智能變電站過(guò)程層二次設(shè)備調(diào)試技術(shù)研究進(jìn)展

李少華等

【摘 要】智能變電站調(diào)試是智能變電站建設(shè)的重要內(nèi)容，與傳統(tǒng)變電站相比，智能變電站調(diào)試技術(shù)更復(fù)雜、更抽象。三層兩網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的過(guò)程層是智能變電站二次系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的部分，其調(diào)試效率也對(duì)二次系統(tǒng)的整體調(diào)試效率有著決定性作用。從過(guò)程層二次設(shè)備自身功能特點(diǎn)入手，分別對(duì)一次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、智能終端、互感器與合并單元系統(tǒng)的調(diào)試步驟和調(diào)試要點(diǎn)進(jìn)行分析總結(jié)，并對(duì)當(dāng)前智能變電站過(guò)程層二次設(shè)備調(diào)試存在的突出問(wèn)題提出了改進(jìn)建議。

【關(guān)鍵詞】智能變電站；過(guò)程層；在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；智能終端；合并單元

【Abstract】The debugging is an important part of smart substation construction， Compared with the traditional substation， the secondary system of the smart substation debugging technology is more complex， more abstract. The process layer of the network structure is the basic part then the debugging efficiency of it has a decisive role on the secondary system debugging. This paper obtains from the process layer functions with the device itself， respectively analyzed the debugging steps and debugging points of the on-line monitoring system、smart terminal and the transformer merging unit system then it put forward the improvement suggestions.

【Key words】Smart substation； The process layer； The on-line monitoring system； Smart terminal； Merging unit

0 引言

隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的加速，智能變電站也越來(lái)越普及，與傳統(tǒng)數(shù)字式變電站相比，智能變電站具有數(shù)據(jù)互換性好，組網(wǎng)靈活等優(yōu)點(diǎn)。因智能變電站基于IEC61850協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)和設(shè)備數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一，減少了大量電纜連接，便于設(shè)計(jì)施工，但是，數(shù)據(jù)以數(shù)字信號(hào)形式在光纖組成的網(wǎng)絡(luò)間傳輸，與傳統(tǒng)電纜連接相比，直觀性較差，給整個(gè)變電站的調(diào)試工作帶來(lái)一定的困難[1]。目前，國(guó)家電網(wǎng)公司新建智能變電站二次系統(tǒng)多采用三層兩網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其中，過(guò)程層處于變電站二次網(wǎng)絡(luò)最底層，在調(diào)試過(guò)程中，過(guò)程層設(shè)備調(diào)試效果對(duì)二次系統(tǒng)整體調(diào)試至關(guān)重要。因此，需對(duì)智能變電站過(guò)程層設(shè)備調(diào)試技術(shù)進(jìn)行研究，采用效率較高的調(diào)試方法和手段，有效促進(jìn)智能變電站的推廣和應(yīng)用。

1 智能變電站二次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前，智能變電站采用三層兩網(wǎng)結(jié)構(gòu)，智能變電站二次系統(tǒng)如圖1所示，主要包括過(guò)程層智能一次設(shè)備集成的二次設(shè)備和上層（間隔層和站控層）二次設(shè)備兩大部分。

過(guò)程層二次設(shè)備主要包含智能一次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)裝置、控制裝置（智能終端）以及信號(hào)采集裝置（合并單元）。其中，一次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)裝置，通過(guò)采集安裝于一次設(shè)備本體的傳感器信號(hào)，對(duì)一次設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行判斷。以高壓開關(guān)為例，目前，在線監(jiān)測(cè)主要實(shí)現(xiàn)斷路器分合閘時(shí)間、行程、分合閘線圈電流大小以及SF6氣室內(nèi)部氣體密度、微水等狀態(tài)信息的監(jiān)測(cè)。控制裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)一次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化控制，例如，斷路器智能終端設(shè)備能夠接收保護(hù)裝置、測(cè)控裝置的分合閘命令，并在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)斷路器的分合閘操作。信號(hào)采集裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)信號(hào)的采集與轉(zhuǎn)換，例如，電子式電流互感器采集電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)電流就地?cái)?shù)字化處理后將數(shù)據(jù)傳給合并單元，合并單元完成電流信號(hào)的同步，并安裝IEC61850協(xié)議要求，傳輸給繼電保護(hù)裝置和測(cè)控裝置以及其它二次設(shè)備。

間隔層二次設(shè)備主要包含繼電保護(hù)設(shè)備、測(cè)控裝置等。繼電保護(hù)裝置通過(guò)接收合并單元的電流、電壓信號(hào)，實(shí)時(shí)計(jì)算，在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，及時(shí)發(fā)出分合閘命令信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的保護(hù)。測(cè)控裝置完成二次系統(tǒng)的測(cè)控功能。

