)性負荷等工作的量過于大，導致容易出現(xiàn)工作失誤。

（4）缺少備自投保護、母差保護等保護裝置的部分配電系統(tǒng)，導致上一級的保護很難起到保護的作用而使得事故擴大，中斷了供電。

（5）CT特性不一致或者惡化導致了區(qū)外故障誤動或者錯過切除故障的最佳時機，延遲了最佳的切除時間。

（6）保護通道類存在問題。

（7）直流電源回路在變電站中故障接地，繼電器保護誤跳閘頻頻出現(xiàn)。

然而，相比之下，智能變電站二次系統(tǒng)中的二次電纜比較少，沒有重復地收集交流信息和增多硬件設備，分散功能到對應的間隔保護單元當中，使得網(wǎng)絡化低壓低頻減載功能、網(wǎng)絡化備自投、保護網(wǎng)絡化母線等得到有效實現(xiàn)，大致上消除了限制繼電保護不斷提高運行水平的因素。與此同時，有效地減少了運行維護工作者的“三誤”事故和把手，有效地保護了按鈕、壓板、定值，簡化了控制字。因為直接使用了數(shù)字量，所以反映出來的電氣量信息相對比較真實。另外，為了有效地增強抗干擾的能力，增大集成度，應該在裝置中運用更加先進的原理；同時，可以實施在線自動化檢測修理、在線監(jiān)測等措施來增強系統(tǒng)穩(wěn)定性能，而設置光纖通道則在于解決由于通道設備以及通道故障而導致發(fā)生的高頻保護誤動。

取消大規(guī)模的電纜硬連接這一做法，有效地數(shù)字化了整個作業(yè)過程，智能變電站二次系統(tǒng)包含了更好的保護功能，二次接線方面操作也更為簡潔易懂，變電站系統(tǒng)變得更為可靠安全。另外，智能變電站二次系統(tǒng)的設備的使用數(shù)量降低了許多，相應的維修工作量減少了許多，而且采用的標準是IEC61850，站內信息的孤島模式消失了，不同廠家之間的設備互操作得以有效的實現(xiàn)，不僅優(yōu)化了布局功能，而且二次系統(tǒng)得以簡化，提升了大電網(wǎng)的災害防治功能，也提升了大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定水平。

3.2增大變電站的可靠性

（1）二次系統(tǒng)中，通信網(wǎng)絡不用規(guī)約轉換，運用統(tǒng)一化的通信規(guī)約IEC61850，維護難度、調度難度、設計難度以及系統(tǒng)的難度減小了，通信速度增大了，所以系統(tǒng)的性能得到有效的提高。

（2）使用光纜傳輸，不僅能夠使數(shù)字信號不再受到電纜電磁的干擾，而且可以減少發(fā)生傳輸中信號失真、信號衰減的情況，在提高測量系統(tǒng)、保護系統(tǒng)和計量系統(tǒng)的上精度起到重要作用。

（3）相關的保護裝置針對電子式互感器暫態(tài)性能較好、較高精度、沒有磁飽和的特點來優(yōu)化有關的保護算法，保護性能得以有效的提高。

（4）按照GB/T14285中“除出口繼電器外，保護裝置內的任一元件損壞時，保護裝置不應誤動作跳閘”的要求，智能變電站二次系統(tǒng)內的過程層網(wǎng)絡交換機、智能終端、光纖連接、合并單元、二次轉換器等一系列設備中，除了出口繼電器之外的任何一個元件損壞時，不會引發(fā)保護誤動。實現(xiàn)了這個要求才能有效地增強保護裝置的可靠性能。

（5）設備有著較強的自我檢測能力?；ジ衅靼l(fā)生故障或者通訊故障時，合并器收不到數(shù)據(jù)而發(fā)出警告信號，可以實時檢測MMS網(wǎng)、SV網(wǎng)、GOOSE網(wǎng)，不僅減少了運行工作人員的工作量，而且增強了運行系統(tǒng)的可靠性。

3.3提升了變電站安全性

（1）由于采用了電子式互感器，與常規(guī)普通的互感器不同，智能變電站二次系統(tǒng)中沒有二次開路、諧振、磁飽和、二次接地短路等問題，數(shù)字量輸出、動態(tài)范圍寬、絕緣簡單，低壓部分使用光電隔離、電子式互感器高，有效地增強了安全性，消除了二次短路等設備不安全或者危害身體的問題。除此之外，沒有限制的二次輸出容量以及不會飽和的ECT，使得因CT飽和而產生的保護誤動、拒動的現(xiàn)象不復存在，整個電網(wǎng)也因此變得更加安全。

（2）在智能變電站二次系統(tǒng)中，電纜運用用光纜來代替，避免了電纜破損、人員誤碰引發(fā)的CT回路兩點接地出現(xiàn)保護拒動或誤動的問題出現(xiàn)，并且由于直流接地，回路發(fā)生接地或短路的現(xiàn)象減少了許多，傳統(tǒng)普通的電纜中出現(xiàn)的接線端子短路、開路、發(fā)熱、松動的危險不復存在，由于直流接地導致的斷路器偷跳或者保護裝置誤動的現(xiàn)象也不再發(fā)生，有效的減小了二次回路出現(xiàn)缺陷的概率，系統(tǒng)及變電站的安全運行水平得以整體地提升。

4　總結

智能變電站由網(wǎng)絡二次設備和智能化一次設備兩種設備組成，智能變電站二次系統(tǒng)由過程層、間隔層、站控層三者構成，其中，間隔層與過程層、站控層間的連接方式不同，分別是雙以太網(wǎng)連接和點對點連接。與普通常規(guī)的變電站相比，智能變電站二次系統(tǒng)有著明顯的安全優(yōu)勢，不僅可以減少繼電保護裝置中很有可能出現(xiàn)的安全隱患，也能夠有效地增大變電站的可靠性能，還能夠有效地提升變電站的安全性能。

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TM63

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1673-0038（2015）30-0278-02

2015-7-1

潘柏辰（1978-），男，工程師，本科，主要從事電力工程建設管理工作。