智能變電站二次設(shè)備集成整合研究

徐 秦，鄭小軍

積成軟件有限公司，江蘇 南京 210000

0 引言

應(yīng)用分層分布式結(jié)構(gòu)維持變電站二次設(shè)備的配置管理，可以建構(gòu)具有間隔處理和獨(dú)立功能監(jiān)管的應(yīng)用模式，提升處理的可靠性，并且還能維持良好的配置模式，有效實(shí)現(xiàn)信息共享、接線處理的應(yīng)用目標(biāo)。

1 智能變電站二次設(shè)備的構(gòu)成

1.1 合并單元

在智能變電站中，合并單元可以對遠(yuǎn)端模塊獲取的三相電氣流予以處理，打造合并和同步處理工序，并且能對數(shù)字信號予以整合處理，依據(jù)特定格式類型完成間隔級設(shè)備應(yīng)用裝置控制，滿足數(shù)據(jù)信息整合以及分配的應(yīng)用需求。合并單元能利用采集器建立模擬量向數(shù)字量的轉(zhuǎn)化過程，用時(shí)互感器輸出二次信號，在采集器調(diào)理后利用光纖輸送到對應(yīng)的合并單元。

1.2 智能終端

智能終端利用電纜和一次設(shè)備形成連接模式，并且采取光纖連接方式與保護(hù)性二次設(shè)備、測控性二次設(shè)備予以連接，從而建構(gòu)完整的對一次設(shè)備予以測量的過程，維持控制效能。

（1）輸入端。利用強(qiáng)電方式采集開關(guān)量，并且能接收2～4 mA的電流量以及0～5 V的電壓量，采取的是GOOSE網(wǎng)絡(luò)接口。

（2）輸出端。利用開關(guān)量輸出，采取獨(dú)立MMS接口，能及時(shí)完成狀態(tài)監(jiān)測信息的上傳，并且依據(jù)工程實(shí)際需求靈活配置輸出量點(diǎn)數(shù)。

2 智能變電站二次設(shè)備集成整合方案

2.1 過程層

對于智能變電站而言，過程層的應(yīng)用控制工作非常關(guān)鍵，設(shè)備需要滿足IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)橐脭?shù)字化傳輸方式完成一次設(shè)備數(shù)據(jù)測量和開關(guān)狀態(tài)信息的管控，所以合并單元和智能終端成為一次設(shè)備數(shù)字化接口的關(guān)鍵性元件，能有效地對電壓數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)、設(shè)備通信開關(guān)等予以實(shí)時(shí)性管控。從間隔層設(shè)備的應(yīng)用規(guī)范出發(fā)，就是將合并單元設(shè)定為數(shù)據(jù)輸入工具，將智能終端設(shè)定為輸出設(shè)備。同時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)采樣和網(wǎng)絡(luò)跳閘工序中，采取的是網(wǎng)采網(wǎng)跳的方式，利用過程層的采樣水和GOOSE跳閘網(wǎng)，建立共網(wǎng)應(yīng)用機(jī)制，若是采取IEEE 1580協(xié)議完成共網(wǎng)模式處理，就會(huì)形成三合一網(wǎng)絡(luò)體系，配合合并單元和終端系統(tǒng)，有效替代交換機(jī)，將通信鏈路轉(zhuǎn)變?yōu)楣饫w連接，維持設(shè)備集成整合的實(shí)效性[1]。

（1）在合并單元以及智能終端應(yīng)用數(shù)量不斷增多的時(shí)代背景下，設(shè)備整體穩(wěn)定性也在不斷優(yōu)化。為了維持智能變電站常規(guī)化管理水平，需從同一間隔分析工序入手，保證合并單元和智能終端能針對同一個(gè)設(shè)備建立集成化較好的數(shù)據(jù)服務(wù)應(yīng)用體系，從而不僅能減少整個(gè)系統(tǒng)中設(shè)備的實(shí)際數(shù)量，還能減少屏柜的數(shù)目，縮減相關(guān)設(shè)備的占地空間，為設(shè)備成本以及全智能變電站項(xiàng)目投資的優(yōu)化管理提供支持。