站控層是智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的后臺(tái)，其二次設(shè)備主要包含有監(jiān)控后臺(tái)、遠(yuǎn)動(dòng)裝置、保護(hù)信息子站以及在線監(jiān)測(cè)主站系統(tǒng)等[2]。

2 智能變電站過(guò)程層二次設(shè)備調(diào)試

2.1 一次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)裝置調(diào)試

第一，傳感器調(diào)試，傳感器是將監(jiān)測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換為電量的裝置，應(yīng)用于電力系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)的傳感器在使用前需經(jīng)檢測(cè)，檢測(cè)項(xiàng)目包括：安全性、氣密性、精確度等。安全性檢測(cè)主要是檢測(cè)傳感器的絕緣設(shè)計(jì)是否符合要求，一般有耐壓、雷電沖擊等；氣密性主要是檢測(cè)傳感器的安裝結(jié)構(gòu)是否對(duì)一次設(shè)備本體的氣密性造成影響；精確性主要檢測(cè)傳感器的測(cè)量準(zhǔn)確度是否能夠滿足相關(guān)要求。

第二，監(jiān)測(cè)IED配置，根據(jù)整站二次設(shè)計(jì)文件，編輯相關(guān)配置文件對(duì)監(jiān)測(cè)IED與傳感器通信的參數(shù)、監(jiān)測(cè)IED在網(wǎng)絡(luò)中的通信參數(shù)等進(jìn)行設(shè)置。部分監(jiān)測(cè)IED具有數(shù)據(jù)分析等應(yīng)用功能，還需通過(guò)配套的后臺(tái)軟件對(duì)應(yīng)用功能進(jìn)行調(diào)試。完成相關(guān)配置后，測(cè)試其通信功能是否正常。

第三，系統(tǒng)接線及調(diào)試

由于被監(jiān)測(cè)量較多，相關(guān)傳感器的型式也多種多樣，不同的傳感器對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)也不相同。常見的4-20mA電流信號(hào)、RS-485串行通信等，從傳感器到監(jiān)測(cè)IED的接線多用電纜或屏蔽雙絞線。從監(jiān)測(cè)IED到站內(nèi)后臺(tái)系統(tǒng)的接線，由于采用以太網(wǎng)技術(shù)，多采用光纖進(jìn)行連接。

系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，采用分層調(diào)試的方法。

首先，確認(rèn)各傳感器的輸出信號(hào)是否正常；

其次，連接好傳感器與監(jiān)測(cè)IED的接線，依次給傳感器和監(jiān)測(cè)IED供電，通過(guò)監(jiān)測(cè)IED讀取傳感器數(shù)據(jù)，如果能夠正常讀取，則接線正確，如果讀取數(shù)據(jù)時(shí)出現(xiàn)異常，則分析原因并解決知道監(jiān)測(cè)IED能夠正確讀取其連接的所有傳感器數(shù)據(jù)，則該部分調(diào)試完成；

最后，待監(jiān)測(cè)IED與傳感器調(diào)試完成后，連接監(jiān)測(cè)IED與站內(nèi)監(jiān)測(cè)服務(wù)器，檢測(cè)通信是否正常，如果正常則接線調(diào)試完成，如果不正常，檢查接線，重新調(diào)試。

2.2 智能終端調(diào)試

在完成智能終端的配置文件下載后，其調(diào)試重點(diǎn)是分合閘命令執(zhí)行的實(shí)時(shí)性。因此，其調(diào)試主要是進(jìn)行動(dòng)作時(shí)間的測(cè)試和位置信號(hào)傳送測(cè)試。

按照?qǐng)D2所示，連接智能終端和數(shù)字繼電保護(hù)測(cè)試儀，由測(cè)試儀發(fā)送出一組網(wǎng)絡(luò)分、合閘命令，同時(shí)，測(cè)試儀接收智能終端發(fā)出的分、合閘的觸點(diǎn)狀態(tài)信息，記錄報(bào)文發(fā)送與硬觸點(diǎn)輸入的時(shí)間差，該時(shí)間差需滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。

位置信號(hào)傳送測(cè)試，通過(guò)數(shù)字繼電保護(hù)測(cè)試儀硬接線分別給智能終端輸出相應(yīng)的分、合信號(hào)，并且接收智能終端所發(fā)出的GOOSE報(bào)文，解析相應(yīng)的虛端子信息，觀察其狀態(tài)與實(shí)端子狀態(tài)是否一致。

2.3 電子式互感器與合并單元調(diào)試

近年來(lái)，隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的推進(jìn)，電子式互感器逐漸開始應(yīng)用，與傳統(tǒng)互感器相比，電子式互感器有較好的抗飽和性能，是未來(lái)互感器發(fā)展的方向。在智能變電站工程中，電子式互感器與合并單元配套使用，組成一個(gè)系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)的電壓、電流進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，并將測(cè)量數(shù)據(jù)提供給保護(hù)、測(cè)控、計(jì)量等。在調(diào)試過(guò)程中，一般把二者分開單獨(dú)調(diào)試，待單個(gè)系統(tǒng)調(diào)試完成后，再進(jìn)行總體調(diào)試。

