智能變電站二次設(shè)備集成優(yōu)化設(shè)計(jì)

云文兵 管 婷 張 延

（1.湖南省電力公司長沙供電分公司，湖南長沙410007；2.湖南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖南長沙410007）

1 概述

按照國家電網(wǎng)智能化規(guī)劃，目前智能變電站已進(jìn)入全面建設(shè)階段。智能變電站以高速網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)為信息傳輸基礎(chǔ)，以全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，為實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備功能集成，促進(jìn)站內(nèi)信息數(shù)據(jù)的深化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

2 合并單元、智能終端功能集成

2.1 技術(shù)現(xiàn)狀

在現(xiàn)階段智能變電站試點(diǎn)工程中，一般情況下，合并單元、智能終端大多為獨(dú)立配置，為就地智能控制柜安裝。在同一個(gè)間隔內(nèi)對(duì)于雙重化保護(hù)，一般需配置兩套合并單元、兩套智能終端，對(duì)于設(shè)備下放布置而言，設(shè)備過多會(huì)造成就地智能控制柜柜體空間相當(dāng)緊張、散熱不利，而且對(duì)于裝置本身而言，存在著功能重復(fù)、數(shù)量冗余的弊端。

2.2 合并單元和智能終端整合可行性

合并單元最開始是針對(duì)數(shù)字化輸出的電子式互感器而定義的，在IEC60044-7/8中首次給出了合并單元的定義。合并單元功能實(shí)例如圖1所示。

合并單元的作用是同步采集多路電壓、電流瞬時(shí)數(shù)據(jù)后按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的格式發(fā)送給保護(hù)、測(cè)控設(shè)備。在圖1中，合并單元所采集的12路電流、電壓信號(hào)均有明確的定義，合并單元將這些信息組幀發(fā)送給保護(hù)、控制等二次設(shè)備。值得注意的是，標(biāo)準(zhǔn)沒有要求合并單元必須接入所有12路電壓、電流，但如沒有完全接入，必須在其提供給二次設(shè)備的信息中包含相應(yīng)的狀態(tài)標(biāo)志位。

圖1 合并單元示例

智能終端主要完成斷路器、隔離刀閘的位置和狀態(tài)信號(hào)等數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)發(fā)，并完成測(cè)控、保護(hù)單元經(jīng)GOOSE網(wǎng)絡(luò)下發(fā)的分、合閘命令。

隨著計(jì)算機(jī)處理能力的提高，合并單元和智能終端整合在硬件處理上已不存在問題。據(jù)了解，目前國內(nèi)有多個(gè)廠家已生產(chǎn)出合并單元和智能終端一體化裝置，合并單元和智能終端整合在工程中應(yīng)用是可行的。

2.3 整合方案

合并單元和智能終端一體化裝置一般采用雙CPU的實(shí)現(xiàn)方式，一塊用于智能終端的處理，一塊用于合并單元的處理，功能獨(dú)立的設(shè)計(jì)可以有效防止當(dāng)采樣環(huán)節(jié)CPU故障導(dǎo)致該間隔主保護(hù)退出時(shí)，跨間隔保護(hù)對(duì)該間隔的故障切除，保證智能終端的優(yōu)先可靠性。

可以看出，合并單元和智能終端均為過程層設(shè)備，分別使用IEC61850—9—2和GOOSE傳輸數(shù)據(jù)，但都是通過光纖以太網(wǎng)組播發(fā)送的方式來傳輸數(shù)據(jù)，所以理論上物理端口雙方是完全可以復(fù)用的，可以實(shí)現(xiàn)過程層SV/GOOSE共網(wǎng)共口，這樣就不但節(jié)約大量的硬件資源，也使網(wǎng)絡(luò)得以簡(jiǎn)化。合并單元和智能終端下放在就地智能匯控柜內(nèi)，采用一個(gè)裝置，以各自獨(dú)立的接口面向互感器和開關(guān)設(shè)備，以單一的對(duì)外接口通過過程層網(wǎng)上傳信息。采用一體化裝置后接口的減少數(shù)量如圖2所示.

合并單元和智能終端一體化裝置可以共享一個(gè)機(jī)箱，一塊電源板，可以共享CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)和報(bào)文處理，信息交換在裝置內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，可以共享以太網(wǎng)光接口，可減少裝置及過程層交換機(jī)端口，降低交換機(jī)投資。同時(shí)，改變就地安放智能控制柜的設(shè)備安裝空間擁擠的現(xiàn)狀，改善了設(shè)備運(yùn)行條件。

3 故障錄波及網(wǎng)絡(luò)記錄儀集成優(yōu)化

3.1 技術(shù)現(xiàn)狀

在現(xiàn)階段智能變電站工程中，故障錄波裝置和網(wǎng)絡(luò)記錄儀一般獨(dú)立配置和組屏。

3.2 故障錄波及網(wǎng)絡(luò)記錄分析儀整合的可行性

圖2 采用一體化裝置后光接口數(shù)量對(duì)比圖

故障錄波裝置通過接收、過濾GOOSE網(wǎng)絡(luò)和SV采樣值網(wǎng)絡(luò)的報(bào)文來完成對(duì)站內(nèi)電流、電壓、開關(guān)狀態(tài)、異常、故障等信號(hào)的記錄、存儲(chǔ)，并能自動(dòng)或手動(dòng)進(jìn)行故障錄波分析，直觀的給出分析結(jié)果。故障錄波裝置記錄分為穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)記錄和故障記錄。

