智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)及工程應(yīng)用

摘要：設(shè)計(jì)智能變電站二次系統(tǒng)，并加強(qiáng)系統(tǒng)的工程應(yīng)用，能夠使變電站系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性得到提高，進(jìn)而促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展?；谶@種認(rèn)識(shí)，先對(duì)智能變電站二次系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)展開(kāi)了分析，然后對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其工程應(yīng)用問(wèn)題展開(kāi)了研究。

關(guān)鍵詞：智能變電站；二次系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

1、智能變電站二次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上來(lái)看，智能變電站二次系統(tǒng)由檢測(cè)與監(jiān)控設(shè)備、數(shù)據(jù)運(yùn)行計(jì)算設(shè)備、電流電壓波動(dòng)數(shù)據(jù)錄波設(shè)備、自動(dòng)化智能運(yùn)行設(shè)備、智能化管理與終端調(diào)試設(shè)備等部分構(gòu)成。其中任何一個(gè)設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題，將導(dǎo)致系統(tǒng)正常運(yùn)行受到影響，繼而導(dǎo)致智能變電站系統(tǒng)可靠性降低。目前，使用光電互感器進(jìn)行二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)電力信息共享，并使二次系統(tǒng)得到有效補(bǔ)充。因此，現(xiàn)階段變電站二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)都以智能化為核心，從而使系統(tǒng)產(chǎn)生了一些固有特點(diǎn)。

首先，二次系統(tǒng)設(shè)備均利用數(shù)字化采集和整理完成數(shù)據(jù)分析，可通過(guò)動(dòng)態(tài)管理實(shí)現(xiàn)所有高進(jìn)度和高密度信息的管理。其次，智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)備將在網(wǎng)絡(luò)控制下運(yùn)行，以至于一次系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制模式被數(shù)字化系統(tǒng)所取代。實(shí)施網(wǎng)絡(luò)管理模式，則使變電站整體效益得到提高，并使變電站建設(shè)在安全系數(shù)和成本投入方面得到改善。很后，智能變電站二次系統(tǒng)具有信息共享優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)所有信息的互換操作，并可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)操作難度的有效控制，因此能使變電站系統(tǒng)運(yùn)行更加規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，從而為其帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益。

2、智能變電站二次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 互感器工程設(shè)計(jì)

在變電站智能化運(yùn)行過(guò)程中，互感器是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息處理的重要設(shè)備，可使電力系統(tǒng)運(yùn)行控制的整體水平得到提升。而電子互感器擁有簡(jiǎn)單的絕緣結(jié)構(gòu)，可較好抵抗電磁干擾性，并具有較大動(dòng)態(tài)范圍和頻率響應(yīng)范圍，制作成本較低。應(yīng)用該類(lèi)互感器實(shí)現(xiàn)互感器工程設(shè)計(jì)，可獲得較好數(shù)據(jù)測(cè)量精度，并無(wú)鐵磁諧振問(wèn)題和開(kāi)路、短路危險(xiǎn)，可確保低壓側(cè)線路安全。

在實(shí)際進(jìn)行互感器設(shè)計(jì)配置時(shí)，可利用其雙端口優(yōu)勢(shì)利用光纖完成采集數(shù)據(jù)的傳輸，能將數(shù)據(jù)直接傳至網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換平臺(tái)。通過(guò)該平臺(tái)，智能設(shè)備單元可完成采樣值數(shù)據(jù)獲取，從而實(shí)現(xiàn)功能一體化，并確保智能電源保持可靠運(yùn)行。

通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)互感器工程可使互感器二次采樣電纜傳輸距離長(zhǎng)的問(wèn)題得到解決，并能適應(yīng)各種環(huán)境，同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量非周期分量和高頻分量，能實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境、溫度和自我運(yùn)行情況的檢測(cè)，因此能夠滿足智能單元的功能一體化設(shè)計(jì)需求。

其次，設(shè)計(jì)互感器工程可實(shí)現(xiàn)合并單元設(shè)計(jì)，根據(jù)IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)完成互感器選擇，將使用統(tǒng)一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并利用信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)使所有互感器實(shí)現(xiàn)同步數(shù)據(jù)采集。在此基礎(chǔ)上，變電站運(yùn)行將完成信息采集監(jiān)測(cè)信息的協(xié)同作業(yè)，繼而實(shí)現(xiàn)各模塊信息共享。