電子式互感器的調(diào)試內(nèi)容包含：互感器基本功能調(diào)試、回路檢測(cè)、互感器穩(wěn)定性檢測(cè)以及電壓、電流信號(hào)同步性檢測(cè)與調(diào)試等。合并單元需要調(diào)試的內(nèi)容包含：發(fā)送的SV報(bào)文檢測(cè)、失步再同步性能檢測(cè)以及電壓合并單元的電壓切換/并列功能的檢測(cè)與調(diào)試。

3 智能變電站過(guò)程層二次系統(tǒng)調(diào)試存在的問(wèn)題及展望

3.1 問(wèn)題及建議

智能變電站二次系統(tǒng)與傳統(tǒng)變電站二次系統(tǒng)相比，在連線上，由原來(lái)的電纜連接變?yōu)楣饫w連接，且整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行更依賴于IEC61850協(xié)議，因此在調(diào)試過(guò)程中，依然存在一定的問(wèn)題。主要有以下三個(gè)方面：

第一，IEC61850協(xié)議的細(xì)節(jié)方面有待完善。雖然該協(xié)議對(duì)變電站信息進(jìn)行了統(tǒng)一規(guī)范，但是，在實(shí)際工程中，由于各個(gè)廠家對(duì)協(xié)議的理解不同，在細(xì)節(jié)上有一些差別，這樣，在二次系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中，不同廠家裝置之間的互聯(lián)就存在一定的障礙，給整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試帶來(lái)一定的困難。因此，今后還需要根據(jù)智能變電站實(shí)際情況，針對(duì)IEC61850協(xié)議自身的特點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步完善。

第二，裝置單臺(tái)數(shù)量較多，且功能分散，不利于組網(wǎng)調(diào)試。雖然智能變電站實(shí)現(xiàn)了二次設(shè)備功能模塊化設(shè)計(jì)，但是，由于各個(gè)功能模塊分散在不同的單臺(tái)物理裝置上，各臺(tái)裝置間信息互聯(lián)共享性較差。從技術(shù)角度分析，目前，單個(gè)間隔的二次設(shè)備功能可以整合到單臺(tái)物理裝置內(nèi)，例如，可在現(xiàn)有合并單元裝置內(nèi)整合一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能，從而簡(jiǎn)化工程設(shè)計(jì)，方便調(diào)試運(yùn)行。

第三，傳感裝置與信息處理裝置間通信協(xié)議不一致。例如，氣體狀態(tài)傳感器與狀態(tài)監(jiān)測(cè)IED通信，普遍采用RS-485方式，但是，各家協(xié)議細(xì)節(jié)有差別，給工程應(yīng)用帶來(lái)一定困難。再例如，電子式互感器與合并單元間的通信協(xié)議，目前也沒(méi)有實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一，這些都需要有統(tǒng)一的規(guī)范，便于智能變電站調(diào)試。

3.2 發(fā)展趨勢(shì)

隨著智能變電站建設(shè)的加快，對(duì)過(guò)程層二次設(shè)備調(diào)試效率要求越來(lái)越高。目前，過(guò)程層設(shè)備調(diào)試的發(fā)展方向是：集成化、網(wǎng)絡(luò)化、可視化。采用一體化設(shè)計(jì)的集成調(diào)試平臺(tái)，通過(guò)生動(dòng)直觀的可視化界面一次完成所有設(shè)備的設(shè)置、調(diào)試及驗(yàn)證工作，將大大提高過(guò)程層設(shè)備調(diào)試效率。

4 結(jié)語(yǔ)

智能變電站過(guò)程層二次設(shè)備是智能變電站調(diào)試的基礎(chǔ)和重點(diǎn)，目前，采用分系統(tǒng)調(diào)試的方法分別對(duì)一次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、智能終端、電子式互感器與合并單元系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。隨著技術(shù)的進(jìn)步，未來(lái)過(guò)程層設(shè)備調(diào)試將向集成化、網(wǎng)絡(luò)化、可視化方向發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

[1]鄭玉平.智能變電站二次設(shè)備與技術(shù)[M].中國(guó)電力出版社，2014.

[2]王天鍔，潘麗麗.智能變電站二次系統(tǒng)調(diào)試技術(shù)[M].中國(guó)電力出版社，2013.

[3]黃新波，等.變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷[M].2版.中國(guó)電力出版社，2013.

[4]何建軍.智能變電站系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)[M].中國(guó)電力出版社，2013.

[5]曹團(tuán)結(jié)，黃國(guó)方.智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)與應(yīng)用[M].中國(guó)電力出版社，2013.

[6]羅承沐，張貴新，等.電子式互感器與數(shù)字化變電站[M].中國(guó)電力出版社，2012.

[責(zé)任編輯：湯靜]