網(wǎng)絡(luò)記錄儀通過對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的全過程進(jìn)行報(bào)文接收、記錄、存儲(chǔ)，包括MMS網(wǎng)絡(luò)、GOOSE網(wǎng)絡(luò)和SV采樣值網(wǎng)絡(luò)的報(bào)文記錄，并能自動(dòng)或手動(dòng)進(jìn)行報(bào)文詳細(xì)分析，并直觀的給出分析結(jié)果，同時(shí)提供高效的查詢手段和統(tǒng)計(jì)功能，幫助查找故障和對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行評(píng)估，以提高智能化變電站通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行安全。

據(jù)了解，目前國內(nèi)的二次設(shè)備廠家已在研制和生產(chǎn)故障錄波與網(wǎng)絡(luò)記錄儀一體化裝置?？梢钥闯?，故障錄波裝置與網(wǎng)絡(luò)記錄儀功能單元采集內(nèi)容一致，僅分析內(nèi)容不一樣，故障錄波僅在故障時(shí)才記錄、網(wǎng)絡(luò)記錄分析儀實(shí)時(shí)監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)報(bào)文，在網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)發(fā)出告警信號(hào)。因此，對(duì)上述兩者進(jìn)行優(yōu)化整合，可實(shí)現(xiàn)兩者大部分采集單元的共享。

綜上所述，故障錄波與網(wǎng)絡(luò)記錄分析儀整合是完全可行的。

3.3 故障錄波及網(wǎng)絡(luò)記錄分析儀優(yōu)化整合方案

故障錄波及網(wǎng)絡(luò)記錄分析儀優(yōu)化整合方案推薦采用“分散采集和實(shí)時(shí)處理＋集中分析”的系統(tǒng)架構(gòu)。整個(gè)系統(tǒng)由一個(gè)“分析管理單元”和若干個(gè)“過程層報(bào)文采集和暫態(tài)錄波單元”、“站控層報(bào)文記錄單元”組成，硬件結(jié)構(gòu)上主要由過程層報(bào)文記錄子系統(tǒng)、暫態(tài)故障錄波子系統(tǒng)、站控層報(bào)文記錄子系統(tǒng)、后臺(tái)管理子系統(tǒng)組成，其具體系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)詳見圖3：

（1）過程層報(bào)文記錄子系統(tǒng)

圖3 故障錄波及報(bào)文記錄一體化裝置圖

過程層報(bào)文記錄子系統(tǒng)直接接入到變電站的過程層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)中，接收來自過程層網(wǎng)絡(luò)的所有報(bào)文（主要包括SV、GOOSE、GMRP、PTP等）， 并 對(duì)這些報(bào)文進(jìn)行實(shí)時(shí)解碼分析和存儲(chǔ)，在實(shí)時(shí)解碼分析時(shí)檢查如丟幀、錯(cuò)序、失步、超時(shí)、中斷、無效編碼、流量突變等各類異常狀態(tài)，并實(shí)時(shí)給出異常事件告警。原始報(bào)文數(shù)據(jù)可根據(jù)事件標(biāo)簽在管理界面上隨時(shí)調(diào)閱和分析。同時(shí)對(duì)SV和GOOSE報(bào)文的數(shù)據(jù)進(jìn)行同步組合整理和打包，轉(zhuǎn)發(fā)給暫態(tài)錄波子系統(tǒng)。

（2）暫態(tài)錄波子系統(tǒng)

暫態(tài)錄波子系統(tǒng)接收過程層報(bào)文記錄子系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)的報(bào)文信息，進(jìn)行錄波判啟動(dòng)算法，當(dāng)滿足暫態(tài)錄波啟動(dòng)條件時(shí)實(shí)現(xiàn)錄波報(bào)文的存儲(chǔ)記錄。

（3）站控層報(bào)文記錄子系統(tǒng)

站控層報(bào)文記錄子系統(tǒng)直接接入到變電站的站控層交換機(jī)中，接收并記錄來自站控層網(wǎng)絡(luò)的所有原始報(bào)文（主要包括MMS報(bào)文），后臺(tái)管理軟件可根據(jù)時(shí)間標(biāo)簽隨時(shí)調(diào)取原始報(bào)文數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)文序列分析。

（4）后臺(tái)管理子系統(tǒng)

作為人機(jī)交互接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)過程層報(bào)文記錄子系統(tǒng)、暫態(tài)錄波子系統(tǒng)、站控層報(bào)文記錄子系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、錄波定值整定等操作。實(shí)現(xiàn)報(bào)文分析、電壓電流波形分析、綜合故障分析等功能。

故障錄波、網(wǎng)絡(luò)記錄裝置整合后，數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)功能單元按報(bào)文記錄、故障錄波分別設(shè)置獨(dú)立模塊，可共享電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、GPS時(shí)間基準(zhǔn)模塊、人機(jī)接口模塊、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳模塊，節(jié)省了屏柜，進(jìn)而降低工程造價(jià)。

結(jié)語

本文通過對(duì)故障錄波裝置與網(wǎng)絡(luò)記錄分析裝置功能整合、合并單元與智能終端功能整合進(jìn)行研究分析，整合方案在工程實(shí)施中完全可行，充分發(fā)揮了智能變電站網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)，體現(xiàn)功能集成化、結(jié)構(gòu)緊湊化的特點(diǎn)。有效地整合軟硬件平臺(tái)資源，降低了造價(jià)，減少運(yùn)維工作量。

[1]張東峰.智能變電站一、二次設(shè)備框架分析及配置方案[J].電氣技術(shù)，2012（06）.

[2]智能變電站的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用[D].北京：華北電力大學(xué)，2011.