1、1浅议智能变电所二次系统功能整合摘要：本文通过对郑州某 110 千伏智能变电所合并单元及智能终端的整合，保护信息子站整合进监控软件；故障录波及网络分析功能整合为一体；监控系统实现“一键式”顺序操作；一体化监控实现高级应用；交直流一体化电源系统的整合等；使该变电所具备了“安全可靠、技术先进、经济适用”的智能变电所特征。 关键词：智能变电所系统功能整合 中图分类号：TM411 文献标识码： A 文章编号： 1 前言 智能化变电所经过近几年的发展，特别是经过两批试点变电所的建设，其优势和缺点渐渐表现出来，系统功能整合为智能变电所一大特点，其站控层功能有进一步整合的空间，间隔层及过程层设备的整合也能更
2、进一步，本文重点阐述了六个整合方案，并通过比较，针对该 110 千伏变电所选出最合适的方案。 方案一整合：一体化合并单元与智能终端的整合 方案二整合：将保护信息子站整合进监控软件； 方案三整合：采用故障录波及网络分析仪一体化装置； 方案四整合：将变压器油色谱监测系统与智能辅助系统整合； 方案五整合：使监控系统实现“一键式”顺序操作； 2方案六整合：交直流一体化电源系统的整合。 2 合并单元和智能终端整合 2.1 现状及整合的必要性 目前在建的许多智能化变电所均采用了合并单元和智能终端就地下放的安装模式。在 110 千伏及以下电压等级的变电所中，110 千伏线路间隔采用单套配置原则，即有 l 套
3、保护、合并单元和智能终端；主变保护各侧合并单元均按照 2 套配置，智能终端按照单套配置。 由于智能组件柜采用就地安装原则，保护测控、计量、智能终端及光纤盒均就地安装，并对温湿度控制提出要求，智能组件柜的体积就比常规站要大得多。 如果把合并单元和智能终端作为一体化设备，则可以很好地解决智能控制柜的安装问题，又可以节省大量的建设资金，不失为一种较好的应用模式。 2.2 合并单元 合并单元用于二次设备之间的信息交换，主要用于连接数字化输出的电子式互感器与保护、测控及表计。随着智能化变电所的全面建设，合并单元的含义也有所扩展。部分变电所仍采用常规互感器，不接收数字量而是直接采集常规模拟量的合并单元。再
4、如一个线路间隔的合并单元既采集常规的三相电流电压信号，同时又接收电子式互感器的母线电压信号。 2.3 智能终端 智能终端作为过程层中的重要设备，实现了对断路器间隔的完全控3制（包括断路器、接地刀闸和隔离刀闸） 。由于 IEC 61850-8-1 标准中的GOOSE 也是通过组网方式来进行传输，不可避免地对交换机也产生了较大的依赖，虽然可以通过双网的模式降低交换机带来的风险程度，但不能从根本上解决问题。 智能终端的 GOOSE 应用较传统操作箱在安全性方面得到较大幅度提高。一方面，由于采用光纤进行信号传输，所以抗电磁干扰性能有较大提升；另一方面，由于采用了数字信号通信的逻辑连接方式，可以实现在线
5、物理连接断链检测，实现了在线智能告警。 2.4 合并单元和智能终端一体化的可行性分析 2.4.1 负载率分析 合并单元作为数据同步的关键性设备，需要同步三相保护、测量电流和三相电压，可能还需要同步外接零序电流和间隙零序电流等，加上双 A/D 采样后需要同步的信号多的时候可能达到 20 路左右，发送速率一般为 4 kHz，信号间的同步通常使用插值方式来进行。而智能终端由于实时性要求没有合并单元那么高，处理报文的中断时间设为 833s 即可。 由此可见，合并单元单独 IEC61850-9-2 的发送对 DSP 资源的占用不是很多；智能终端单独 GOOSE 接收和发送对 DSP 资源的占用也不是很多
6、，所以完全可以将 IEC 61850-9-2 和 GOOSE 报文的处理放在一个 DSP 上完成。设计时只需要保证 IEC 61850-9-2 运行优先级比 GOOSE 优先级高，保证 IEC 61850-9-2 的实时性即可。 2.4.2 一体化后的单元体积 目前国内的二次设备生产厂家合并单元体积大小不一，有标准整层44U 的，有标准整层 1U 的，也有宽度为半层 4U 的,总体来说装置空间空余比较多，可用空间还比较大。从上面的分析可知由于合并单元对空间的需求较小，为合并单元和智能终端的合并在装置空间上提供了可行性。 2.4.3 配置方案 综上所述，使用智能终端和合并单元一体化装置在技术上是
7、可行的，符合国家建设智能电网的初衷，并且现在已有成熟的产品装置（如南瑞继保公司生产的 PCS-222） 。 3 保护信息子站与监控软件整合方案研究 从最近投运的智能变电所来看，对于 110 千伏变电所，其监控主站与继电保护子站共同从测控保护一体化装置内采集信息，测控报文、保护信息，都从一体化装置内部采集，虽然报文的格式不同，但两者以相同的 DL/T860 规约在站控层网络内部传输。因此一体化信息平台能够集成监控主站及继保子站的功能，将两者融合在同一平台内。 两者融合也不会对现行的运行、维护、分工造成挑战，原监控主站和保子站归保护班负责，合并后的一体化信息平台仍然划归保护班负责。随着智能变电所状
