智能變電站二次回路可視化研究

唐志軍++翟博龍++林國(guó)棟++陳錦山

摘 要

智能變電站同時(shí)網(wǎng)絡(luò)信息資源分享的方式代替過(guò)去的硬電纜回路，光纖通訊取代了大多數(shù)站內(nèi)電纜連接，站內(nèi)通過(guò)數(shù)據(jù)通訊完成跳閘、信息發(fā)送、采樣保護(hù)等操作，對(duì)設(shè)備的“無(wú)接線、無(wú)端子”進(jìn)行保護(hù)，二次回路無(wú)法體驗(yàn)，所以很難對(duì)其修改情況進(jìn)行確認(rèn)。為便于組織智能變電站相關(guān)維護(hù)工作，必須對(duì)智能變電站二次回路可視化進(jìn)行深入的研究，本文在明確二次虛擬回路可視化研究基礎(chǔ)的前提下，對(duì)綜合自動(dòng)化變電站二次回路以及智能化變電站二次回路的相同以及不同點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比研究，同時(shí)根據(jù)設(shè)備運(yùn)行以及檢修活動(dòng)的相應(yīng)需求，提出了智能變電站二次回路可視化對(duì)應(yīng)的功能要求，進(jìn)而對(duì)虛擬二次回路可視化表達(dá)方法進(jìn)行了深入研究，最后提出了二次回路工具相關(guān)優(yōu)化方案。

【關(guān)鍵詞】智能變電站 二次回路 虛端子 虛擬回路 SCD配置

較之傳統(tǒng)的變電站，智能變電站的硬件有了非常顯著的發(fā)展和進(jìn)步，引進(jìn)了合并單元、智能終端以及過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等設(shè)施，同時(shí)使用了三層兩網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，通過(guò)數(shù)字信號(hào)網(wǎng)絡(luò)通信的形式取代過(guò)去模擬量和開(kāi)關(guān)量信號(hào)電纜連接的辦法，當(dāng)前的智能站二次圖紙通過(guò)都是在GOOSE/SV配置表、二次虛端子回路圖、過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖、交換機(jī)端口信息流圖等的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)的，并沒(méi)有很好的將回路有關(guān)的網(wǎng)采、直采鏈路聯(lián)系進(jìn)行明確的區(qū)分，特別是在SCD文件中隱藏的通訊裝置以及虛擬邏輯連接難以進(jìn)行可視化，檢修人員難以高效的理清繁雜文本中的二次回路。本文對(duì)此展開(kāi)了一系列分析，支出了一項(xiàng)虛擬二次回路表現(xiàn)方式，這一方式有機(jī)結(jié)合了IEC61850信息模型以及過(guò)去的電氣二次圖紙，將在鏈路模型中隱藏的邏輯回路給予可視化展現(xiàn)，對(duì)設(shè)施間的物理連接以及邏輯聯(lián)系進(jìn)行全面、直接體現(xiàn)，便于檢修人員了解設(shè)備間的交互信息，使得設(shè)備調(diào)試風(fēng)險(xiǎn)大大降低。

1 二次虛擬回路可視化研究基礎(chǔ)

相較于傳統(tǒng)的變電站，智能變電站基于IEC61850通訊規(guī)約利用SV/GOOSE數(shù)據(jù)流以及SCD配置描述文件對(duì)于數(shù)據(jù)模型進(jìn)行多路信息的復(fù)用操作，光纜連接取代了電纜對(duì)接方式。過(guò)去數(shù)字化變電站TV和TA收集的電流信號(hào)經(jīng)端子箱、一次電壓等進(jìn)入保護(hù)測(cè)控設(shè)備，通過(guò)CUP信息處理模塊對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)施處理，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。通過(guò)二次控制以及信號(hào)回路將斷路設(shè)備遙控、分合閉鎖等相關(guān)信號(hào)向斷路器裝置傳遞，由此發(fā)揮其自身的保護(hù)、監(jiān)控作用。

智能變電站增加了合并單元、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)以及智能化終端等過(guò)程層裝置，在IEC61850通訊規(guī)約基礎(chǔ)上通過(guò)模型設(shè)備同變電站信息網(wǎng)絡(luò)連接，站內(nèi)二次裝置實(shí)現(xiàn)了彼此的信息互通以及互操作。

2 智能和綜合自動(dòng)化變電站二次回路區(qū)別

2.1 信息傳遞原理存在差異

變電站電氣二次回路的主要功能有保護(hù)、調(diào)節(jié)、控制、監(jiān)視等，綜合自動(dòng)化變電站相關(guān)設(shè)施利用電纜進(jìn)行聯(lián)系，該變電站相關(guān)設(shè)施在電纜的連接下使得各項(xiàng)功能得以發(fā)揮，智能變電站運(yùn)行于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)設(shè)施利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行各項(xiàng)信息的傳遞，進(jìn)而使其自身的功能得以實(shí)現(xiàn)。

