智能變電站二次設備集成優(yōu)化設計

云文兵 管 婷 張 延

（1.湖南省電力公司長沙供電分公司，湖南長沙410007；2.湖南省電力勘測設計院，湖南長沙410007）

1 概述

按照國家電網(wǎng)智能化規(guī)劃，目前智能變電站已進入全面建設階段。智能變電站以高速網(wǎng)絡信息平臺為信息傳輸基礎，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡化、信息共享標準化為基本要求，為實現(xiàn)智能設備功能集成，促進站內(nèi)信息數(shù)據(jù)的深化應用奠定了基礎。

2 合并單元、智能終端功能集成

2.1 技術現(xiàn)狀

在現(xiàn)階段智能變電站試點工程中，一般情況下，合并單元、智能終端大多為獨立配置，為就地智能控制柜安裝。在同一個間隔內(nèi)對于雙重化保護，一般需配置兩套合并單元、兩套智能終端，對于設備下放布置而言，設備過多會造成就地智能控制柜柜體空間相當緊張、散熱不利，而且對于裝置本身而言，存在著功能重復、數(shù)量冗余的弊端。

2.2 合并單元和智能終端整合可行性

合并單元最開始是針對數(shù)字化輸出的電子式互感器而定義的，在IEC60044-7/8中首次給出了合并單元的定義。合并單元功能實例如圖1所示。

合并單元的作用是同步采集多路電壓、電流瞬時數(shù)據(jù)后按照標準規(guī)定的格式發(fā)送給保護、測控設備。在圖1中，合并單元所采集的12路電流、電壓信號均有明確的定義，合并單元將這些信息組幀發(fā)送給保護、控制等二次設備。值得注意的是，標準沒有要求合并單元必須接入所有12路電壓、電流，但如沒有完全接入，必須在其提供給二次設備的信息中包含相應的狀態(tài)標志位。

圖1 合并單元示例

智能終端主要完成斷路器、隔離刀閘的位置和狀態(tài)信號等數(shù)據(jù)采集與轉發(fā)，并完成測控、保護單元經(jīng)GOOSE網(wǎng)絡下發(fā)的分、合閘命令。

隨著計算機處理能力的提高，合并單元和智能終端整合在硬件處理上已不存在問題。據(jù)了解，目前國內(nèi)有多個廠家已生產(chǎn)出合并單元和智能終端一體化裝置，合并單元和智能終端整合在工程中應用是可行的。

2.3 整合方案

合并單元和智能終端一體化裝置一般采用雙CPU的實現(xiàn)方式，一塊用于智能終端的處理，一塊用于合并單元的處理，功能獨立的設計可以有效防止當采樣環(huán)節(jié)CPU故障導致該間隔主保護退出時，跨間隔保護對該間隔的故障切除，保證智能終端的優(yōu)先可靠性。

可以看出，合并單元和智能終端均為過程層設備，分別使用IEC61850—9—2和GOOSE傳輸數(shù)據(jù)，但都是通過光纖以太網(wǎng)組播發(fā)送的方式來傳輸數(shù)據(jù)，所以理論上物理端口雙方是完全可以復用的，可以實現(xiàn)過程層SV/GOOSE共網(wǎng)共口，這樣就不但節(jié)約大量的硬件資源，也使網(wǎng)絡得以簡化。合并單元和智能終端下放在就地智能匯控柜內(nèi)，采用一個裝置，以各自獨立的接口面向互感器和開關設備，以單一的對外接口通過過程層網(wǎng)上傳信息。采用一體化裝置后接口的減少數(shù)量如圖2所示.

合并單元和智能終端一體化裝置可以共享一個機箱，一塊電源板，可以共享CPU進行數(shù)據(jù)和報文處理，信息交換在裝置內(nèi)部實現(xiàn)，可以共享以太網(wǎng)光接口，可減少裝置及過程層交換機端口，降低交換機投資。同時，改變就地安放智能控制柜的設備安裝空間擁擠的現(xiàn)狀，改善了設備運行條件。

3 故障錄波及網(wǎng)絡記錄儀集成優(yōu)化

3.1 技術現(xiàn)狀

在現(xiàn)階段智能變電站工程中，故障錄波裝置和網(wǎng)絡記錄儀一般獨立配置和組屏。

3.2 故障錄波及網(wǎng)絡記錄分析儀整合的可行性

圖2 采用一體化裝置后光接口數(shù)量對比圖

故障錄波裝置通過接收、過濾GOOSE網(wǎng)絡和SV采樣值網(wǎng)絡的報文來完成對站內(nèi)電流、電壓、開關狀態(tài)、異常、故障等信號的記錄、存儲，并能自動或手動進行故障錄波分析，直觀的給出分析結果。故障錄波裝置記錄分為穩(wěn)態(tài)實時記錄和故障記錄。

