智能變電站虛擬二次回路可視化分析

劉濤　王壽星　黃興　張建民

【摘要】智能變電站以網(wǎng)絡(luò)化信息共享方式替代傳統(tǒng)的硬電纜回路，光纖通信取代了大部分的傳統(tǒng)站內(nèi)電纜連接，站內(nèi)采用數(shù)據(jù)通信實現(xiàn)保護采樣、跳閘、發(fā)信等功能，保護裝置“無接線、無端子”，二次回路“看不見、摸不著”，修改后檢查確認困難。為了方便智能變電站日常維護檢修，本文將IEC61850數(shù)據(jù)模型與傳統(tǒng)圖紙設(shè)計相結(jié)合，直觀展示隱含在數(shù)據(jù)模型中二次設(shè)備間的物理連接和邏輯鏈路，使二次回路“看得見、摸得著”，提高檢修調(diào)試工作效率。

【關(guān)鍵詞】智能變電站；二次回路；虛端子；虛擬回路；SCD配置

引言

智能變電站與傳統(tǒng)變電站相比在硬件上引入了智能終端、合并單元和過程層網(wǎng)絡(luò)交換機等設(shè)備并采用了三層兩網(wǎng)的架構(gòu)體系，以數(shù)字信號光纖為介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)通訊方式替代傳統(tǒng)變電站中模擬量及開關(guān)量信號電纜連接方式[1]，現(xiàn)行智能站二次圖紙設(shè)計大都基于GOOSE/SV配置表、二次虛端子回路圖、過程層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖、交換機端口信息流圖等[2]，未能區(qū)分回路中網(wǎng)采、直采鏈路關(guān)系，尤其是隱含在SCD文件中的通訊配置和虛擬邏輯連接無法可視化，檢修人員在龐雜的配置文本中理清二次回路非常困難。

本文針對SCD文件結(jié)構(gòu)和虛擬二次回路進行分析，提出了一種虛擬二次回路的表達方法，該方法將IEC61850信息模型與傳統(tǒng)電氣二次圖紙相結(jié)合，將隱含在鏈路模型中的邏輯回路進行可視化展現(xiàn)[3]，可直觀、全面地反映各智能設(shè)備之間的物理連接和邏輯關(guān)系，方便檢修人員清晰理解和掌握智能裝置之間的交互信息，降低智能裝置調(diào)試安全風險。

1、二次虛擬回路可視化研究基礎(chǔ)

與傳統(tǒng)變電站相比，智能變電站在IEC61850通訊規(guī)約基礎(chǔ)上通過SV/GOOSE數(shù)據(jù)流和SCD配置描述文件在數(shù)據(jù)模型中實現(xiàn)多路信息復(fù)用[4]，傳統(tǒng)的點對點電纜連接取被光纜連接所取代。傳統(tǒng)數(shù)字化變電站TV及TA采集到的一次電壓、電流信號經(jīng)端子箱、電纜進入保護測控裝置，在CPU數(shù)據(jù)處理單元進行數(shù)據(jù)處理后轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。斷路器分合、遙控、遙信及閉鎖等信號通過二次控制及信號回路傳遞到斷路器設(shè)備，從而實現(xiàn)相應(yīng)的保護、測控功能。

智能變電站引入了智能終端、合并單元和網(wǎng)絡(luò)交換機等過程層設(shè)備，站內(nèi)數(shù)據(jù)信息在IEC61850通訊規(guī)約下按照模型配置接入變電站通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了站內(nèi)二次設(shè)備間的信息共享和互操作。在圖1所示原理圖中，電子互感器ECT和EVT中的采樣信號經(jīng)合并單元同步合并之后形成數(shù)據(jù)輸出模塊，MCU數(shù)據(jù)處理單元再將處理的數(shù)據(jù)按照IEC61850-9-2的以太網(wǎng)幀格式傳輸?shù)街悄芙K端。

2、虛擬二次回路可視化表達方法

現(xiàn)行智能變電站二次圖紙設(shè)計大都基于GOOSE/SV配置表、二次虛端子回路圖、過程層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖、交換機端口信息流圖等，回路圖設(shè)計未區(qū)分二次設(shè)備間組網(wǎng)及直采直跳邏輯連接，回路涉及到虛端子數(shù)量龐大，圖紙冗余繁雜，不能清晰反映二次設(shè)備間的物理連接和邏輯關(guān)系，本文在總結(jié)國內(nèi)智能變電站的設(shè)計、施工及檢修經(jīng)驗的基礎(chǔ)上對智能變電站虛回路進行分析，提出了一種智能變電站虛回路圖形化可視方法，采用過程層設(shè)備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖、SV/GOOSE信息流圖和虛擬二次回路圖展現(xiàn)智能設(shè)備間重要的虛端子連接關(guān)系，以直觀、易閱讀的方式展現(xiàn)隱含在信息模型中的邏輯回路，方便檢修人員根據(jù)SCD文件的結(jié)構(gòu)層次開展設(shè)備檢修和狀態(tài)維護，降低二次設(shè)備運維檢修的難度，

