220kV西涇智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)研究

婁 悅，秦 華

(江蘇省電力設(shè)計院，江蘇 南京 210011)

220kV西涇智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)研究

婁 悅，秦 華

(江蘇省電力設(shè)計院，江蘇 南京 210011)

針對智能變電站網(wǎng)絡(luò)化信息共享的特點(diǎn)，根據(jù)220kV西涇智能變電站實施方案，提出“SV/GOOSE信息流圖+SV/GOOSE信息邏輯配置表+裝置光纜聯(lián)系圖”的智能化變電站二次施工圖設(shè)計方法。SV/GOOSE信息流圖表達(dá)邏輯原理，SV/GOOSE信息邏輯配置表將原理映射為虛回路的具體輸入輸出信號關(guān)聯(lián)，裝置光纜聯(lián)系圖描述物理介質(zhì)連接方法。三者結(jié)合，準(zhǔn)確指導(dǎo)了西涇變電站工程的數(shù)據(jù)模型配置、施工及調(diào)試。在此基礎(chǔ)上提出加快開發(fā)智能站二次系統(tǒng)設(shè)計工具的需求。

智能變電站；二次系統(tǒng)；設(shè)計表達(dá)；信息流圖；邏輯配置。

智能變電站以全站信息數(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[1]，網(wǎng)絡(luò)化信息共享是智能變電站的重要特征?；贗EC 61850標(biāo)準(zhǔn)的智能變電站通過數(shù)據(jù)模型配置及數(shù)據(jù)流連接實現(xiàn)功能，網(wǎng)絡(luò)通信實現(xiàn)多路信息復(fù)用，少量光纖代替大量電纜。但與此同時，依賴于電纜接線的大量硬件回路的取消，也導(dǎo)致傳統(tǒng)基于設(shè)備和回路的二次系統(tǒng)設(shè)計方式不再適用。本文基于220kV西涇變電站設(shè)計方案，在現(xiàn)有技術(shù)可支持的前提下，提出了“SV/GOOSE信息流圖+SV/GOOSE信息邏輯配置表+裝置光纜聯(lián)系圖”的智能化變電站二次施工圖設(shè)計方法，使設(shè)計人員在智能化變電站施工圖設(shè)計過程中能準(zhǔn)確反映二次設(shè)備之間的邏輯關(guān)系和物理連接，同時根據(jù)實施經(jīng)驗分析目前設(shè)計方式的弊端并提出改進(jìn)建議，為智能變電站設(shè)計技術(shù)的發(fā)展提供思路。

1 西涇變二次系統(tǒng)概況

220kV西涇變電站是國家電網(wǎng)公司首批智能變電站試點(diǎn)之一，自動化系統(tǒng)在邏輯功能上由站控層、間隔層和過程層三層設(shè)備組成，采用分層、分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實現(xiàn)連接，整個體系為“三層設(shè)備兩層網(wǎng)絡(luò)”結(jié)構(gòu)。220kV 過程層采樣值采用點(diǎn)對點(diǎn)方式，GOOSE采用組網(wǎng)方式，220kV線路保護(hù)跳閘除組網(wǎng)方式另外增加直跳方式。110kV過程層采用采樣值、GOOSE、IEEE1588三網(wǎng)合一方式。220kV、110kV系統(tǒng)均采用測控保護(hù)一體化裝置，各間隔的過程層和間隔層設(shè)備下放布置于GIS現(xiàn)場智能控制柜。

2 二次設(shè)計表達(dá)需求

傳統(tǒng)的變電站功能由設(shè)備和回路共同確定。設(shè)備具備特定的功能，且定義了外部的輸入輸出接口，在變電站建設(shè)時通過電纜回路實現(xiàn)了變電站需要的各種功能，而此后變電站生命周期內(nèi)重要工作就圍繞著這些設(shè)備和回路而展開[2]。

常規(guī)變電站中施工圖一般通過電流、電壓回路圖，控制信號回路圖等表達(dá)二次設(shè)備原理、功能及電氣一、二次設(shè)備連接關(guān)系；通過端子排圖、安裝接線圖及電纜清冊等反映設(shè)備電纜接線情況，直接指導(dǎo)施工接線和運(yùn)行檢修維護(hù)。

