智能變電站的調控信號分析與精簡

胡九龍，楊昀，徐銀鳳，彭靜，鄒丹

(國網湖南省電力公司株洲供電分公司，湖南 株洲412000)

智能變電站采用先進、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設備，以全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和檢測等基本功能，并可根據需要支持電網實時實現(xiàn)自動控制、智能調節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能，是未來電網發(fā)展的趨勢〔1〕。2012 年11 月，湖南省第1 座220 kV 智能變電站都塘變順利投產。

為了反映各種故障和異常，智能變電站配置了不同信號，以便檢修維護人員及時排查。如果所有的信號上傳至調控中心，將給調控人員帶來極大的不便，尤其是隨著電網規(guī)模不斷擴大，問題日益突出。因此有必要對智能站的調控信號進行篩選、分類、合并，減少其數量，以保證變電站的安全穩(wěn)定運行。

1 智能變電站結構簡介

現(xiàn)階段的智能變電站采用“三層兩網”結構〔1〕。

1)站控層:站控層包括站級監(jiān)視控制系統(tǒng)、站域控制、通信、對時系統(tǒng)等，實現(xiàn)面向全站設備的監(jiān)視、控制、告警及信息交互功能，完成數據采集和監(jiān)視控制(SCADA)、操作閉鎖以及同步相量采集、電能量采集、保護信息管理等相關功能。

2)間隔層:間隔層設備一般指繼電保護裝置、測控裝置、故障錄波裝置等，實現(xiàn)保護、運行監(jiān)視、操作與控制等功能。

3)過程層:過程層設備包括合并單元、智能終端等，實現(xiàn)電壓、電流信號的采集和模數轉化、一次設備告警信號的采集、一次設備的操作、控制等功能。

4)站控層網絡:站控層網絡是指站控層設備與間隔層設備之間信息交互的網絡，它傳輸的是MMS 和GOOSE 報文，用于站域的監(jiān)視與控制。

5)過程層網絡:過程層網絡是指間隔層設備與過程層設備之間信息交互的網絡，它傳輸的是SMV 采樣值報文、GOOSE 報文，過程層網絡對實時性、可靠性要求很高，并且為了實現(xiàn)保護裝置的可靠運行，要求保護裝置與相應的合并單元、智能終端之間采用點對點方式光纖連接，也就是“直采直跳”。

2 智能變電站信號分析

2.1 過程層設備的特有信號

常規(guī)變電站直接將電壓、電流二次模擬信號通過二次電纜上傳至保護、測控裝置，保護、測控裝置的控制命令也通過二次電纜傳輸至相應斷路器。而智能變電站是通過合并單元就地將TV，TA 二次模擬信號轉換成光信號，通過光纖上傳至間隔層設備;間隔層設備的控制命令也是通過光纖傳輸至相應智能終端，控制相應斷路器。因此和常規(guī)變電站相比，智能變電站就多了過程層設備相關信號。

變電站的合并單元、智能終端都有2 個硬接點信號，分別是“裝置異?！焙汀笆щ姼婢?。當設備出現(xiàn)異常時，設備告警燈點亮，同時發(fā)送GOOSE 告警自檢信號，并根據其嚴重程度決定是否閉鎖裝置功能，防止事故的進一步擴大。合并單元、智能終端還定義了豐富的邏輯GOOSE 信號，以便于調控人員運行監(jiān)視，也便于檢修人員排除故障〔4〕，見表1。

表1 DBU-814 開關智能終端GOOSE 信號

2.2 間隔層設備的特有信號

為了監(jiān)視光纖中的鏈路及傳輸的數據是否正常，間隔層的保護、測控裝置定義了一些特有信號。

例如WXH-803BG 微機線路保護裝置中定義了SV 采樣丟幀、TV 和TA 品質異常、SV 中斷閉鎖、直跳口一GOOSE 斷鏈、對時信號異常等異常信號。

2.3 過程層網絡及站控層網絡信號

過程層網絡及站控層網絡只有一些交換機的硬接點信號，比如失電告警、裝置異常等，至于光纖中的鏈路信息、數據是否正常等，都由相應的保護、測控裝置判斷并發(fā)出相應信號。

3 智能變電站調控信號的精簡

3.1 規(guī)范智能變電站信號

電力系統(tǒng)目前還沒有針對智能變電站的調控信號規(guī)范，但根據文獻〔2〕中的220 kV 線路保護相關“智能信號”，總結其精簡思路和方法，并將其推廣應用至全站的篩選、分類、合并〔2〕。