（2）在集成體系中，較為常見的方式分為以下兩種：第一，將合并單元和智能終端以簡單的方式連接（見圖1），將其安裝在用一個(gè)機(jī)箱設(shè)備上，這種處理機(jī)制能盡可能減少設(shè)備改動(dòng)，并且可以有效節(jié)省屏柜占地空間，僅采用電源板維持設(shè)備。圖1中，TX表示傳送，RX表示接收。

圖1 過程層合并單元智能終端集成方案

第二，實(shí)現(xiàn)合并單元和智能終端的功能深度融合，將新的集成裝置安裝在固定的設(shè)計(jì)和開發(fā)模式中，在匹配共性功能的過程中即可實(shí)現(xiàn)人機(jī)接口、網(wǎng)絡(luò)通信口等方面的集成處理。最關(guān)鍵的是，在集成整合控制體系中，對時(shí)功能、遙信功能等都能建立完整的整合處理。其中，合并單元承擔(dān)的是電功能并列和切換功能改進(jìn)任務(wù)，匹配合并單元模塊和智能終端模塊CPU就能實(shí)現(xiàn)資源的統(tǒng)籌處理，維持內(nèi)部資源共享的規(guī)范性。

無論是哪種處理方式，都是將SV和GOOSE共網(wǎng)作為實(shí)時(shí)性應(yīng)用模式，并且能保證網(wǎng)口傳輸中“直采直跳”模式維持光口數(shù)量滿足要求，且能節(jié)省1/2的資源，從而降低項(xiàng)目的投入成本和設(shè)計(jì)難度，為經(jīng)濟(jì)效益的提升奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2.2 間隔層

智能變電站二次設(shè)備間隔層的基本組成部分是保護(hù)裝置和測控裝置，還涉及相量測量單元以及電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備等。因?yàn)殚g隔層設(shè)備的應(yīng)用頻率較高，所以需對其進(jìn)行設(shè)備集成，相對應(yīng)的處理方案如下。

（1）集中式保護(hù)裝置集成方案。依據(jù)IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)能建立有效的技術(shù)應(yīng)用平臺(tái)，有助于提升網(wǎng)絡(luò)采樣技術(shù)的控制效果，為全站信息共享以及母線保護(hù)處理提供保障。

第一，應(yīng)用集中式保護(hù)裝置，主要是利用網(wǎng)絡(luò)采樣方式能維持信息的共享管理，配合網(wǎng)絡(luò)跳閘就能實(shí)現(xiàn)多間隔保護(hù)處理。例如，在35 kV變電站設(shè)計(jì)方案中，集中式保護(hù)裝置主要是借助線路保護(hù)插件、主變保護(hù)插件等建立應(yīng)用模式，不僅能維持工程應(yīng)用的需求，還能維護(hù)實(shí)時(shí)性驗(yàn)證處理的標(biāo)準(zhǔn)[2]。

第二，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)采樣以及網(wǎng)絡(luò)跳閘本身就存在延時(shí)不確定性，所以應(yīng)用集中式保護(hù)裝置能為“直采直跳”提供良好的環(huán)境。例如，在220 kV變電站中，其最大的差異就是將網(wǎng)絡(luò)采樣的交換機(jī)替代傳統(tǒng)的采樣傳輸光纖，維持應(yīng)用效果，在有效減少變電站設(shè)備數(shù)量的同時(shí)，可以維持變電站經(jīng)濟(jì)效益[3]。

第三，近年來，CPU的性能在全面升級，因此，多間隔數(shù)據(jù)處理過程中，對應(yīng)的控制方案對保護(hù)動(dòng)作本身的影響較低，借助集中式保護(hù)裝置冗余配置模式就能維持變電站運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