（1）過程層設(shè)備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

智能變電站設(shè)備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用分布式、分層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。圖2為智能變電站過程層設(shè)備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，從圖中可以看出，每個間隔合并單元和智能終端等過程層設(shè)備通過過程層網(wǎng)絡(luò)交換機與間隔層設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換，中心交換機匯總各間隔數(shù)據(jù)信息并將信息傳遞到網(wǎng)絡(luò)分析及故障錄波系統(tǒng)。過程層設(shè)備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖主要為二次設(shè)備間的光纜聯(lián)系，反映了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交互和物理連接關(guān)系。

（2）SV信息流圖

如圖3所示，在220kV線路中，線路合并單元將采集到的電流、電壓信息通過光纜通訊方式傳遞到線路及母線保護裝置。線路測控、故障錄波所需SV由過程層網(wǎng)絡(luò)交換機提供。SV信息流圖反映了設(shè)備間電壓、電流數(shù)據(jù)流的網(wǎng)絡(luò)傳輸路徑。

（3）GOOSE信息流圖

GOOSE信息流圖反映了保護裝置跳合閘、測控裝置開入開出、開關(guān)刀閘位置及保護裝置間閉鎖等信息流的連接關(guān)系，如圖4所示，GOOSE信息流圖展現(xiàn)了各智能設(shè)備間物理連接及信息交互內(nèi)容，但不能反映信息具體邏輯連接。

（4）虛擬二次回路圖

智能變電站二次圖紙設(shè)計中未涉及虛端子IED輸入輸出流向，作業(yè)人員在站內(nèi)檢修及維護過程中，無法在龐大的虛端子表中查詢二次回路來龍去脈，基于IEC61850數(shù)據(jù)模型的虛擬二次回路圖將裝置SCD文件連接關(guān)系以圖形化方式展現(xiàn)出來，解決了智能設(shè)備信息無接點、無端子和無接線帶來的二次回路配置難以體現(xiàn)的問題，使檢修及運維人員能夠直觀閱讀智能裝置的開入、開出及邏輯出口等。

虛擬二次回路圖根據(jù)變電站主接線及各裝置定義的虛端子確定虛端子起點、終點及邏輯路徑。虛端子連接包括虛端子編號、信息名稱、信息路徑三部分內(nèi)容，虛端子標號類似與傳統(tǒng)變電站設(shè)計中的二次電纜及電纜線芯編號，信息名稱類似于傳統(tǒng)變電站設(shè)計中的回路說明。圖6所示為某220kV線路虛擬二次回路圖，信息模型中的邏輯回路、信息傳遞走向一目了然，解決了智能設(shè)備信息無接點、無端子和無接線帶來的二次回路配置難以體現(xiàn)的問題。

3、結(jié)語

智能變電站二次回路設(shè)計無規(guī)范可循，其設(shè)計模式無法適應(yīng)智能變電站技術(shù)需求，本文通過對虛擬二次回路進行的分析，采用過程層設(shè)備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖、SV和GOOSE信息流圖、虛擬二次回路圖完整展現(xiàn)了智能裝置間物理連接和邏輯連接。該設(shè)計方法在220kV北趙站施工圖設(shè)計中實施，結(jié)果表明該設(shè)計方法有利于將修人員對設(shè)備及全站數(shù)據(jù)模型的配置及調(diào)試，提高現(xiàn)場工作效率。

參考文獻

[1]Q/GDW383-2009 智能變電站技術(shù)導則[S].北京：國網(wǎng)電網(wǎng)公司，2009.

[2]劉振亞.國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計：110（66）- 750kV智能變電站部分[M].北京：中國電力出版社，2011.

[3]欒國軍，丁希亮.智能變電站設(shè)計中虛端子、實光纖/光纖一體化設(shè)計方法：中國，102832715[P].2012-12-19.

[4]王增華，竇青春.智能變電站二次系統(tǒng)施工圖設(shè)計表達方法[J].電力系統(tǒng)及其自動化，2014，25（6）：112-116.

作者簡介

劉濤，男，學歷：研究生，職稱：工程師，研究方向：繼電保護。