110kV模塊化智能變電站二次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

孫傳旗 李云龍

摘要：繼電保護(hù)二次回路常見的故障主要是控制回路、測(cè)量回路以遙信回路故障，而傳統(tǒng)的測(cè)導(dǎo)通法、對(duì)地電位法以及測(cè)電壓降法，主要依賴于萬(wàn)用表且具有一定的限制性，因此有必要研究一種新型故障診斷系統(tǒng)?；诖耍韵聦?duì)110kV模塊化智能變電站二次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，以供參考。

關(guān)鍵詞：110kV模塊化智能變電站;二次系統(tǒng);設(shè)計(jì)與研究

引言

對(duì)于智能變電站二次設(shè)備安裝工況在線巡檢系統(tǒng)方面的研究，國(guó)內(nèi)外均十分重視。美國(guó)早在20世紀(jì)80年代就完成了二次設(shè)備安裝工況巡檢方面的實(shí)用化研究，很多電力公司都實(shí)現(xiàn)了二次設(shè)備安裝工況的智能巡檢。有學(xué)者提出一種基于嵌入式技術(shù)的智能變電站二次設(shè)備安裝工況在線巡檢系統(tǒng)，我國(guó)對(duì)于該系統(tǒng)的研究也在不斷推進(jìn)，并取得了很多實(shí)用性較強(qiáng)的研究成果。

1智能變電站的結(jié)構(gòu)

智能變電站的結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在“三層兩網(wǎng)”上。在智能變電站運(yùn)行過(guò)程中，其二次系統(tǒng)運(yùn)行往往依賴于數(shù)據(jù)獲得的真實(shí)性與可靠性，變電站運(yùn)行會(huì)受到二次系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)故障的影響，導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)。因此應(yīng)實(shí)施化監(jiān)測(cè)并評(píng)估系統(tǒng)，保證變電站隱患判斷與評(píng)估的及時(shí)性。智能變電站中，“三層兩網(wǎng)”的具體內(nèi)容如下：（1）過(guò)程層。主要為一次設(shè)備與二次設(shè)備的結(jié)合面，包含諸多自動(dòng)化設(shè)備，比如電子式互感器、合并單元、智能單元等，能夠?qū)﹂_關(guān)量、模擬量采集及控制命令執(zhí)行等一次設(shè)備相關(guān)功能加以完成。（2）間隔層。間隔層主要包含二次設(shè)備，比如變電站的保護(hù)、測(cè)控與計(jì)量等，通過(guò)本間隔數(shù)據(jù)作用的發(fā)揮，可監(jiān)測(cè)本間隔設(shè)備，并做出保護(hù)判斷，以促進(jìn)相關(guān)任務(wù)的順利完成。（3）變電站層。變電站層優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮，能夠以間隔層設(shè)備及一次設(shè)備為對(duì)象實(shí)施控制，并介于遠(yuǎn)方控制中心、工程師站及人機(jī)界面之間開展通信。在變電站層，變電站監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)、繼電保護(hù)故障信息系統(tǒng)等均是變電站層的重要組成部分。（4）過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)。在間隔層與過(guò)程層設(shè)備之間，過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮著重要載體作用，能夠?qū)烧呔o密連接，這就促進(jìn)了間隔層與過(guò)程層之間信息交互的順利實(shí)現(xiàn)。為保證過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的可靠性，應(yīng)就網(wǎng)絡(luò)流量、網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)等開展綜合分析，確保網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)選擇的合理性，繼電保護(hù)速動(dòng)性也能夠得到滿足。（5）變電站層網(wǎng)絡(luò)。變電站層設(shè)備與間隔層設(shè)備之間的連接可通過(guò)這一網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)，滿足變電站層與間隔層之間設(shè)備信息交互需求。在變電站層網(wǎng)絡(luò)中，MMS、GOOSE與SNTP的運(yùn)行可保持共網(wǎng)狀態(tài)，基于數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和共享化方式來(lái)促進(jìn)全站數(shù)據(jù)傳輸。

2繼電保護(hù)二次回路

繼電保護(hù)二次回路主要構(gòu)成包括信號(hào)回路、測(cè)量回路、控制回路、監(jiān)察系統(tǒng)、自動(dòng)化裝置以及調(diào)節(jié)系統(tǒng)等。其中控制回路主要是根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行需求控制系統(tǒng)開、合閘動(dòng)作;信號(hào)回路主要是顯示系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，以便工作人員進(jìn)行各項(xiàng)操作或者調(diào)節(jié)，具體又分為登陸信號(hào)與狀態(tài)信號(hào)，可以顯示系統(tǒng)保護(hù)動(dòng)作、系統(tǒng)故障以及斷路器監(jiān)視等多種信號(hào);測(cè)量與監(jiān)察系統(tǒng)主要是監(jiān)測(cè)以及記錄系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)，如電流、頻率、電壓、絕緣以及功率等，以便工作人員判斷系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài);調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。機(jī)電保護(hù)二次回路在運(yùn)行過(guò)程中比較常見的故障包括遙信回路故障、測(cè)量回路故障以及控制回路故障，傳統(tǒng)檢查方式主要是采用萬(wàn)能表，常用方法包括測(cè)導(dǎo)通法、對(duì)地電位法以及測(cè)電壓降法。其中測(cè)導(dǎo)通法需要斷開故障回路的電源，否則會(huì)燒毀監(jiān)測(cè)設(shè)備，其主要是利用萬(wàn)能表歐姆檔測(cè)量回路電阻，以判斷故障類型、部位。對(duì)地電位法以及測(cè)電壓降法可以實(shí)現(xiàn)在帶電測(cè)量，相較而言在實(shí)踐中應(yīng)用較為廣泛。