〔2〕可知，除了合并單元、智能終端的硬接點信號、對時異常等信號外，主要是SV 數據異常、SV 鏈路中斷、GOOSE 數據異常、GOOSE 鏈路中斷信號。

3.2 確定目標信號

對于合并單元、智能終端，由于其自檢告警、過程層網絡異常、串口通訊異常、網口中斷時，會導致過程層設備發(fā)“裝置異?！毙盘?，同時相應的保護、測控裝置會發(fā)“鏈路中斷”、“數據異?！毙盘?，所以對于過程層設備只取其“裝置異?！?、“失電告警”硬接點信號;對于保護、測控裝置，在分析其二次結構之后，找出與其相關的所有鏈路，每一鏈路取“鏈路中斷”和“數據異常”信號。這樣就可以確定每一間隔的目標信號。本文以都塘變220 kV 線路為例，介紹智能設備目標信號的確定方法。

1)都塘變220 kV 線路一二次設備工作原理:

都塘變220 kV 線路二次結構如圖1，有2 套合并單元，分別采集線路TA 的2 個二次保護繞組電流，并且分別轉接來自2 套母線合并單元的電壓，通過光纖分別傳輸到2 套線路微機保護裝置。保護裝置判斷故障需要跳閘時，直接將跳閘命令分別傳輸到線路智能終端，驅動跳閘線圈實現(xiàn)跳閘，真正實現(xiàn)保護“雙重化配置”和“直采直跳”。同時線路合并單元及母線合并單元、智能終端分別將采集的信息傳輸到2 個220 kV 過程層網絡中，220 kV線路測控裝置從過程層網絡獲取遙測、遙信信息，并傳輸給變電站后臺機進而傳輸到調控中心。同樣，調度的遙控命令傳輸到站控層后，也由測控裝置傳輸到過程層網絡，線路智能終端從過程層網絡獲取跳閘或者合閘命令后，驅動斷路器跳合閘線圈，實現(xiàn)遙控操作。

2)確定都塘變220 kV 線路“目標信號”:

根據文獻〔2〕以及調控實際工作，確定都塘變220 kV 線路的“目標信號”，其中智能設備相關的“目標信號”如表2:

表2 線路智能設備“目標信號”

3.3 信號精簡具體實施

保護、測控裝置中并沒有直接的“鏈路中斷”、“數據異常”信號，所以需要對原始調控信號進行分類、合并，將所有會導致鏈路中斷的信號合并為“鏈路中斷”，將所有會導致數據異常的信號合并為“數據異常”〔3〕。都塘變220 kV 線路A套保護“智能化”的信號見表3 所示。線路測控信號合并實施方法同理線路保護信號合并。

表3 線路A 套保護“智能化”信號

3.4 跨間隔保護裝置信號精簡

對于母差保護、主變保護，其采集的信息是來自多個間隔，控制的斷路器也是多間隔的?？梢栽趯⑾嚓P信號合并為“鏈路中斷”、“數據異?！敝螅瑢ο嗤绊懙男盘栠M行再次合并。如220 kV母差保護，當A 套保護的某一個間隔至母差的電流鏈路中斷，那么A 套保護將閉鎖，所以可將A套母差保護至每一個間隔相同性質的鏈路中斷合并為1 個“鏈路中斷”信號，這樣可以大大減少信號數量〔5〕。都塘變220 kV 母線A 套保護“智能化”信號整理舉例見表4 所示。

表4 母線A 套保護“智能化”信號整理舉例

4 結束語

根據文獻〔2〕規(guī)定，結合220 kV 都塘一次設備規(guī)模，可計算出都塘變應有的信號數量為1 724個，而都塘變驗收投運時實際的信號數量為4 712個。株洲調控中心通過對都塘變的調控信號進行分析與精簡后，最終的信號數量為1591 個，減少了66.2%，大大提高了調控人員的信號篩選效率，降低了電網運行風險。

隨著電網規(guī)模的越來越龐大，尤其是智能變電站的推廣與普及，精簡調控信號顯得非常重要。應積累智能變電站的運行經驗，為智能變電站信號點表規(guī)范的出臺提供依據。

參 考 文 獻

〔1〕國家電力公司. Q/GDW 383—2009 智能變電站技術導則〔S〕. 北京:中國電力出版社，2009.

〔2〕國家電網公司國家電力調度控制中心. 變電站調控數據交互規(guī)范(試行)調自〔2012〕101 號〔S〕. 2012.

〔3〕國家電力公司. Q/GDW 678—2011 智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)功能規(guī)范〔S〕. 北京:中國電力出版社，2011.

〔4〕張海波;陶文偉;地區(qū)電網設備異常和事故信號智能處理系統(tǒng)研究與設計〔J〕. 電力科學與技術學報，2009，24 (2):35-40.

〔5〕王加友;無人值班變電站安全運行集中監(jiān)控問題的探討〔J〕.電力安全技術，2007 (4):32-34.