第三代智能變電站二次系統(tǒng)分析

摘要：隨著智能電網(wǎng)的不斷發(fā)展，將會(huì)給電力系統(tǒng)的運(yùn)維帶來全方位的變革。同時(shí)，隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的在電力系統(tǒng)的應(yīng)用，發(fā)展建設(shè)第三代智能變電站已成為一個(gè)迫切的需求。本文對(duì)第三代變電站二次系統(tǒng)進(jìn)行分析，以說明發(fā)展第三代智能變電站的重要性。

關(guān)鍵詞：第三代智能變電站;二次系統(tǒng)

第三代智能變電站是將大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)、人工智能等一系列新技術(shù)與變電站和變電運(yùn)檢工作相結(jié)合;堅(jiān)持電網(wǎng)安全是基礎(chǔ)、供電可靠是核心、運(yùn)檢高效是關(guān)鍵、全壽命成本更低是目標(biāo)的基本原則，建設(shè)的具有一鍵順控、自動(dòng)巡檢、主動(dòng)預(yù)警、智能決策等功能的智能變電站。

第三代智能變電站二次設(shè)備繼承 IEC61850 技術(shù)體系，堅(jiān)持?jǐn)?shù)字化方向，簡化系統(tǒng)架構(gòu)，提高硬件集成度，減少裝置數(shù)量。設(shè)計(jì)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化硬件裝置，規(guī)范軟件種類及信息模型，軟件邏輯清晰可視，按設(shè)備解耦 SCD文件，部署軟件在線管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)軟件網(wǎng)絡(luò)裝載、在線校核，方便運(yùn)檢一線等一系列的整改、創(chuàng)新技術(shù)措施，使二次設(shè)備的運(yùn)維水平更加可靠。[1]

一、架構(gòu)設(shè)計(jì)

目前智能站大多采用“三層兩網(wǎng)”結(jié)構(gòu)，在常規(guī)站構(gòu)架上增加了過程層網(wǎng)絡(luò)及合并單元、智能終端等過程層設(shè)備。導(dǎo)致新增智能二次設(shè)備數(shù)量成倍增長。同時(shí)，智能站使用大量交換機(jī)用于實(shí)現(xiàn)信息共享，交換機(jī)作為信息傳遞的樞紐，牽涉范圍廣，一旦故障將影響多套測控、保護(hù)和安全自動(dòng)裝置，給運(yùn)維人員帶來很大的困難。

同時(shí)，相比常規(guī)站，智能站保護(hù)采樣環(huán)節(jié)和出口環(huán)節(jié)均有步驟增加，導(dǎo)致整體動(dòng)作固有時(shí)間延長，保護(hù)速動(dòng)性和可靠性降低。

針對(duì)以上情況，三代智能變電站在架構(gòu)設(shè)計(jì)上縱向簡化網(wǎng)絡(luò)層次，采用“兩層一網(wǎng)”架構(gòu)，大幅減少二次設(shè)備數(shù)量;橫向減少交叉互聯(lián)，弱化對(duì)交換機(jī)的依賴，通過站控層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中和共享?！皟蓪右痪W(wǎng)”架構(gòu)由間隔層、站控層及站控層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，結(jié)構(gòu)扁平、網(wǎng)絡(luò)簡單。

測控采用“兩層一網(wǎng)”系統(tǒng)架構(gòu)，由間隔層、站控層及站控層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，通過數(shù)字化就地模塊與一次設(shè)備連接。

間隔層采用測控主子機(jī)冗余配置模式，測控子機(jī)完成相應(yīng)間隔的測量、控制與聯(lián)鎖功能;站控主機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)測控子機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視、診斷與切換。一次設(shè)備側(cè)布置就地模塊與操作模塊，就地模塊實(shí)現(xiàn)模擬量與開關(guān)量信息的數(shù)字化采集，操作模塊實(shí)現(xiàn)與一次設(shè)備的分合閘回路接口。

保護(hù)采用就地化保護(hù)方案，由就地化保護(hù)、保護(hù)專網(wǎng)和智能管理單元構(gòu)成，通過電纜或數(shù)字化就地模塊與一次設(shè)備連接。

就地化保護(hù)包含就地化線路、變壓器及母線保護(hù)等。線路保護(hù)獨(dú)立完成線路所有保護(hù)功能;變壓器及母線保護(hù)采用分布式模式，配置保護(hù)子機(jī)。

二、數(shù)字傳輸

常規(guī)變電站采用大量電纜，電纜材質(zhì)成本高，易松動(dòng)、發(fā)熱、開路、短路、接地，且無法自檢。數(shù)字傳輸技術(shù)適用范圍廣、精度高、穩(wěn)定高效，便于數(shù)據(jù)共享。光纖作為數(shù)字傳輸載體，具有傳輸容量大、損耗低、距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)，防雷性能好、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等優(yōu)勢，可有效隔離一、二次回路，消除過流、過壓現(xiàn)象，提高人員、設(shè)備安全性。