信息的網(wǎng)絡(luò)化傳輸使智能變電站的回路在視覺上變得抽象，變電站功能實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)模型配置和數(shù)據(jù)流連接，數(shù)據(jù)模型包括反應(yīng)一次接線的SSD文件和包含SSD、ICD及數(shù)據(jù)流配置的SCD文件，數(shù)據(jù)流連接包括通用面向?qū)ο蟮淖冸娬臼录礼OOSE(Generic Object Oriented SubStation Event)和采樣SV(Sampled Values)的虛端子連接。其中以包含全站虛回路[2]信息的變電站配置描述(SCD)文件為核心，SCD文件的生成來源于站內(nèi)二次設(shè)備之間的邏輯關(guān)系和物理連接，而這種邏輯關(guān)系和物理連接又是傳統(tǒng)繼電保護(hù)、自動化等技術(shù)在智能變電站的應(yīng)用。因此在智能化變電站施工圖設(shè)計過程中，如何表達(dá)二次設(shè)備之間的邏輯關(guān)系和物理連接尤為重要。

邏輯關(guān)系體現(xiàn)繼電保護(hù)和自動化方案，通過在IED制造廠商提供的裝置原理圖和虛端子圖基礎(chǔ)上設(shè)計數(shù)據(jù)流連接體現(xiàn)，設(shè)計表達(dá)應(yīng)能夠指導(dǎo)廠商的ICD、SCD數(shù)據(jù)模型配置，滿足調(diào)試信息需求，便于運(yùn)維、擴(kuò)建等對全站方案的理解。

物理連接主要反映為二次裝置的光纜聯(lián)系，少量光纜代替大量電纜是智能變電站的主要特點(diǎn)之一，也是施工當(dāng)中與常規(guī)站的主要區(qū)別之一，設(shè)計表達(dá)應(yīng)能準(zhǔn)確指導(dǎo)施工接線，同時方便調(diào)試、運(yùn)維中的接線核查。

3 220kV西涇變二次系統(tǒng)設(shè)計表達(dá)方法

為滿足上述需求，依托220kV西涇變電站工程，本文提出通過“SV/GOOSE信息流圖+SV/GOOSE信息邏輯配置表+裝置光纜聯(lián)系圖”表述智能站二次設(shè)備間邏輯關(guān)系和物理聯(lián)接的施工圖設(shè)計方法，圖紙按間隔劃分，設(shè)計流程如圖1所示。

圖1 智能站二次施工圖設(shè)計流程

首先根據(jù)間隔設(shè)計方案，通過分析設(shè)備類型，保護(hù)原理及自動化方案，繪制SV信息流圖及GOOSE信息流圖，表達(dá)設(shè)備間邏輯關(guān)系。類似常規(guī)變電站的保護(hù)原理圖、電流電壓回路圖及控制信號回路圖，SV信息流圖反映了設(shè)備間電流電壓數(shù)據(jù)流的連接，GOOSE信息流圖反映了設(shè)備控制原理和信號傳輸要求等內(nèi)容，即設(shè)計方案的邏輯原理。在SV/GOOSE信息流圖基礎(chǔ)上，再根據(jù)IED制造廠商提供的具體設(shè)備虛端子圖及原理接線圖，分別繪制SV/GOOSE信息邏輯配置表和裝置光纜聯(lián)系圖。前者結(jié)合設(shè)備輸入輸出的確定數(shù)據(jù)模型，以表格形式具體體現(xiàn)上述邏輯關(guān)系，為廠商完成全站數(shù)據(jù)模型配置及工程調(diào)試提供依據(jù)。后者根據(jù)具體的設(shè)備物理端口配置，反映設(shè)備間光纜接線，直接指導(dǎo)施工接線。

以下以220kV西涇變電站110kV線路間隔施工圖設(shè)計為例，說明本方法的具體實施。

3.1 SV/GOOSE信息流圖

SV/GOOSE信息流圖包括兩部分：信息傳輸回路圖和信息流向表。前者表示SV和GOOSE信息的實際傳輸路徑，包括中間環(huán)節(jié)交換機(jī)，為使信息流向清晰，以信息集編號代表裝置A至裝置B的所有信息。后者包括每個信息集編號對應(yīng)的發(fā)送方、接收方及信息內(nèi)容。兩者結(jié)合，既包括了保護(hù)原理和控制、信號、閉鎖等自動化信息，也表示出了信息在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)木唧w路徑。