此外，設(shè)計(jì)互感器工程，能利用雙重化網(wǎng)絡(luò)交換平臺(tái)完成互感器雙保險(xiǎn)優(yōu)化配置，可確保智能單元可靠運(yùn)行，并滿足冗余度要求。因此，實(shí)現(xiàn)互感器工程設(shè)計(jì)，能通過(guò)減少互感器數(shù)量降低系統(tǒng)投資成本，從而為電力企業(yè)帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)變電站之所以工作效率不高，與其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用有著直接的聯(lián)系。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，智能電網(wǎng)已經(jīng)得到建立，因此能夠使智能變電站的運(yùn)行效率得到有效提高。在設(shè)計(jì)智能變電站二次系統(tǒng)時(shí)，按照協(xié)議模型完成網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)站內(nèi)數(shù)據(jù)共享、工程實(shí)施簡(jiǎn)化、智能單元互操作和系統(tǒng)配置。從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)功能邏輯上來(lái)看，使用雙重化星型以太網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具體由站控層、間隔層和過(guò)程層構(gòu)成。

首先，在站控層及間隔層設(shè)計(jì)上，要利用前者完成MMS 報(bào)文和GOOSE 報(bào)文傳輸，并利用后者實(shí)現(xiàn)相鄰間隔、間隔層設(shè)備之間和各層別之間通信，以確保報(bào)文數(shù)據(jù)能夠在站控層可與間隔層間得到傳輸。為達(dá)成這一目標(biāo)，為站控層配備4 臺(tái)交換機(jī)，并完成A 網(wǎng)和B 網(wǎng)的設(shè)置。在交換機(jī)布置上，安全Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)分別放置2 臺(tái)交換機(jī)，并利用防火墻進(jìn)行各區(qū)連接。使用100 Mbit/s 電口通信實(shí)現(xiàn)站控層和間隔層間設(shè)備通信，并使用100 Mbit/s 光口實(shí)現(xiàn)交換機(jī)間通信。

其次，在過(guò)程層設(shè)計(jì)上，考慮到利用過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備和間隔層二次設(shè)備連接的問(wèn)題，還要確保其設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)GOOSE 報(bào)文和采樣值報(bào)文SV 的實(shí)時(shí)傳輸、共享，以確保保護(hù)、狀態(tài)檢視和測(cè)控等二次設(shè)備能得到可靠連接。在采樣數(shù)據(jù)信息傳輸上，使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。在開(kāi)關(guān)量數(shù)據(jù)傳輸上，利用GOOSE 網(wǎng)絡(luò)傳輸。利用這2 種網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)采樣數(shù)據(jù)獨(dú)立傳輸，并接受間隔層設(shè)備跳合閘等控制命令。此外，在間隔層二次設(shè)備和互感器連接上，使用光纖以太網(wǎng)，并滿足IEC 61850 協(xié)議要求。在不同層間隔設(shè)備連接上，滿足FT3 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，使用光纖串口行口連接。

很后，在交換機(jī)配置上，按照間隔完成220 kV 過(guò)程層的交換機(jī)配置，為每個(gè)間隔配置4 臺(tái)中心交換機(jī)和2 臺(tái)交換機(jī)。針對(duì)220 kV 過(guò)程層，按照線路或母線間隔完成交換機(jī)配置，即為每個(gè)間隔配備2 臺(tái)交換機(jī)，并為每個(gè)主變間隔配備4 臺(tái)中心交換機(jī)和2 臺(tái)交換機(jī)。在過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和智能設(shè)備連接上，使用100 Mbit/s 光口光纖連接。

2.3 系統(tǒng)保護(hù)設(shè)計(jì)

在智能變電站二次系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，利用繼電保護(hù)裝置為系統(tǒng)運(yùn)行提供安全保障。在科學(xué)技術(shù)得到快速發(fā)展的同時(shí)，合理進(jìn)行繼電保護(hù)裝置選擇，則能夠?yàn)槎蜗到y(tǒng)智能化設(shè)計(jì)提供更多的安全保障。在電力元件或系統(tǒng)本身發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置則能發(fā)出警告信號(hào)，值班人員則可以根據(jù)信號(hào)及時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)故障排除，因此能為系統(tǒng)供電的可持續(xù)性提供保障。

除了實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)設(shè)計(jì)，還要通過(guò)線路保護(hù)設(shè)計(jì)為系統(tǒng)線路的安全運(yùn)行提供保障。針對(duì)220 kV 線路，則要完成2 套線路保護(hù)裝置的配置。這2 套裝置分別為電流差動(dòng)保護(hù)和縱聯(lián)就努力保護(hù)，能發(fā)揮完整的主、后備保護(hù)功能，并能采取點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直接跳閘方式和保護(hù)直接采樣方式實(shí)現(xiàn)智能終端采樣和控制。

