基于IEC61850的智能變電站二次回路安全隔離措施

李 劍

（國(guó)網(wǎng)太原供電公司，山西 太原 030000）

1 變電站二次回路中常見(jiàn)故障評(píng)價(jià)

二次回路（Secondary Circuit）是指二次設(shè)備之間按一定的功能要求連接在一起構(gòu)成的電氣回路，統(tǒng)稱為二次接線或二次回路，包括量回路、繼電保護(hù)回路、開(kāi)關(guān)控制及信號(hào)回路、操作電源回路、斷路器以及隔離開(kāi)關(guān)的電氣閉鎖回路等低壓回路，同時(shí)是保障電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和可靠供電的重要組成部分。二次回路涉及智能變電站各個(gè)電氣元件，包括二次電纜、開(kāi)關(guān)以及輔助設(shè)備等，主要功能是對(duì)智能變電站一次設(shè)備的工作狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制、測(cè)量、調(diào)節(jié)以及保護(hù)等，以確保電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和安全性。二次回路本身無(wú)法進(jìn)行自檢，加上二次回路涉及面廣、接線復(fù)雜，在日常維護(hù)方面具有較大難度。鑒于此，本文針對(duì)智能變電站二次回路的常見(jiàn)事故進(jìn)行總結(jié)分析。

1.1 交直流電器配合問(wèn)題

智能變電站設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的終端控制屏和保護(hù)屏的回路低壓空氣開(kāi)關(guān)必須確保是直流電源系統(tǒng)。如果使用交流空氣開(kāi)關(guān)代替直流空氣開(kāi)關(guān)的現(xiàn)象，具有較大的安全隱患。如果直流空氣開(kāi)關(guān)性能不佳，易產(chǎn)生誤動(dòng)作也會(huì)造成安全隱患。

1.2 二次回路接線問(wèn)題

在智能變電站二次回路接線施工過(guò)程中，受施工環(huán)境的影響或者施工工藝不合理影響，易存在電纜交接處包扎不到位、密封效果不佳等問(wèn)題。如果電纜長(zhǎng)期保留在外，易導(dǎo)致接線處老化或者二次接點(diǎn)進(jìn)水，致使絕緣降低或者繼電保護(hù)誤動(dòng)作。

1.3 開(kāi)關(guān)接點(diǎn)問(wèn)題

智能變電站設(shè)備開(kāi)關(guān)接點(diǎn)調(diào)整不到位，運(yùn)行過(guò)程中易產(chǎn)生開(kāi)關(guān)跳閘或者切換信號(hào)不正常等問(wèn)題，影響電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行的安全性和可靠性，對(duì)電網(wǎng)設(shè)備故障排查造成了一定干擾。

2 智能變電站二次回路隔離系統(tǒng)構(gòu)架

基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的智能變電站二次回路安全隔離系統(tǒng)，對(duì)設(shè)備和協(xié)議進(jìn)行一系列規(guī)范化，構(gòu)成了一個(gè)規(guī)范的輸入/輸出，并最終完成變電站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的融合?；贗EC61850標(biāo)準(zhǔn)的二次回路安全隔離措施系統(tǒng)采用分層設(shè)計(jì)理念，將系統(tǒng)體系分為站控層、間隔層和過(guò)程層[1]，具體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

站控層主要負(fù)責(zé)對(duì)智能變電站電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，包括主控制臺(tái)工作站、操作員工作站、工程師工作站、遠(yuǎn)程維護(hù)工作站以及GPS設(shè)備等。站控層是智能變電站的主控制中心，通過(guò)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議完成對(duì)間隔層設(shè)備的控制。間隔層包括智能變電站繼電保護(hù)裝置和二次設(shè)備，主要功能是繼電保護(hù)與測(cè)控、錄波等。間隔層同樣遵循IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議與過(guò)程層進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，同時(shí)接受站控層發(fā)出的控制指令。因此，間隔層在整個(gè)系統(tǒng)中有承上啟下的作用。過(guò)程層主要為變電站中的一次設(shè)備，如主變壓器、互感器、智能終端設(shè)備、GIS設(shè)備、開(kāi)關(guān)柜設(shè)備以及補(bǔ)償裝置等。

基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的智能變電站二次回路安全隔離系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)與故障診斷過(guò)程中，故障精準(zhǔn)定位是主要內(nèi)容。變電站繼電保護(hù)二次回路在線監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)能夠精準(zhǔn)定位故障發(fā)生在保護(hù)裝置或者交換設(shè)備等，從而及時(shí)采取有效的應(yīng)對(duì)措施，提升電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。變電站繼電保護(hù)二次回路在線監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)使用現(xiàn)代化通信技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，利用互聯(lián)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)一次設(shè)備和二次設(shè)備的數(shù)據(jù)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)。