以110kV線路SV信息流圖為例，如圖2所示，本間隔線路OCT電氣單元電流、EVT合并單元電壓、母線EVT合并單元均經(jīng)線路OCT合并單元數(shù)據(jù)匯總后接入線路過程層交換機(jī)。保護(hù)測控裝置所用保護(hù)測量電流電壓、電能表所用計量電流等數(shù)據(jù)取自該交換機(jī)，故障錄波器及母線保護(hù)所需保護(hù)電流數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)記錄分析儀所需全部電流電壓取自和過程層交換機(jī)級聯(lián)的110kV過程層中心交換機(jī)。以信息集SV-A01為例，它包括線路保護(hù)電流、測量電流、切換后的母線壓和線路EVT抽取電壓，就原理而言，它表示保護(hù)測控裝置所需的所有采樣值信息由線路OCT合并單元提供；就數(shù)據(jù)傳輸路徑而言，采樣值信息經(jīng)由線路過程層交換機(jī)實現(xiàn)從合并單元到保護(hù)測控裝置的傳輸。

圖2 110kV線路SV信息流圖

3.2 SV/GOOSE信息邏輯配置表

SV/GOOSE信息流圖表示出保護(hù)及自動化方案，而要生成變電站數(shù)據(jù)模型文件，還需結(jié)合廠商提供的虛端子圖，提供裝置具體的開入開出虛端子連接關(guān)系，SV/GOOSE信息邏輯配置表的作用就是把方案映射為具體輸入輸出信號的關(guān)聯(lián)。

SV/GOOSE信息邏輯配置表參考常規(guī)二次回路按照模擬量開入、開關(guān)量開入、開關(guān)量開出的分類，將智能設(shè)備之間的虛端子通過表格的形式連接起來。表格共設(shè)置信息集編號、信息內(nèi)容、起點(diǎn)設(shè)備名稱、起點(diǎn)設(shè)備虛端子號、起點(diǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)屬性、終點(diǎn)設(shè)備名稱、終點(diǎn)設(shè)備虛端子號、終點(diǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)屬性八列。信息集編號與SV/GOOSE信息流圖中信息集編號對應(yīng)，設(shè)備數(shù)據(jù)屬性為系統(tǒng)集成商根據(jù)IEC61850規(guī)范建模后形成的數(shù)據(jù)。每條信息為配置表一行，通過起點(diǎn)設(shè)備虛端子號與終點(diǎn)設(shè)備虛端子號將智能設(shè)備關(guān)聯(lián)。仍以圖2中SV-A01信息集為例，共有采樣額定延遲時間、采樣額定延遲時間品質(zhì)、每相保護(hù)電流、每相保護(hù)電流品質(zhì)等32條信息內(nèi)容，對應(yīng)SV信息邏輯配置表的32行。以采樣額定延遲時間為例：

信息集編號——SV-A01；

信息內(nèi)容——采樣額定延遲時間；

起點(diǎn)設(shè)備名稱——110kV線路OCT合并單元；

起點(diǎn)設(shè)備虛端子號——SVOUT01；

起點(diǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)屬性——MU3261/MU.LLN0.DelayTRtg.instMag.i；

終點(diǎn)設(shè)備名稱——110kV線路保護(hù)測控裝置；

終點(diǎn)設(shè)備虛端子號——SVLD01:SIN01、SVLD02:SIN01；

終點(diǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)屬性——S V L D 0 1/SVINGGIO1.DelayTRtg1.instMag.i，

SVLD02/SVINGGIO1.DelayTRtg1.instMag.i。

SV/GOOSE信息邏輯配置表是生成SCD文件的關(guān)鍵，是智能變電站虛回路的具體體現(xiàn)，廠商根據(jù)表中的虛端子號即可關(guān)聯(lián)虛回路并生成數(shù)據(jù)模型文件，設(shè)備數(shù)據(jù)屬性同時為調(diào)試提供了必要信息。