3設(shè)計(jì)優(yōu)化方案

3.1主要模塊劃分

第一，站控層系統(tǒng)模塊。一般包括監(jiān)視裝置、調(diào)度數(shù)據(jù)裝置二次系統(tǒng)安全防護(hù)裝置、輔助控制器等;第二，公用設(shè)施的功能模塊。通常包括所看到的區(qū)域環(huán)境保護(hù)控制系統(tǒng)、公用測(cè)控系統(tǒng)、時(shí)鐘同步系統(tǒng)、故障錄波及網(wǎng)絡(luò)分析系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警器等;第三，一體化的供電設(shè)備。一般是由使用的交流電、直流電、蓄電池三部分組成;第四，站控層網(wǎng)絡(luò)宜采用單星

形以太網(wǎng)絡(luò)，站控層交換機(jī)可按二次設(shè)備室（艙）或按電壓等級(jí)配置交換機(jī)，并相互級(jí)聯(lián)。

3.2設(shè)計(jì)巡檢軟件模塊

巡檢軟件模塊用于機(jī)器人后臺(tái)控制、巡檢數(shù)據(jù)處理以及巡檢任務(wù)制訂、分配等，是系統(tǒng)的后臺(tái)軟件模塊。巡檢軟件為移動(dòng)巡檢App，同時(shí)支持iOS和Android操作系統(tǒng)，具有在線升級(jí)、版本檢測(cè)、用戶退出、登錄、注冊(cè)等功能。在該App中，用戶可進(jìn)行拍攝照片壓縮比、采集終端對(duì)應(yīng)IP地址等參數(shù)的設(shè)置[7]。該App還支持以智能變電站二次設(shè)備的類型為依據(jù)，查詢?cè)O(shè)備參數(shù)，能夠新建巡檢任務(wù)，并向智能巡檢機(jī)器人分配任務(wù)，以及對(duì)照片、日期、布爾量、數(shù)字、文本的巡檢數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，支持歷史記錄、備注信息等多種數(shù)據(jù)的查詢。

3.3設(shè)備配置優(yōu)化方案

對(duì)于110kV模塊化智能變電站的裝置，最為合理適宜的配置措施之一就是：在110kV配電設(shè)備的空曠地帶，建立一個(gè)相應(yīng)的間隔層設(shè)備預(yù)制艙，通常為尺寸12200mm×2800mm×3133mm，艙內(nèi)為110kV供電系統(tǒng)的保護(hù)測(cè)控、故障錄波及直流供電模塊。其他的一些模塊則都是利用了一個(gè)預(yù)制式二次系統(tǒng)，建立在二次設(shè)備室內(nèi)。預(yù)制艙內(nèi)二次模塊通常采用前接線前顯示方式安裝。與模型生產(chǎn)廠家之間的溝通流程：定義標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備模型→基于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)配置和設(shè)計(jì)工作→標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備模型與廠家設(shè)備模型之間建立映射→輸出設(shè)計(jì)成果;在輸出成果之前還要同時(shí)進(jìn)行廠家資料的收集。

3.4軟件系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

1）設(shè)備狀態(tài)管理模塊。主要包括針對(duì)智能變電站主線路以及系統(tǒng)絕緣性能的報(bào)警系統(tǒng)。系統(tǒng)主線路分為CVT絕緣狀態(tài)參數(shù)、主接線圖、主變壓器鐵心絕緣性能和避雷器絕緣參數(shù)。2）設(shè)備數(shù)據(jù)管理模塊。對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)表進(jìn)行管理、曲線查詢以及歷史記錄，不同環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的整理、打印以及清除的工作。3）設(shè)備配置管理模塊。管理系統(tǒng)新增設(shè)備以及刪除設(shè)備。4）系統(tǒng)管理模塊。登錄管理分為管理用戶賬號(hào)信息、變電站名稱、查詢參數(shù)以及對(duì)數(shù)據(jù)的擦除工作。賬號(hào)信息管理包括管理用戶增減、用戶權(quán)限以及登錄等。用戶在登錄系統(tǒng)子模塊時(shí)，要輸入用戶名和密碼。5）系統(tǒng)維護(hù)管理模塊。用戶登錄系統(tǒng)，整理和分析不同種類的故障清除方式，解決系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題，提高系統(tǒng)的維護(hù)效率。6）系統(tǒng)調(diào)試管理模塊。測(cè)試在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括對(duì)系統(tǒng)通信功能、掃描設(shè)備、系統(tǒng)參數(shù)配置和運(yùn)行測(cè)試等模塊的調(diào)試。對(duì)通信進(jìn)行測(cè)試時(shí)，首先確定基本的通信參數(shù)，通信調(diào)試軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行通信測(cè)試。

結(jié)束語(yǔ)

為了確保電力系統(tǒng)正常工作與運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全，模塊化智能變電站已經(jīng)逐漸成為電力系統(tǒng)智能變電站的發(fā)展方向，這也是我國(guó)電力系統(tǒng)達(dá)到實(shí)現(xiàn)智能化電網(wǎng)目標(biāo)的根本條件。智能化的變電站系統(tǒng)可以通過(guò)一種智能化的裝置，對(duì)電網(wǎng)中的信號(hào)進(jìn)行各種智能化調(diào)整并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，保障變電站的順利運(yùn)營(yíng)，對(duì)于電力系統(tǒng)具有十分重要的意義。

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