8、态检修的逐步推进，智能变电所继电保护状态检修，将实现全站电压等级继电保护装置的状态监测。站控层增加状态监测服务器，用来接收存储保护装置上送的状态信息，并且支持将就地监测信息远传，支持远程访问服务器数据。 4 故障录波与网络记录分析仪的整合方案研究 4.1 网络记录分析仪配置现状 5与常规变电所综合自动化系统相比，智能化变电所的自动化系统存在大量的网络，其网络的工作状态好坏将直接影响变电所的运行安全，而 IEC 61850 的通讯透明性，要求必须借助更加专业的设备来实现对通讯系统的全面分析和评估，实时掌握和分析、评估系统的通讯全貌，能够记录站内网络所有报文，监视站内网络工作状态，并提供一套事后网
9、络报文分析专家系统。实现对全站通信报文的捕捉、存储、诊断、统计和分析。因此智能化变电所大多配置 1 台网络报文分析仪。 4.2 故障录波配置现状 智能化变电所的保护如果动作，为了分析采样值及跳闸信号的正确性，需要详细分析保护发生时刻的信息，因此，智能化变电所需要配置故障录波系统。特有的连续录波可高速存储至少 15 天的数据：除了提供传统的故障录波之外，专门开发了连续录波功能。此部分功能一般配置在智能变电所的高级功能运用中。 对应于该变电所，它采用“三层一网”的结构，最大限度的实现“两型一化”的精神。在这种网络结构中，单独设立网络报文分析仪及故障录波功能是没有必要的。 4.3 故障录波与网络记录
10、分析仪的整合 二者整合的方案有两种： 方案一：应使就地的合并单元、智能终端一体化装置具备 SV 报文、GOOSE 报文记录功能。合并单元、智能终端一体化装置能有效的记录发出的 SV 报文、GOOSE 报文和有效的记录收到的 SV 报文、GOOSE 报文，能将报文存储在装置内至少 1 天，并能提供查看方法。 6方案二：应使间隔层测控保护一体化装置配置故障录波插件，具备SV 报文、GOOSE 报文记录功能。测控保护一体化装置的故障录波插件能有效的记录收到的 SV 报文、GOOSE 报文和有效的记录发出的 GOOSE 报文，能将报文存储在装置内至少 1 天，并能提供查看方法。 此种配置可以监控过程层
11、、间隔层的各种报文及故障录波报文，无法监控站控层网络报文。但对于一个 110 千伏终端变电所而言，已经解决了间隔层保护动作的追忆，能够满足使用要求了。 在该变电所中两种功能的整合采用方案二。 5 状态监控功能的整合 智能变电所的一次设备状态监测可随时了解一次设备的运行状况、评估设备健康程度和使用寿命，有利于变电所的安全运行和全寿命周期管理。 状态监测系统采用分层分布式机构，由传感器、状态检测 IED、后台系统构成，由状态检测 IED 进行就地诊断；后台主机与智能辅助系统主机共用，实现软件相互兼容。 状态监测系统的传感器与状态监测 IED 间采用 RS485 总线或 CAN 总线方式传输模拟量数
12、据；状态监测 IED 之间或状态监测 IED 与后台系统间采用 DL/T 860 标准通信，通信网络采用 l00M 及以上高速以太网。不配置独立的在线监测后台主机，在线监测后台与一体化平台集成，并预留至省网输变电设备在线监测中心的数据远传通信接口。 变压器的状态监控由油色谱监测单元、智能 IED 及状态分析软件三部分组成。变压器油色谱监测单元安装在变压器底部放油阀、采用油泵7强制循环保证油样无死区；变压器监测 IED 安装在变压器附近的智能组件柜内，实现变压器的在线监测、状态评估、就地预警；状态监测后台实现全站设备状态监测数据的传输、汇总和诊断分析。 状态监控系统通过接收数据，在确保变压器安全
13、、稳定、经济运行和保证供电量的基础上充分利用现有设备和原有资金条件下，通过电网实际运行数据，对电网所允许的各种运行方式进行计算，与实际运行方式进行比较，得出降低电网有功损耗的策略，如满足损耗减少的裕度和投切次数的要求，则给出变压器最佳经济运行方式，并指出调整后可降低的有功、无功损耗。变压器经济运行是电力系统经济运行的重要环节，也是降低电力系统网损的重要措施。变压器在变换电压及传递功率的过程中，自身将会产生有功功率损耗和无功功率损耗。变压器的有功功率和无功功率损耗与变压器的技术特性有关，同时随着负载的变化而产生非线性的变化。因此，根据变压器的有关技术参数，通过合理地选择运行方式，加强变压器的运行
