智能變電站規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計探究

張珂

摘要：隨著科技的不斷發(fā)展、成熟，當(dāng)前電力行業(yè)當(dāng)中，智能變電站已經(jīng)成為發(fā)展的必然趨勢。隨著智能電網(wǎng)進入全面建設(shè)階段，以往傳統(tǒng)的設(shè)計及管理模式已經(jīng)不能滿足智能化變電站建設(shè)的需要。文章從智能化變電站建設(shè)管理中存在的問題出發(fā)，分析了智能變電站規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的問題。

關(guān)鍵詞：智能變電站；標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計；智能電網(wǎng)；變電站建設(shè)管理；電力設(shè)備 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM64 文章編號：1009-2374（2016）24-0006-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.24.003

1 概述

智能變電站是采用先進、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監(jiān)測等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能的變電站。在智能電網(wǎng)建設(shè)的整體框架中，智能變電站既是核心工作之一，也是提升整個電網(wǎng)智能化水平的關(guān)鍵。智能變電站的建設(shè)為設(shè)備的高效運行和維護提供現(xiàn)代化平臺，為電網(wǎng)智能化建設(shè)奠定基礎(chǔ)。與常規(guī)綜合自動化變電站相比，智能變電站主要是對監(jiān)控系統(tǒng)軟硬件、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和軟件功能的一次變革，主要體現(xiàn)在監(jiān)控保護信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化、應(yīng)用功能互動化。

1.1 全站信息數(shù)字化

一次設(shè)備智能化，在電流互感器、電壓互感器附近就地安裝合并單元，在開關(guān)附近就地安裝智能終端，將一次系統(tǒng)的模擬量和開關(guān)量就地轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，采用光纜與二次設(shè)備連接。

1.2 通信平臺網(wǎng)絡(luò)化

采用開放式分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，邏輯上由站控層網(wǎng)絡(luò)、間隔層網(wǎng)絡(luò)、過程層網(wǎng)絡(luò)組成，均采用100Mbps單星形工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)。站控層網(wǎng)絡(luò)為間隔層設(shè)備和站控層設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)站控層內(nèi)部以及站控層與間隔層之間的數(shù)據(jù)傳輸，傳輸MMS報文和GOOSE報文。

間隔層網(wǎng)絡(luò)用于間隔層設(shè)備之間的通信，與站控層網(wǎng)絡(luò)相連，傳輸MMS報文和GOOSE報文。

過程層網(wǎng)絡(luò)為間隔層設(shè)備和過程層設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)間隔層設(shè)備與過程層設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，傳輸GOOSE報文和SV報文。

1.3 信息共享標(biāo)準(zhǔn)化

采用一體化監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)站內(nèi)信息、模型、設(shè)備參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化和全景信息的共享。

采用開放式分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，邏輯上由站控層、間隔層、過程層以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成。站內(nèi)監(jiān)控保護統(tǒng)一建模，統(tǒng)一組網(wǎng)，信息共享，通信規(guī)約統(tǒng)一采用DL/T860通信標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)站控層、間隔層二次設(shè)備互操作。

變電站內(nèi)信息具有共享性和唯一性，變電站自動化系統(tǒng)監(jiān)控主機與遠動數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備信息資源共享。監(jiān)控系統(tǒng)完成對全站設(shè)備的監(jiān)控。

1.4 應(yīng)用功能互動化

一體化監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一建模，統(tǒng)一組網(wǎng)，信息共享，實現(xiàn)站控層、間隔層二次設(shè)備互操作，具備一體化五防、程序化控制、保護設(shè)備管理、經(jīng)濟運行與優(yōu)化控制、智能告警、遠程瀏覽告警直傳、操作可視化、源端維護、事故追憶與全景事故反演、故障信息綜合分析等高級應(yīng)用功能。國家電網(wǎng)公司于2009年提出“建設(shè)堅強統(tǒng)一智能電網(wǎng)”的發(fā)展戰(zhàn)略，逐步構(gòu)建變電站一體化業(yè)務(wù)平臺，實現(xiàn)與調(diào)度、檢修、營銷系統(tǒng)的協(xié)調(diào)互動。智能化變電站是實現(xiàn)這一發(fā)展戰(zhàn)略的基礎(chǔ)。國家電網(wǎng)公司自2009年7月國家電網(wǎng)公司第一批7座智能變電站試點工程開始建設(shè)，電壓等級涉及750～110kV。2011年起，全面推廣建設(shè)智能變電站，國網(wǎng)公司新建110kV及以上變電站均按智能變電站建設(shè)。隨著技術(shù)的日趨成熟和國家的大力支持，智能電網(wǎng)已成為發(fā)展的必然趨勢，智能變電站的數(shù)量隨之與日俱增。截至2014年底，全國已有超過1500座智能變電站投入運行。根據(jù)規(guī)范智能變電站二次系統(tǒng)信息模型標(biāo)準(zhǔn)化管理的要求，結(jié)合目前工程中遇到的問題，智能變電站工程中切實需要規(guī)范電氣二次專業(yè)相關(guān)圖紙，并采用設(shè)計配置一體化專用工具，實現(xiàn)智能變電站二次虛擬回路和光纖回路設(shè)計。