3.3 裝置光纜聯(lián)系圖

裝置光纜聯(lián)系圖主要反映二次設(shè)備之間光纜連接關(guān)系，其前提條件為網(wǎng)絡(luò)方案和設(shè)備光接口配置。設(shè)備之間的光纜通過柜內(nèi)光配單元來進(jìn)行配線，根據(jù)SV/GOOSE信息流圖，以屏柜為單位，先分析光纜走向并選擇光纜類型，再根據(jù)站內(nèi)智能設(shè)備裝置插件和光接口配置，完成光配單元配置圖并關(guān)聯(lián)相應(yīng)信息集。

圖3為110kV線路間隔光纜聯(lián)系圖，大部分二次設(shè)備均安裝于就地智能控制柜，因此選擇以智能控制柜為出發(fā)點(diǎn)繪制光纜聯(lián)系較為清晰。每個不同去向采用1根光纜，先根據(jù)SV/GOOSE信息流圖表示的收發(fā)需求確定光纜規(guī)格，對纖芯編號(通過纖芯套管顏色區(qū)分)；再分配接入的光配單元端子號；然后完成實際接入的柜內(nèi)設(shè)備配線，內(nèi)容包括裝置名稱、尾纖編號和具體的裝置插件/端口號；最后通過使用說明，描述纖芯對應(yīng)的信息集編號或信息內(nèi)容，與SV/GOOSE信息流圖或信息邏輯配置表產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。以圖3中智能控制柜至110kV電能表柜的光纜為例，具體去向為過程層交換機(jī)至電能表的光纜，編號為Y-G101A，規(guī)格4芯(用2芯備2芯)，交換機(jī)收發(fā)端口利用端口12，傳輸信息集SV-A04，根據(jù)SV/GOOSE信息流圖可知傳輸內(nèi)容為計量電流、計量電壓，根據(jù)信息集編號可查閱SV/GOOSE信息邏輯配置表獲取具體設(shè)備數(shù)據(jù)屬性。

施工單位根據(jù)本圖即可完成光纖熔接及光纜接線，調(diào)試或運(yùn)維當(dāng)中，如有問題也可根據(jù)使用說明查閱具體信息對應(yīng)的物理傳輸介質(zhì)。

圖3 110kV線路間隔光纜聯(lián)系圖

4 實施效果分析及建議

220kV西涇變電站全站二次系統(tǒng)施工圖設(shè)計采用上述“SV/GOOSE信息流圖+SV/GOOSE信息邏輯配置表+裝置光纜聯(lián)系圖”的方法，實施結(jié)果表明：SV/GOOSE信息流圖對站內(nèi)智能設(shè)備進(jìn)行了結(jié)構(gòu)性描述，并用信息集方法描述相關(guān)邏輯關(guān)系，對于組網(wǎng)或點(diǎn)對點(diǎn)等不同自動化系統(tǒng)方案，信息集的描述方法具有一定的通用性；SV/GOOSE信息邏輯配置表采用EXCEL表格實現(xiàn)，接口通用簡單，便于廠商數(shù)據(jù)模型文件配置，同時可以通過篩選、排序等簡單方法，實現(xiàn)設(shè)計校核、施工調(diào)試中的問題核查；裝置光纜聯(lián)系圖過對裝置端口、插件及信息集的關(guān)聯(lián)，將每條信息記錄關(guān)聯(lián)至裝置端口、光纜纖芯，方便了調(diào)試、運(yùn)行等生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

