淺議智能變電站二次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

仇 麗

（鹽城供電公司，江蘇 鹽城224002）

1 智能變電站的含義

智能變電站是智能電網(wǎng)建設(shè)的重要節(jié)點之一，是在數(shù)字化變電站基礎(chǔ)上發(fā)展形成的新一代變電站。隨著經(jīng)濟與科技的發(fā)展，風(fēng)電、光伏等新能源電力的應(yīng)用越來越多，這對傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)設(shè)備提出了巨大的挑戰(zhàn)。在這種背景下，電力系統(tǒng)的安全性和可靠性必須提高，作為連接用戶和發(fā)電站之間的變電站的結(jié)構(gòu)設(shè)計也必須進一步優(yōu)化。計算機技術(shù)以及通信技術(shù)的飛速發(fā)展，為解決電力系統(tǒng)和變電站所面臨的問題提供了新的解決方法——智能變電站，它能將智能化一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備進一步融合起來。依靠先進、安全、集成和低碳環(huán)保的智能化設(shè)施，智能變電站能夠自動地完成信息的收集、分析、控制以及管理等工作，能夠使得全站的信息數(shù)字化并且信息能夠及時全面地得以共享，與此同時，智能變電站還具有通過及時分析數(shù)據(jù)為電網(wǎng)作決策提供信息支持以及自動控制的功能。依靠智能變電站，電網(wǎng)的工作不僅更加低碳環(huán)保，效率更高，而且能夠消除很多的安全隱患。智能變電站能夠為電網(wǎng)采集全面且及時的數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)進行監(jiān)測、控制和分析，為電網(wǎng)做出正確決策提供可靠的信息支持，同時它也是電網(wǎng)執(zhí)行命令的部分，因此對智能變電站的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化具有重大的意義。

2 智能變電站二次系統(tǒng)配置方案

智能變電站以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標準化為基本要求，在智能變電站的發(fā)展中，隨著裝備制造技術(shù)、工藝的發(fā)展及建設(shè)、運行經(jīng)驗的積累，其一、二次系統(tǒng)最終將融合為一體，但目前的技術(shù)發(fā)展水平還無法實現(xiàn)。針對二次系統(tǒng)，可以在光纖以太網(wǎng)基礎(chǔ)上，進行優(yōu)化配置：將主保護和計量系統(tǒng)分布式就地實現(xiàn)，后備保護采用站域——廣域后備保護系統(tǒng)，本地測量和整定與調(diào)度中心整定相結(jié)合，以達到后備保護的最優(yōu)配合和最小的通信負擔(dān)。

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2.1 保護配置

其中，保護配置包括線路保護、變壓器保護和母線保護。

2.1.1 主保護原理:線路保護采用速度更快的采樣值差動和暫態(tài)量保護; 變壓器保護采用了可以避開勵磁涌流影響的廣義瞬時功率保護原理作為差動保護的輔助。兩種新的保護原理都易于實現(xiàn)。

2.1.2 采用具有智能決策功能的廣域后備保護系統(tǒng)，集中全網(wǎng)信息進行后備保護在線整定，并且所需通信量少，數(shù)據(jù)更新速度快。

2.1.3 保護的實現(xiàn)方式:將原來集控室內(nèi)的主保護功能下放到智能一次設(shè)備單元內(nèi)就地實現(xiàn)，簡化了布線，減少了通信網(wǎng)絡(luò)的負擔(dān)。母線主保護采用具有主站的分布式差動和集中式母線保護的實現(xiàn)方式。

2.2 計量配置

計量系統(tǒng)創(chuàng)新地提出測量計量功能一體化為計量模塊，計量模塊的預(yù)處理數(shù)據(jù)為三態(tài)數(shù)據(jù)，三態(tài)數(shù)據(jù)(穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)，暫態(tài)數(shù)據(jù)，動態(tài)數(shù)據(jù))統(tǒng)一采集和標準化。通過分析計量模塊的誤差量值溯源得到，在忽略算法誤差情況下，誤差主要來自于互感器，由于全站采用高精度的光學(xué)互感器，計量模塊的精度要求完全滿足計量規(guī)程的要求。既可以實現(xiàn)現(xiàn)場檢驗，也可以實現(xiàn)遠程檢驗。通過計量模塊在通信方面的優(yōu)勢，實現(xiàn)智能變電站與大用戶互動，智能變電站具有向大用戶實時傳送電價、電量、電能質(zhì)量及電網(wǎng)負荷信息的功能，支持電力交易的有效開展，實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置；激勵電力市場主體參與電網(wǎng)安全管理，從而實現(xiàn)智能電網(wǎng)各環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)運行。

2.3 通信配置

現(xiàn)階段的智能變電站內(nèi)通信設(shè)備配置與數(shù)字化變電站及傳統(tǒng)變電站基本相同，但隨著電網(wǎng)中智能變電站投運數(shù)量的不斷增加，快速增長的采集數(shù)據(jù)量的不斷匯聚，對光纖通信傳輸網(wǎng)絡(luò)帶寬和傳輸可靠性提出更高要求。因此，通信平臺的建設(shè)與改造必須同步進行。

3 智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成

變電站二次系統(tǒng)在功能邏輯上分為站控層、間隔層和過程層。站控層由主機、操作員站、遠動通信裝置、保護故障信息子站和其他各種功能站構(gòu)成，提供站內(nèi)運行的聯(lián)系界面，實現(xiàn)管理控制間隔層、過程層設(shè)備等功能，形成全站監(jiān)控、管理中心，并與遠方監(jiān)控/調(diào)度中心通信。間隔層由保護、測控、計量、錄波、相量測量等若干子系統(tǒng)組成，在站控層及網(wǎng)絡(luò)失效情況下，仍能獨立完成間隔層設(shè)備的就地監(jiān)控功能。過程層由互感器、合并單元、智能終端等構(gòu)成，完成與一次設(shè)備相關(guān)的功能，包括實時運行電氣量的采集、設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)測、控制命令的執(zhí)行等。