2.2 圖紙表達(dá)方式不同

變電壓站電氣二次回路相關(guān)圖紙中通常會(huì)含有電壓二次回路圖、端子排圖、設(shè)備原理圖、控制回路圖等，綜合自動(dòng)化變電站有關(guān)二次裝置比如轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、繼電器、端子、壓板以及輔助結(jié)點(diǎn)等在回路中對(duì)應(yīng)的聯(lián)接、功能等數(shù)據(jù)信息得以在圖紙明確、直觀的顯示，站內(nèi)的檢修以及運(yùn)行人員可以有效的從中找出相關(guān)的信息。智能變電站二次回路利用通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息的傳遞從而實(shí)現(xiàn)自身的各項(xiàng)功能，圖紙中通常含有裝置網(wǎng)絡(luò)圖、虛端子對(duì)應(yīng)表等，但是圖紙并沒(méi)有非常直觀的顯示有關(guān)裝置的功能實(shí)現(xiàn)情況以及具體的聯(lián)接方式，由此站內(nèi)的運(yùn)行操作人員以及設(shè)備檢修人員就無(wú)法通過(guò)圖紙非常直觀的了解二次回路以及相對(duì)應(yīng)的邏輯關(guān)系，使得運(yùn)行和檢修工作難度進(jìn)一步加大。

2.3 運(yùn)行、檢修方法存在差異

智能變電站在組織建設(shè)過(guò)程中，需要在相應(yīng)的組態(tài)工具中導(dǎo)入相關(guān)裝置的ICD（模型文件），設(shè)置相關(guān)的虛端子連線、參數(shù)數(shù)據(jù)，構(gòu)成一個(gè)SCD，進(jìn)而調(diào)試人員結(jié)合SCD相關(guān)信息組織相關(guān)設(shè)備調(diào)試工作，設(shè)置對(duì)應(yīng)的設(shè)備。在工作人員組織運(yùn)行或者檢修的過(guò)程中按照SCD文件內(nèi)容以及圖紙等材料信息對(duì)裝置功能、檢修內(nèi)容以及相應(yīng)的安全措施進(jìn)行確認(rèn)。綜合自動(dòng)化變電站只需要通過(guò)圖紙組織施工調(diào)試即可，在組織運(yùn)行以及檢修活動(dòng)不再使用全站系統(tǒng)進(jìn)行SCD的配置。

3 虛擬二次回路可視化表達(dá)方法

當(dāng)前運(yùn)行的智能變電站相關(guān)二次圖紙大多數(shù)都是在GOOSE/SV配置表、過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖紙、交換機(jī)端口信息流圖等圖紙基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)的，在設(shè)計(jì)二次回路圖是沒(méi)有對(duì)二次設(shè)施組網(wǎng)以及直采邏輯關(guān)系沒(méi)有進(jìn)行明確的區(qū)分，回路含有大量的虛端子，相應(yīng)的圖紙極為繁雜，對(duì)于二次設(shè)備間相關(guān)邏輯關(guān)系以及物理連接無(wú)法清晰明了的體現(xiàn)。本文在對(duì)我國(guó)智能變電站設(shè)計(jì)、建設(shè)以及檢修等工作有效歸納的基礎(chǔ)上深入分析了變電站的虛回路，同時(shí)對(duì)此給出了一項(xiàng)虛回路可視化方案，利用過(guò)程網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖、二次虛擬回路圖等對(duì)智能設(shè)施相關(guān)虛端子聯(lián)系進(jìn)行明確的展示，通過(guò)簡(jiǎn)單、直觀的形式對(duì)信息模型中隱藏的各種邏輯回路進(jìn)行清晰的表示，便于后續(xù)檢修人員通過(guò)SCD文件對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)層次組織設(shè)施的檢修和維護(hù)工作，使二次設(shè)備檢修以及維護(hù)工作難度大大降低。

3.1 過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

智能變電站設(shè)施一般使用的是分層以及分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。圖1中表示的是智能發(fā)電站過(guò)程層設(shè)備網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖。根據(jù)圖1我們可以很容易分析出，利用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，各個(gè)間隔合并單元號(hào)以及智能終端同間隔層裝置互相交換數(shù)據(jù)，中心交換機(jī)將所有間隔數(shù)據(jù)進(jìn)行收集進(jìn)而再將其傳輸至網(wǎng)絡(luò)分析和故障錄波系統(tǒng)中。過(guò)程層設(shè)備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖主要體現(xiàn)的是二次設(shè)備相關(guān)的光纜聯(lián)系。

3.2 SV信息流圖

根據(jù)對(duì)SV信息流圖的分析，在220kV線路環(huán)境中，線路合并單元采取光纜通信的形式將收集的電壓以及電流數(shù)據(jù)傳輸至線路和母線保護(hù)設(shè)備。線路測(cè)控以及故障錄波用到的SV都是過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)所供應(yīng)的。SV信息流圖體現(xiàn)的是裝置之間電流和電壓信息流對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)傳遞路線。