3 二次回路安全隔離系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，智能電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅速。為保障用電需求和電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，變電站二次回路安全隔離系統(tǒng)得到了廣泛運(yùn)用。實(shí)踐研究表明，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用可有效解決停電檢修及定期維護(hù)的弊端。實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站硬件設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和預(yù)警，便于檢修人員及時(shí)作出處理，減少變電站故障風(fēng)險(xiǎn)和設(shè)備維護(hù)成本，為開(kāi)展科學(xué)檢修提供數(shù)據(jù)支撐。介于此，將基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對(duì)變電站二次回路安全隔離系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)分析。

圖1 二次回路安全隔離系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.1 硬件設(shè)計(jì)

基于IC61850標(biāo)準(zhǔn)的智能變電站二次回路安全隔離系統(tǒng)的硬件架構(gòu)，主要分為傳感器設(shè)備、智能組件和監(jiān)測(cè)管控后臺(tái)3個(gè)部分[2]。傳感器（Transducer/Sensor）是該系統(tǒng)的核心部分，主要采集變電站二次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息，并按照特定規(guī)律轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出，從而滿足安全隔離系統(tǒng)對(duì)采集數(shù)據(jù)信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)和顯示記錄等需求。智能組件主要對(duì)變電站二次設(shè)備的運(yùn)行信息進(jìn)行監(jiān)控和分析處理，并將采集的數(shù)據(jù)信息上傳至監(jiān)測(cè)管控后臺(tái)。本文研究的智能變電站二次回路隔離系統(tǒng)采用基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的MMS協(xié)議服務(wù)（Membership Management System）上傳。作為一種串流媒體傳送協(xié)議，該技術(shù)具有傳輸穩(wěn)定、消耗資源低等特點(diǎn)。監(jiān)測(cè)管控后臺(tái)主要負(fù)責(zé)所有采集數(shù)據(jù)的匯總和展示，通過(guò)站控層的交換機(jī)設(shè)備，與各個(gè)智能組件串聯(lián)成星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)全站數(shù)據(jù)信息的傳輸、處理分析、顯示、狀態(tài)診斷及遠(yuǎn)控等功能。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

智能變電站二次回路安全隔離系統(tǒng)從軟件功能上可以分為底層數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和上層應(yīng)用軟件兩層結(jié)構(gòu)。底層數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)提供的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)，上層應(yīng)用軟件為開(kāi)發(fā)工具的應(yīng)用。該系統(tǒng)將采用Windows系統(tǒng)平臺(tái)，以高可視化交互顯示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)，具有良好的兼容性和易用性。軟件部分的設(shè)計(jì)采用C++編程語(yǔ)言以C/S架構(gòu)模式進(jìn)行設(shè)計(jì)；數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL Server 2012，可存儲(chǔ)大數(shù)據(jù)量的變電站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，具有更好的穩(wěn)定性及安全性[3]。為了有效確保智能變電站二次回路安全隔離系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理能力和數(shù)據(jù)接口并發(fā)能力，采用loadrunner系統(tǒng)對(duì)該軟件系統(tǒng)進(jìn)行性能測(cè)試，確保智能變電站二次回路安全隔離系統(tǒng)的信息吞吐量及并發(fā)處理參數(shù)符合需求設(shè)計(jì)規(guī)范。

4 結(jié) 論

在信息化時(shí)代大背景下，人工智能、電氣自動(dòng)化技術(shù)將是未來(lái)電網(wǎng)發(fā)展的趨勢(shì)。智能變電站采用科學(xué)和環(huán)保的智能電網(wǎng)設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化和信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行信息的自動(dòng)采集、測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量以及檢測(cè)等基本功能，同時(shí)支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策以及協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)功能。為了能夠進(jìn)一步提升智能變電站二次回路繼電保護(hù)動(dòng)作的有效性，本文在現(xiàn)有理論研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)智能變電站二次回路常見(jiàn)故障的分析，從智能變電站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化分析和二次回路安全隔離系統(tǒng)的角度，探討適用于現(xiàn)階段我國(guó)智能電網(wǎng)的設(shè)計(jì)方案，以期對(duì)智能電網(wǎng)安全可靠性運(yùn)行提供有力保障。