其中過程層最終發(fā)展目標為智能一次設(shè)備，就是一次設(shè)備集成互感器、智能終端等，實現(xiàn)在一次設(shè)備上直接的數(shù)字化接口。目前投運的智能站采取設(shè)置就地智能終端箱的方式，將一次設(shè)備運行狀態(tài)、控制等信號和命令通過智能終端轉(zhuǎn)換成數(shù)字化信號。

3.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

過程層網(wǎng)絡(luò)按照電壓等級分別組網(wǎng)。雙重化配置的保護及安全自動裝置應(yīng)分別接入不同的過程層網(wǎng)絡(luò)；單套配置的保護及安全自動裝置、測控裝置宜同時接入兩套不同的過程層網(wǎng)絡(luò)，并采用相互獨立的數(shù)據(jù)接口控制器。220kV 及以上變電站站控層、間隔層網(wǎng)絡(luò)采用雙重化星形以太網(wǎng)絡(luò)，110kV 變電站站控層、間隔層網(wǎng)絡(luò)采用單星形以太網(wǎng)絡(luò)。總之，依據(jù)不同電壓等級和電氣一次主接線配置不同的網(wǎng)絡(luò)形式，有雙星形、單星形、點對點等。鑒于對變電站運行維護及網(wǎng)絡(luò)安全方面的考慮，智能變電站在兼顧網(wǎng)絡(luò)跳閘方式的同時仍保留直采直跳的方式，尤其對高電壓等級、聯(lián)網(wǎng)運行的變電站。

3.3 二次設(shè)備的配置原則

站控層設(shè)備的配置，以220kV 變電站為例，主機按照雙套配置，對于無人值班變電站主機可兼操作員工作站和工程師站。保護及故障信息子站應(yīng)與變電站系統(tǒng)共享信息采集，不獨立配置。遠動通信裝置也雙套配置。①隔層設(shè)備測控裝置獨立配置時，應(yīng)單套配置，220kV 電壓等級若采用繼電保護就地安裝時，采用保護測控一體化裝置，110kV 及以下電壓等級推薦采用保護測控一體化裝置。對于繼電保護裝置的配置與常規(guī)變電站配置原則一致，220kV 及以上電壓等級按照雙重化原則配置。故障錄波及網(wǎng)絡(luò)分析記錄裝置，對于220kV 變電站按照電壓等級分別配置，主變壓器單獨配置。110kV 及以下變電站統(tǒng)一配置。66kV 及以上獨立配置電能計量表計，計費關(guān)口滿足相應(yīng)規(guī)程規(guī)范要求。設(shè)置網(wǎng)絡(luò)打印機，通過變電站二次系統(tǒng)的工程師站打印全站各裝置的保護告警、事件、波形等數(shù)據(jù)，取消裝置屏上的打印機。②程層設(shè)備的配置原則，220kV-750kV 除母線外，智能終端宜冗余配置。66kV 及以下配電裝置采用開關(guān)柜布置時不配置智能終端。110kV 及以上主變壓器本體配置單套的智能終端。智能終端分散布置于配電裝置場地智能組件柜內(nèi)。合并單元配置原則：220kV 及以上電壓等級各間隔冗余配置，110kV 及以下電壓等級各間隔單套配置，雙重化保護的主變各側(cè)冗余配置，同一間隔內(nèi)電壓互感器和電流互感器合用一個合并單元。③絡(luò)通信設(shè)備配置原則：220kV及以上電壓等級變電站的站控層網(wǎng)絡(luò)交換機冗余配置，每臺交換機端口數(shù)量應(yīng)滿足實際工程需要。一般采用100M 電口，站控層交換機之間級聯(lián)端口采用1000M 端口。當交換機處于同一建筑物內(nèi)且距離較短時采用電口連接，否則需采用光口互聯(lián)。間隔層網(wǎng)絡(luò)交換機按照設(shè)備室或電壓等級來配置，交換機端口數(shù)量滿足工程規(guī)模要求。過程層交換機按照間隔配置，每臺交換機的光纖接入數(shù)量不超過16 對，任兩臺智能電子設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸路由不超過4 個交換機。對于規(guī)模較大的變電站，其間隔層和過程層需配置大量的交換機，與常規(guī)變電站在配置上的主要差別也在于此，采用網(wǎng)絡(luò)方式，就多了交換機這一環(huán)節(jié)，當交換機出現(xiàn)故障，可能引發(fā)多個間隔的保護拒動，近而造成大的事故發(fā)生。因此交換機的可靠性是智能變電站安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。

結(jié)語

在實現(xiàn)智能電網(wǎng)的建設(shè)過程中，智能變電站建設(shè)始終是智能電網(wǎng)建設(shè)的核心問題之一。為了實現(xiàn)智能變電站在智能電網(wǎng)中的支撐作用，要求對當前變電站二次系統(tǒng)的架構(gòu)體系不斷進行升級與改進，發(fā)揮智能變電站的高度集成、兼容、互動、協(xié)同功能。本文從保護、計量及通信等方面，對智能變電站二次系統(tǒng)的配置方案及其設(shè)計與實現(xiàn)進行了有益的探討。應(yīng)該指出的是，隨著科技的不斷進步和裝備制造水平的不斷提高，智能變電站的一次、二次系統(tǒng)必將融為一體。

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