但值得注意的是，本設(shè)計方法建立于現(xiàn)有技術(shù)條件，且適用于現(xiàn)有的設(shè)計方式：即與原有的常規(guī)變電站的方式類似，由IED制造廠商提供裝置原理圖和組屏圖，由設(shè)計院負(fù)責(zé)根據(jù)工程規(guī)劃繪制一、二次系統(tǒng)接線圖、網(wǎng)絡(luò)接線圖等工程圖紙，再由系統(tǒng)廠商二次輸入生成系統(tǒng)模型文件，并完成模型配置。但這種設(shè)計方式本身有以下弊端：一是嚴(yán)重依賴設(shè)備廠商，由于設(shè)計院提供的圖紙不直接涉及模型文件，必須由廠商輔助完成站內(nèi)數(shù)據(jù)信息流的設(shè)計及模型配置，基本上由廠商掌握聯(lián)調(diào)工作進(jìn)度和工程進(jìn)度，帶來大量廠商協(xié)調(diào)問題及工作；二是帶來對照圖紙人為輸入信息的重復(fù)勞動和可能差錯，設(shè)計院提供的工程圖紙交由集成商生成模型文件過程中，不可避免需要多次人工輸入信息，增加了出錯可能性；三是限制變電站改擴(kuò)建靈活性，由于系統(tǒng)集成由設(shè)備廠商完成，且裝置配置工具和系統(tǒng)配置工具缺乏通用性，改擴(kuò)建時若更換廠商則原有的配置繼承非常有限。

因此，建議加快智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)計工具的開發(fā)，將智能變電站設(shè)計及系統(tǒng)集成工作融合，將施工圖中的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)圖、SV/GOOSE信息流圖及SV/GOOSE信息邏輯配置表等與各設(shè)備廠商提供的ICD模型文件通過數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)由設(shè)計工具自動生成全站完整的數(shù)據(jù)模型配置和變電站的數(shù)據(jù)流連接。從而不僅能夠大大降低施工、調(diào)試、維護(hù)中對廠商的依賴，避免二次輸入的差錯可能性，同時由于設(shè)計人員直接設(shè)計并生成模型文件，擴(kuò)建時也不再局限于原工程廠商的配置工具，廠商選擇更為靈活。

5 結(jié)語

智能變電站以網(wǎng)絡(luò)化信息共享替代了傳統(tǒng)的二次回路，導(dǎo)致傳統(tǒng)設(shè)計圖紙難以指導(dǎo)變電站的二次施工調(diào)試，本文依托220kV西涇智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)計方案，從基于IEC 61850的智能變電站功能實現(xiàn)基礎(chǔ)——數(shù)據(jù)模型配置和數(shù)據(jù)流連接出發(fā)，提出了“SV/GOOSE信息流圖+SV/GOOSE信息邏輯配置表+裝置光纜聯(lián)系圖”的二次系統(tǒng)設(shè)計方法，實施結(jié)果表明，施工圖方案表述清晰，正確指導(dǎo)了廠商對設(shè)備及全站數(shù)據(jù)模型的配置、工程施工及調(diào)試。本文同時根據(jù)實施經(jīng)驗，針對現(xiàn)有設(shè)計方式弊端，提出加快智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)計工具的開發(fā)，從而實現(xiàn)設(shè)計直接完成變電站數(shù)據(jù)模型的建議，為今后智能變電站的二次系統(tǒng)設(shè)計提供了參考和借鑒。

[1]Q/ GDW 383 —2009，智能變電站技術(shù)導(dǎo)則[S]．

[2]胡道徐，沃建棟．基于IEC61850的 智變電站虛回路體系[J]．電力系統(tǒng)自動化，2010，34(17)．

Research on Secondary System Design Technology of 220kV Xijing Smart Substation

LOU Yue, QIN Hua
(Jiangsu Electric Power Design Institute, Nanjing 210011, China)

Considering characteristics of network information sharing in smart substations, this paper provides a design method according to the implementing scheme of 220kV Xijing smart substation, that is “SV/GOOSE informationfl ow charts+ SV/GOOSE information logic con fi guration tables+Optical cable connection charts”method. SV/GOOSE information-flow charts describe logical principle of virtual circuit. SV/GOOSE information logic configuration tables map the principle to concrete link between input and output signals. Optical cable connection charts describe physical connection of equipments. This method gives the solution of data model configuration, construction and commissioning of the Xijing project accurately. Based on this implementation experience, this paper also pionts it out that it is necessary to speed up the developing of design tools for the secondary system of smart substation.

smart substation; secondary system; design express; information- fl ow charts; logic con fi guration; SV/GOOSE.

TM63

B

1671-9913(2011)02-0060-05

2010-02-28

婁悅(1983- )，女，江蘇南京人，碩士，工程師，主要從事變電站電氣設(shè)計工作