（2）保護(hù)測控集成裝置方案。保護(hù)測控集成裝置模式主要是針對110 kV及以下電壓等級的變電站，在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中，需將安全性、可靠性作為關(guān)鍵，并綜合考量運(yùn)行管理方式。變電站從傳統(tǒng)運(yùn)行模式到數(shù)字化、智能化運(yùn)行模式，對應(yīng)的保護(hù)測控集成裝置也實(shí)現(xiàn)了全面升級和轉(zhuǎn)型，在線路間隔處理方面，也要采取更加合理的集成處理控制機(jī)制。

大多數(shù)地區(qū)的10 kV、35 kV電壓等級線路間隔通常采取開關(guān)柜的應(yīng)用處理方式，即將保護(hù)裝置安裝在開關(guān)柜中，而開關(guān)柜面板空間有限，增加了保護(hù)以及測控裝置安裝的難度?；诖?，要想合理配置設(shè)備數(shù)量，就要配合采取集成處理模式，配合增設(shè)控制輸出板件，從而為操作節(jié)點(diǎn)和測控工作提供平臺(tái)，集中使用電子式互感器，維持裝置應(yīng)用的綜合水平。

另外，220 kV及以上電壓等級的線路間隔，因?yàn)殡妷旱燃墔?shù)較高，對應(yīng)的保護(hù)功能也會(huì)比較困難，所以需綜合分析集成方案和檢修要求，確保保護(hù)測控一體化裝置應(yīng)用的規(guī)范性，以維持雙重化配置應(yīng)用的效率。

（3）集中式測控裝置應(yīng)用方案。在智能變電站二次設(shè)備集成整合方案中，集成測控裝置和集成保護(hù)裝置的應(yīng)用體系較為相似，集成應(yīng)用對象是現(xiàn)有智能變電站內(nèi)保護(hù)和測控的相關(guān)設(shè)備。

第一，220 kV及以上電壓等級的變電站配置模式，一般是采取多用冗余處理方式，因?yàn)闇y控裝置在實(shí)際工作中要配合實(shí)時(shí)性要求，所以需要技術(shù)人員要綜合考量分段母線間隔內(nèi)容，保證測控裝置集成后，建立多間隔穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)測量。

第二，為了有效提升集中式測控裝置的應(yīng)用水平，需關(guān)注系統(tǒng)可靠性，可以利用冗余配置的方式實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的工序。并且，集成化測控裝置能最大化建立五防聯(lián)閉鎖功能模塊，借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)即可維持間隔測量和狀態(tài)信息的綜合控制。

2.3 站控層

智能變電站二次設(shè)備中，站控層主要涉及監(jiān)控主機(jī)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)等，設(shè)備在建立一體化監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，集成的效果并不是非常明顯，僅僅是將全站數(shù)據(jù)流向作為功能對象，有效建構(gòu)完整的數(shù)據(jù)模型。

一方面，站控層設(shè)備集成化處理能減少設(shè)備的實(shí)際數(shù)量，為全站數(shù)據(jù)流向的優(yōu)化提供保障，能建構(gòu)完整的全站智能化監(jiān)控和管理平臺(tái)；另一方面，從技術(shù)發(fā)展的層面分析，開發(fā)性和維護(hù)便利性也是非常關(guān)鍵的要素，實(shí)現(xiàn)站控層設(shè)備集成就能建構(gòu)設(shè)備和主站的聯(lián)系，在協(xié)同互動(dòng)的過程中提升智能變電站運(yùn)行的整體質(zhì)量。

3 結(jié)束語

總之，智能變電站內(nèi)二次設(shè)備的集成處理，需結(jié)合技術(shù)分析以及集成裝置應(yīng)用要求落實(shí)對應(yīng)工作，在不影響電網(wǎng)安全性的同時(shí)，提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性，打造更加完整的管控模式，維持智能變電站實(shí)時(shí)性管理工作的質(zhì)量，從而為電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。