14、管理，充分利用现有的设备条件，以达到节约电能的目的。该系统将实现在线灵敏度分析功能，在线计算无功补偿设备、有载分接开关对全网各节点电压的灵敏度，也可以计算以上设备调节对全网网损的灵敏度。在安全、稳定、经济运行的条件下，通过调整负载，提高负荷率，提高功率因数，使变压器在经济运行区的优选运行段内工作。 在经济条件允许下，采取调换、更新或改造变压器等办法，以达到变压器经济运行效果。可靠实现变压器和线路运行方式的在线优化分析和自动控制。 86“一键式”顺序控制功能 变电所顺序控制是指变电所内智能设备依据变电所操作票的执行顺序和执行结果校核要求，有站内智能设备代替操作人员，自动完成操作票的执行过程。实际
15、操作时只需要变电所内运行人员或调度运行人员根据操作要求选择一条顺序操作命令，操作票的执行和操作过程的校验由变电所内智能电子设备自动完成。在智能化变电所内实施顺序操作，能够使智能化变电所真正实现无人值班，达到变电所“减员增效”的目的；同时通过顺控操作，减少或无需人工操作，最大限度地减少操作失误，缩短操作时间，提高变电所的智能化程度和安全运行水平。因此， 无人值守变电所和监控中心技术导则已把顺控功能作为自动化系统应具备的一项基本功能。 智能化变电所的几个特点：一次设备智能化和二次设备网络化；互操作性和开放性；分层分布式系统；一次设备和二次设备可靠性的提高。这几个特点，都很好的满足程控操作对变电所的
16、一次和二次的要求。 一次断路器、隔离开关、保护软压板等顺控控制由主站工作站及后台监控系统实现一键式控制，系统判断操作正确后自动完成相关运行方式变化要求的设备控制，顺序控制过程中系统给出相关的动作记录及动作结果，如果识别一次设备不正确时应及时停止操作并告警。 7 交直流一体化电源系统的整合 将该变电所直流系统、交流系统（380/220V 低压开关柜） 、逆变电源系统、通信电源系统四项分系统整合为交直流一体化电源系统。结合本站布置紧凑的情况，直流系统额定输出电压为 DC220V，通信电源模块额9定输出电压为 DC48V。整合操作与通信直流电源系统，蓄电池合并，采用DC/DC 高频开关电源变换装置提
17、供通信电源。取消传统 UPS 和通信电源的蓄电池组和充电单元，减少维护工作量。 交直流一体化电源系统将直流控制电源、电力专用 UPS 电源、电力专用逆变电源（INV）等统一设计组合为一体，通过统一的智能网络平台，实现变电所交流控制电源的集中供电和统一的监控管理，进而实现在线的状态检测。共享监控单元，采用 IEC61850 统一与站控层交换信息，实现对交直流控制电源全参数透明化管理。 其具体实时方案为： （1）使用 UPS 直接挂于直流母线代替。 （2）取消通信蓄电池组及充电设备，使用 DC/DC 变换器直接挂于直流母线代替。 （3）系统联动：根据交流进线运行方式，自动调整直流运行，达到最佳方式
18、运行。 （4）统一进行波形优化处理：针对逆变电源反灌电流影响充电模块均流进行抑制等。 （5）统一进行防雷配置。在交流母线、直流母线上防雷器采用 C 级、D 级两级保护机制，有效地保护内部电路不致因为输入回路遭受感应雷击和线路上过电压而受到损害，提高系统的可靠性。 （6）专家智能管理系统：固定数据库+实时数据库+专家智能管理。 （7）加强二次配电智能管理。将二次配电双路进线设置自动切换功 能，使其具备智能调度功能。 10（8）所用电源设置 ATS 进线开关，通过智能电源监控模块实现占用电源的自投功能。 （9）所有出线开关智能模块化，将所有的直流负荷、交流负荷分等级、分时间供电。根据通信设备、照明
19、设备、保护的用电时间，有选择的由总控单元控制开关的启停，减少电池的容量。 将开关、传感器、智能电路集成在一个机箱模块内。主要包括：交流进线模块、交流馈线模块、充电模块、降压模块、逆变电源模块、直流馈线模块、蓄电池监测模块；实现站用电源开关智能模块化后，能够达到模块外无二次接线、对外只有通信联线，检修维护标准化。将直流馈线绝缘监测功能放于直流馈线模块中实现，蓄电池巡检分屏实现。这样便可消灭柜间联络电缆。 采用交直流一体化电源系统的优越性表现： 一是减少蓄电池组类型配置：将操作电源电池组、UPS 电池组、通信电池组合并成为 1 组电池；二是一体化设计：外观一致、减少重复配置、减少组屏数、节约占地空间；三是网络化：各子系统智能设备通过通信网络接入一体化监控器，一体化监控器 1 个通信口接入综自/调度系统；四是智能化：在一体化监控器或远方管理系统可实时查看站用电源各子系统电量、开关量、事件信息，可修改系统参数、运行方式、遥控开关、对时，实现站用电源“四遥” ；五是兼容性强：由监控中心单元兼容各部分监控单元，一个接口，一种规约接入综自系统；六是更可靠：资源共享后组屏更从容，一体化蓄电池维护更有保证，一体化设计，分布式实现，更注重故障隔离；七是更方便：图形界面显示，操作方便简单。一