數(shù)字化和光纖化是前兩代智能站的主要特征之一，且代表了未來發(fā)展方向，應(yīng)繼續(xù)繼承發(fā)揚(yáng)。

三、模塊繼承

智能站內(nèi)二次設(shè)備廠家多、硬件種類多、插件互不兼容，維護(hù)更換方式各異，大幅增加了運(yùn)維檢修難度，現(xiàn)場備品備件難以準(zhǔn)備，嚴(yán)重影響設(shè)備缺陷處理的及時(shí)性。例如某110kV某站二次設(shè)備廠家數(shù)量多達(dá)12個(gè)，僅主變間隔二次設(shè)備就由4個(gè)不同廠家組成，當(dāng)發(fā)生異?；蚬收蠒r(shí)廠家責(zé)任界面不清、協(xié)調(diào)困難，影響消缺進(jìn)度。

因此在第三代智能站需要規(guī)范硬件種類，按功能分別設(shè)計(jì)電源、開入、開出、采集、邏輯運(yùn)算、通訊處理等標(biāo)準(zhǔn)模塊，全站硬件設(shè)備根據(jù)需求由標(biāo)準(zhǔn)模塊“積木式”搭建，靈活進(jìn)行修改、組合。研究繼電保護(hù)更換式檢修。研究繼電保護(hù)裝置一體化、集成化設(shè)計(jì)方案。

四、在線管控

智能站配置文件主要由二次設(shè)備廠家配置和維護(hù)，廠家人員水平參差不齊、安全意識(shí)差，現(xiàn)場調(diào)試過程中普遍存在邊調(diào)邊改、隨意修改等現(xiàn)象，無法保證文件的唯一性和正確性。投運(yùn)后的配置文件通常由運(yùn)維單位人工保管，容易出現(xiàn)文件丟失、損壞、新舊版本難以區(qū)分等問題。

第三代智能站通過軟件在線管控系統(tǒng)對(duì)全站裝置程序/文件進(jìn)行全壽命周期管控，應(yīng)用軟件集中在線管控系統(tǒng)，納入運(yùn)行設(shè)備管理，作為管控的唯一人機(jī)接口。規(guī)范配置軟件全過程管控流程，投運(yùn)前將經(jīng)過傳動(dòng)驗(yàn)證的配置軟件上傳管控模塊，運(yùn)行中在線校核比對(duì)軟件版本，操作痕跡全程記錄，責(zé)任可追溯。

五、信息共享

智能站二次設(shè)備按間隔獨(dú)立配置，保護(hù)、測控、安全自動(dòng)裝置未能充分實(shí)現(xiàn)信息共享，造成同一數(shù)據(jù)多回路重復(fù)采集，二次回路復(fù)雜，硬件數(shù)量增加。站內(nèi)全景數(shù)據(jù)未有效融合，一鍵順控、狀態(tài)預(yù)警、智能決策等高級(jí)應(yīng)用無法開發(fā)。

第三代智能站站級(jí)控保主機(jī)匯集站內(nèi)全景數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)信息高度融合，保護(hù)與監(jiān)控信息共享，跨設(shè)備、跨間隔數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交換。方便開發(fā)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、站域保護(hù)、頻率電壓控制裝置、在線分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)應(yīng)用。

六、方便一線

第三代智能變電站按照簡單方便，免維護(hù)、易更換的原則設(shè)計(jì)二次系統(tǒng)，大幅減輕一線工作負(fù)擔(dān)，減少出錯(cuò)風(fēng)險(xiǎn)。研究設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)層次清晰、展現(xiàn)形式豐富、信息清晰明了、操作安全可靠、維護(hù)簡單便捷，適用于運(yùn)維一線人員的人機(jī)界面。

總之，第三代智能變電站需要有平臺(tái)先進(jìn)、功能強(qiáng)大、靈活配置、易于擴(kuò)展的二次系統(tǒng)，滿足一鍵順控、自動(dòng)巡檢、主動(dòng)預(yù)警、智能決策等高級(jí)應(yīng)用功能，提升運(yùn)維檢修效率;滿足面向未來的新能源接入、分布式發(fā)電、多元化用戶、供需互動(dòng)、輸配電側(cè)與用戶側(cè)協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行等需求，實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)安全、靈活、清潔、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]嚴(yán)濤. 第三代智能變電站的應(yīng)用研究[D].南昌大學(xué)，2019.

[2]周鑫.智能變電站的發(fā)展前景探究[J].電子制作，2016（19）

[3]趙曉東.新一代智能變電站二次系統(tǒng)研究與應(yīng)用[D].華北電力大學(xué)，2017（06）[1]茍旭丹.

[4]新一代智能變電站技術(shù)的研究應(yīng)用與發(fā)展[J].四川電力技術(shù)，2015（04）

[5]李彥.智能變電站的發(fā)展前景分析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015（04）

作者簡介：侯艷真，1984年10月出生。