3、智能變電站二次系統(tǒng)的工程應(yīng)用

3.1 在故障檢測(cè)上的應(yīng)用

在智能變電站運(yùn)行的過(guò)程中，可應(yīng)用二次系統(tǒng)完成變電站運(yùn)行的全局監(jiān)測(cè)，從而為變電站內(nèi)設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。應(yīng)用該系統(tǒng)工程，可完成電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)、信號(hào)回路狀態(tài)、智能裝置動(dòng)作信息、智能裝置IED 故障信息的有效獲取，并能實(shí)現(xiàn)所有設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)控，不存在設(shè)備狀態(tài)信息采集漏點(diǎn)。

此外，應(yīng)用二次系統(tǒng)，可以將設(shè)備檢修策略從常規(guī)的“定期檢修”變?yōu)椤盃顟B(tài)檢修”，所以能夠使系統(tǒng)可用性得到較大程度的提高。在系統(tǒng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，二次系統(tǒng)可以完成故障發(fā)生的有關(guān)信息的詳細(xì)記錄，可使技術(shù)人員用于檢查故障的時(shí)間得到節(jié)省，并能為技術(shù)人員實(shí)現(xiàn)故障科學(xué)診斷提供可靠數(shù)據(jù)，繼而有利于實(shí)現(xiàn)故障盡快排除。

3.2 在繼電保護(hù)上的應(yīng)用

在電力系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，繼電保護(hù)裝置將起到至關(guān)重要的作用。而想要確保裝置的功能可以正常發(fā)揮，還要確保繼電保護(hù)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。應(yīng)用二次系統(tǒng)，可以利用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)完成繼電保護(hù)系統(tǒng)模型模擬，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)功能故障的逐一排查。利用計(jì)算機(jī)，則能夠?qū)⑴挪榈玫降墓收蠑?shù)據(jù)顯示出來(lái)，進(jìn)而為檢修人員實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高效檢修提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

在實(shí)際應(yīng)用繼電保護(hù)系統(tǒng)的過(guò)程中，故障信息管理系統(tǒng)將和廣域向量測(cè)量系統(tǒng)完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的縱向傳輸，控制區(qū)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)則能利用實(shí)時(shí)VPN 和非實(shí)時(shí)VPN 實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)的傳輸，因此能夠避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目v向交叉連接。在進(jìn)行系統(tǒng)通信外網(wǎng)口IP 地址傳輸?shù)姆菍?shí)時(shí)數(shù)據(jù)的接收時(shí)，則可利用橫向互聯(lián)防火墻將實(shí)時(shí)VPN 業(yè)務(wù)段地址轉(zhuǎn)換為非實(shí)時(shí)段地址，然后利用防火墻對(duì)轉(zhuǎn)換得到的地址實(shí)現(xiàn)訪問(wèn)控制。

例如220 kV 火龍崗變電站，采用GIS 設(shè)備為500 kV和220 kV 配電裝置，全站采用非智能化斷路器設(shè)備和傳統(tǒng)互感器設(shè)備，并完成了合并單元和智能終端這2 種二次設(shè)備配置。為確保系統(tǒng)安全運(yùn)行，就地完成了若干個(gè)二次設(shè)備小間放置相應(yīng)屏柜的設(shè)置，并將保護(hù)、測(cè)控、智能終端等裝置放在戶(hù)外柜中為35 kV 配電裝置提供保護(hù)，同時(shí)使用LCP 柜放置智能終端和合并單元為220 kV 配電裝置提供保護(hù)。

此外，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)母線、線路、變壓器和開(kāi)關(guān)的雙重化配置，并使用測(cè)保一體裝置和故障錄波分析系統(tǒng)。而系統(tǒng)投入運(yùn)行1 年后，并未發(fā)生重大故障，因此采取該種二次安全防護(hù)方案能夠?yàn)橄到y(tǒng)安全運(yùn)行提供了保障。與采取常規(guī)建設(shè)模式的500 kV 變電站工程相比較，采取二次安全防護(hù)方案的工程更具有經(jīng)濟(jì)性，初步估計(jì)能夠節(jié)省600萬(wàn)元設(shè)備費(fèi)，而節(jié)約的綜合造價(jià)費(fèi)用可達(dá)1000 萬(wàn)元。

4、結(jié)束語(yǔ)

在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過(guò)程中，供電系統(tǒng)發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。而在供電系統(tǒng)中，變電站的作用較為突出。目前，傳統(tǒng)變電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)已難滿足社會(huì)發(fā)展需求，所以以智能化為核心的變電站二次系統(tǒng)得到了設(shè)計(jì)和應(yīng)用。從本文的研究來(lái)看，想要加強(qiáng)智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)，還要加強(qiáng)互感器工程、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和線路保護(hù)3 方面設(shè)計(jì)。在實(shí)際的工程應(yīng)用中，可以將系統(tǒng)用于系統(tǒng)故障檢測(cè)和繼電保護(hù)，從而為變電站系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供保障。