3.3 GOOSE信息流圖

通過(guò)對(duì)GOOSE信息流圖的分析我們可以知道，該圖顯示了保護(hù)設(shè)備跳合閘、開(kāi)關(guān)閘、測(cè)控設(shè)備的位置以及保護(hù)設(shè)備間閉鎖相關(guān)信息流的聯(lián)系。GOOSE信息流圖反映了各個(gè)智能裝置之間信息交流內(nèi)容以及物理連接，但是無(wú)法充分展現(xiàn)信息對(duì)應(yīng)的邏輯聯(lián)系。

3.4 虛擬二次回路圖

智能變電站相關(guān)的二次圖紙?jiān)O(shè)計(jì)沒(méi)有包含虛端子IED具體的流動(dòng)方向，操作人員在變電站實(shí)施檢修以及維護(hù)的活動(dòng)中，在繁雜的虛端子表中難以有效的查出二次回路活動(dòng)脈絡(luò)，在IEC61850數(shù)據(jù)模型基礎(chǔ)上二次回路圖利用圖形的方式充分體現(xiàn)了裝置SCD文件聯(lián)系，有效處理智能裝置數(shù)據(jù)沒(méi)有接點(diǎn)、段子以及界限的而導(dǎo)致的二次回路設(shè)備無(wú)法展示的問(wèn)題，確保檢修和運(yùn)行維護(hù)人員可以直接的了解智能社會(huì)各種進(jìn)出以及邏輯出口等。

虛擬二次回路圖按照變電站主接線和各項(xiàng)設(shè)備定義的虛端子去對(duì)虛端子的起終點(diǎn)以及邏輯線路進(jìn)行確定。虛端子連接涉及多方面，比如虛端子數(shù)據(jù)名稱、編號(hào)、數(shù)據(jù)線路等內(nèi)容，虛端子相關(guān)編號(hào)和過(guò)去的變電站相關(guān)的二次電纜及其線芯編號(hào)非常類似，信息名稱同傳統(tǒng)變電站相關(guān)的回路說(shuō)明非常相似。根據(jù)對(duì)虛擬二次回路圖的觀察我們可以看出，信息模型有關(guān)的信息傳輸方向、邏輯回路非常明顯，對(duì)于智能裝置沒(méi)有端子、接點(diǎn)以及界線造成的二次回路設(shè)備無(wú)法展現(xiàn)的問(wèn)題難以處理。

4 可視化工具優(yōu)化措施

現(xiàn)階段，二次回路可視化工具對(duì)應(yīng)的工作原則基本為解析SCD文件，可視化虛端子相應(yīng)的聯(lián)接。針對(duì)以往設(shè)置圖紙中顯示的壓板功能、回路情況和二次數(shù)據(jù)以及對(duì)應(yīng)的物理光路聯(lián)系，以為內(nèi)部SCD中含有數(shù)據(jù)的限制而無(wú)法得以清晰顯示。需要對(duì)光口、軟壓板等數(shù)據(jù)進(jìn)行明確的補(bǔ)充，進(jìn)而建立實(shí)用性更強(qiáng)的可視化二次回路?？梢岳密浖?duì)SCD文件進(jìn)行解析，進(jìn)而將軟壓板控制以及光口相關(guān)設(shè)施數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)入，建立能夠滿足運(yùn)行以及檢修工作需要的可視二次回路。根據(jù)這一優(yōu)化方案，對(duì)于過(guò)去的220kV線路第2套保護(hù)及其與智能終端相關(guān)數(shù)據(jù)聯(lián)系進(jìn)行改進(jìn)，將其通過(guò)一張數(shù)據(jù)完整、滿足運(yùn)營(yíng)需要的可視化二次回路圖進(jìn)行表示，圖2所示。通過(guò)圖2我們能夠清楚的觀察到設(shè)施軟壓板對(duì)應(yīng)的配置、GOOSE傳遞信息的具體內(nèi)容、光纖、聯(lián)接光口和智能終端出口等設(shè)備全部信息，同以往二次連接圖具有很大的相似性，方便運(yùn)行以及檢修人員更加清楚的了解，有效的掌握，為日后的工程驗(yàn)收、故障處理、回路校對(duì)以及技術(shù)訓(xùn)練等活動(dòng)提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)參考。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上，智能變電站二次回路相關(guān)設(shè)計(jì)基本沒(méi)有什么標(biāo)準(zhǔn)可以遵循，對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)模式難以滿足智能變電站技術(shù)需要，本文在詳細(xì)分析虛擬二次回路的基礎(chǔ)上，明確了智能變電站二次回路同以往的綜合變電站二次回路之間存在的差別以及二次回路可視化工具要求，進(jìn)而通過(guò)過(guò)程層設(shè)施網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、虛擬二次回路圖等圖紙?jiān)O(shè)計(jì)有效的反映智能設(shè)備間的物理以及邏輯連接。通過(guò)對(duì)這一優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的實(shí)行，可以使變電站二次回路相關(guān)功能實(shí)現(xiàn)情況以及對(duì)應(yīng)的邏輯聯(lián)系進(jìn)行更加清晰的展示，檢修人員能夠清楚的了解，明確的掌握，促進(jìn)工作效率的提升。

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