2 術(shù)語和定義

2.1 ICD模型文件IED Capability Description

智能電子設(shè)備能力描述文件。

2.2 SCD模型文件Substation Configuration Description

全站系統(tǒng)配置文件。包含一次系統(tǒng)配置（系統(tǒng)規(guī)范描述SSD）、二次系統(tǒng)配置（實例化配置描述CID）。

3 智能變電站設(shè)計存在的問題

智能電網(wǎng)進入全面建設(shè)階段，傳統(tǒng)的常規(guī)設(shè)計和管理模式已難以適應(yīng)智能變電站的設(shè)計要求。

3.1 設(shè)計院傳統(tǒng)設(shè)計流程

傳統(tǒng)設(shè)計流程需要甲方確認變電站一次規(guī)模，設(shè)備廠家工程技術(shù)人員提供裝置模版配置文件給設(shè)計單位設(shè)計人員，設(shè)計人員繪制全站施工圖并且完成虛端子的連接，出具虛端子聯(lián)系表，并將虛端子聯(lián)系表提供給設(shè)備廠家工程技術(shù)人員，由設(shè)備廠家工程技術(shù)人員利用裝置組態(tài)工具完成SCD和ICD文件的配置，并下放到裝置中。

3.2 目前智能變電站在建設(shè)和運維過程中存在的問題

（1）智能變電站二次資源種類多、數(shù)量大，缺乏統(tǒng)一管理手段，管理難度大；（2）大量傳統(tǒng)的二次電纜回路被光纖形式的“虛回路”所代替，常規(guī)設(shè)計模式難以完成二次虛擬回路設(shè)計和SCD配置的工作；（3）二次設(shè)計與工程配置未實現(xiàn)有機結(jié)合，導(dǎo)致工作重復(fù)、信息更新不同步，影響工程進度；（4）二次圖紙設(shè)計缺乏標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計規(guī)范，無專用定制化工具，設(shè)計模式尚未統(tǒng)一；（5）智能變電站不同周期階段資料移交不充分，而且資料信息檢索困難；（6）智能變電站存在擴建及改造需求，常規(guī)設(shè)計模式很難界定更改范圍，很難滿足運行維護要求；（7）新一代智能變電站要求分專業(yè)設(shè)計向整體集成設(shè)計轉(zhuǎn)變，設(shè)計配置管控難度進一步加大。

4 智能變電站二次系統(tǒng)信息模型標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計管理流程

針對上述問題，設(shè)計單位應(yīng)依據(jù)規(guī)范智能變電站二次系統(tǒng)信息模型標(biāo)準(zhǔn)化管理的相關(guān)要求，結(jié)合智能變電站建設(shè)管理特點，制定智能變電站二次系統(tǒng)信息模型標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計管理流程。

4.1 施工圖設(shè)計階段

（1）設(shè)備供應(yīng)商向設(shè)計單位提供工程供貨設(shè)備版本清單（包括設(shè)備型號、程序版本號和校驗碼等）；（2）設(shè)計單位匯總各設(shè)備廠家工程供貨設(shè)備版本清單，從模型標(biāo)準(zhǔn)庫提取對應(yīng)的ICD模型文件，開展工程設(shè)計，生成工程SCD模型文件，同時導(dǎo)出ICD模型文件版本清單；（3）SCD模型文件以及ICD模型文件版本清單納入施工圖設(shè)計文件，由設(shè)計單位按進度要求交付建設(shè)管理單位；（4）建設(shè)管理單位組織設(shè)計、調(diào)試、運檢等單位開展施工圖會審，審核SCD文件虛回路、虛端子配置方案等。

4.2 系統(tǒng)集成聯(lián)調(diào)階段

（1）開展集成聯(lián)調(diào)前，設(shè)計單位將SCD模型文件以及ICD模型文件版本清單交付系統(tǒng)集成調(diào)試單位；（2）聯(lián)調(diào)過程中，如SCD模型文件發(fā)生變更，系統(tǒng)集成調(diào)試單位配合修改SCD模型文件，修改后的SCD模型文件須經(jīng)設(shè)計單位確認；（3）系統(tǒng)集成聯(lián)調(diào)結(jié)束，經(jīng)驗收，設(shè)計單位將修改后的SCD模型文件交付給建設(shè)管理單位。