網(wǎng)絡記錄儀通過對自動化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡的全過程進行報文接收、記錄、存儲，包括MMS網(wǎng)絡、GOOSE網(wǎng)絡和SV采樣值網(wǎng)絡的報文記錄，并能自動或手動進行報文詳細分析，并直觀的給出分析結果，同時提供高效的查詢手段和統(tǒng)計功能，幫助查找故障和對網(wǎng)絡進行評估，以提高智能化變電站通信網(wǎng)絡的運行安全。

據(jù)了解，目前國內(nèi)的二次設備廠家已在研制和生產(chǎn)故障錄波與網(wǎng)絡記錄儀一體化裝置。可以看出，故障錄波裝置與網(wǎng)絡記錄儀功能單元采集內(nèi)容一致，僅分析內(nèi)容不一樣，故障錄波僅在故障時才記錄、網(wǎng)絡記錄分析儀實時監(jiān)視網(wǎng)絡報文，在網(wǎng)絡異常時發(fā)出告警信號。因此，對上述兩者進行優(yōu)化整合，可實現(xiàn)兩者大部分采集單元的共享。

綜上所述，故障錄波與網(wǎng)絡記錄分析儀整合是完全可行的。

3.3 故障錄波及網(wǎng)絡記錄分析儀優(yōu)化整合方案

故障錄波及網(wǎng)絡記錄分析儀優(yōu)化整合方案推薦采用“分散采集和實時處理＋集中分析”的系統(tǒng)架構。整個系統(tǒng)由一個“分析管理單元”和若干個“過程層報文采集和暫態(tài)錄波單元”、“站控層報文記錄單元”組成，硬件結構上主要由過程層報文記錄子系統(tǒng)、暫態(tài)故障錄波子系統(tǒng)、站控層報文記錄子系統(tǒng)、后臺管理子系統(tǒng)組成，其具體系統(tǒng)的邏輯結構詳見圖3：

（1）過程層報文記錄子系統(tǒng)

圖3 故障錄波及報文記錄一體化裝置圖

過程層報文記錄子系統(tǒng)直接接入到變電站的過程層網(wǎng)絡交換機中，接收來自過程層網(wǎng)絡的所有報文（主要包括SV、GOOSE、GMRP、PTP等）， 并 對這些報文進行實時解碼分析和存儲，在實時解碼分析時檢查如丟幀、錯序、失步、超時、中斷、無效編碼、流量突變等各類異常狀態(tài)，并實時給出異常事件告警。原始報文數(shù)據(jù)可根據(jù)事件標簽在管理界面上隨時調(diào)閱和分析。同時對SV和GOOSE報文的數(shù)據(jù)進行同步組合整理和打包，轉發(fā)給暫態(tài)錄波子系統(tǒng)。

（2）暫態(tài)錄波子系統(tǒng)

暫態(tài)錄波子系統(tǒng)接收過程層報文記錄子系統(tǒng)轉發(fā)的報文信息，進行錄波判啟動算法，當滿足暫態(tài)錄波啟動條件時實現(xiàn)錄波報文的存儲記錄。

（3）站控層報文記錄子系統(tǒng)

站控層報文記錄子系統(tǒng)直接接入到變電站的站控層交換機中，接收并記錄來自站控層網(wǎng)絡的所有原始報文（主要包括MMS報文），后臺管理軟件可根據(jù)時間標簽隨時調(diào)取原始報文數(shù)據(jù)進行報文序列分析。

（4）后臺管理子系統(tǒng)

作為人機交互接口，實現(xiàn)對過程層報文記錄子系統(tǒng)、暫態(tài)錄波子系統(tǒng)、站控層報文記錄子系統(tǒng)進行參數(shù)設置、錄波定值整定等操作。實現(xiàn)報文分析、電壓電流波形分析、綜合故障分析等功能。

故障錄波、網(wǎng)絡記錄裝置整合后，數(shù)據(jù)處理和存儲功能單元按報文記錄、故障錄波分別設置獨立模塊，可共享電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、GPS時間基準模塊、人機接口模塊、數(shù)據(jù)遠傳模塊，節(jié)省了屏柜，進而降低工程造價。

結語

本文通過對故障錄波裝置與網(wǎng)絡記錄分析裝置功能整合、合并單元與智能終端功能整合進行研究分析，整合方案在工程實施中完全可行，充分發(fā)揮了智能變電站網(wǎng)絡優(yōu)勢，體現(xiàn)功能集成化、結構緊湊化的特點。有效地整合軟硬件平臺資源，降低了造價，減少運維工作量。

[1]張東峰.智能變電站一、二次設備框架分析及配置方案[J].電氣技術，2012（06）.

[2]智能變電站的設計及其應用[D].北京：華北電力大學，2011.