4.3 現(xiàn)場調(diào)試階段

（1）建設(shè)管理單位將SCD模型文件及ICD模型文件版本清單轉(zhuǎn)交調(diào)試單位進行一致性驗證；（2）調(diào)試單位在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)配置文件不正確時，應(yīng)向設(shè)計單位提交變更申請；（3）SCD模型文件變更時，須由設(shè)計單位負責(zé)確認，調(diào)試單位負責(zé)驗證，系統(tǒng)集成商根據(jù)現(xiàn)場調(diào)試要求協(xié)助進行裝置、系統(tǒng)的配置調(diào)整及下裝；（4）調(diào)試單位應(yīng)對變更后的SCD模型文件重新進行語法規(guī)則及配置完整性校驗，并生成變更記錄，實施過程版本管控，確保裝置實際配置與SCD模型文件的一致性；（5）完成全部調(diào)試項目后，調(diào)試單位對工程SCD模型文件進行全面校驗，包括語法規(guī)則正確性、工程配置完整性、與模型標(biāo)準(zhǔn)庫ICD模型文件版本一致性、與裝置運行模型一致性等，生成SCD模型文件校驗報告，提交建設(shè)管理單位；（6）設(shè)計單位將SCD模型文件及ICD模型文件版本清單最終版本提交建設(shè)管理單位。

4.4 智能變電站二次系統(tǒng)信息模型標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計管理流程

智能變電站二次系統(tǒng)信息模型標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計管理流程如圖1所示：

圖1

5 設(shè)計配置一體化工具的應(yīng)用

設(shè)計配置一體化工具以SCD文件的可視化編輯和校驗以及SCD/ICD/CID文件的管理和維護為核心，提供了可視化的設(shè)計、配置平臺，實現(xiàn)了設(shè)計配置的一體化、虛擬回路的可視化、管控校驗的自動化，不僅規(guī)范了智能變電站的二次設(shè)計，還大幅度提高了設(shè)計效率和質(zhì)量，并為運行維護創(chuàng)造了便利條件。

5.1 設(shè)計配置一體化工具操作流程

設(shè)計配置一體化工具操作流程如圖2所示：

5.2 設(shè)計配置一體化工具優(yōu)勢

（1）采用圖模一體化技術(shù)，實現(xiàn)設(shè)計和配置有效集成，規(guī)范二次設(shè)計，減少配置錯誤；（2）支持裝置ICD文件形式輸入，也支持虛端子Excel表文件格式輸入，提升設(shè)計院二次作業(yè)效率，降低設(shè)計人員工作壓力；（3）既滿足單機離線操作，也支持多人在線平臺化作業(yè)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫共享；（4）經(jīng)配置，軟件可自動化輸出各類圖紙、虛端子聯(lián)系圖表、光纜清冊及SCD等文件，有利于規(guī)范圖紙和文件；（5）自動生成SV及GOOSE信息流向圖，信息流向明確，便于設(shè)計審核。

6 二次設(shè)計圖紙的規(guī)范

由于智能化變電站中大量傳統(tǒng)的二次電纜回路被光纖形式的“虛回路”所代替，傳統(tǒng)的二次圖紙已經(jīng)不能充分反映一次設(shè)備、保護、測控裝置間的聯(lián)系和邏輯。因此，在智能變電站工程中，應(yīng)對二次圖紙進行相關(guān)的調(diào)整和規(guī)范，補充二次設(shè)備配置圖、過程層采樣值、過程層GOOSE信息邏輯圖、光纜聯(lián)系圖、交換機配置圖、虛端子配置表等相關(guān)圖紙，并規(guī)范圖紙格式，使二次圖紙能夠更清晰地反映出二次設(shè)備間的邏輯關(guān)系，以滿足施工、調(diào)試、驗收、運行的要求以及日后擴建、改造的需求。

7 結(jié)語

通過智能變電站規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，制定智能變電站二次系統(tǒng)信息模型標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計管理流程、應(yīng)用專業(yè)的設(shè)計配置一體化工具和規(guī)范二次設(shè)計圖紙，能夠使整個變電站的二次設(shè)計更加全面、細致，對施工調(diào)試起到更好的指導(dǎo)作用，為項目的全壽命周期維護提供便利，更好地滿足行業(yè)用戶的需求。

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（責(zé)任編輯：黃銀芳）