預制艙內電力二次組合設備的優化研究

安 博，周勛甜，戚 為

（1.國網浙江省電力公司寧波供電公司，浙江 寧波 315000；2.國網浙江寧波市鄞州區供電公司，浙江 寧波 315000）

0 引言

預制艙式二次組合設備是國家電網公司在標準配送式智能變電站建設中首次提出的重點應用。二次設備布置在預制艙內，艙內接線及設備調試在工廠完成，最大程度實現工廠內規模生產、集成調試，減少現場接線和調試工作，提高建設效率。預制艙的應用可有效縮減主控室面積，利用配電裝置場地空隙分散布置，為變電站的總平優化創造條件。

設備信息數字化、功能集成化、結構緊湊化是二次設備預制艙內設備的重要特征。然而，變電站主控制室設備涵蓋了繼電保護、調度自動化、通信、電氣二次等不同專業，各個專業管理分工不同，相關管理和運行部門也不同，各專業根據自己的要求提出設備配置要求，專業間部分功能要求相同，但相互間又要求獨立配置，造成二次設備出現冗余和重復設置情況，不利于在空間有限的二次設備預制艙內布置。

針對上述問題，研究探討了預制艙內二次設備的優化整合方案，有效利用了艙內空間，精簡了二次設備數量，智能變電站二次系統設備整合也符合IEC 61850功能自由分配理念。

1 網絡化備自投優化方案

110-A3-3通用設計方案[1]中，備用電源自投（簡稱備自投）功能大多由專用的備自投裝置完成，需要在現場接入較多的光纜，不能有效利用空間。

研究采用新型的網絡備自投裝置，110kV備自投由母分測控裝置、進線測控裝置、進線智能終端和母設測控裝置協同完成。進線測控裝置、進線智能終端和母設測控裝置完成進線備自投檢測，判斷本間隔電流、電壓，通過GOOSE（面向通用對象的變電站事件）規約將判斷后的信息發送給母分測控裝置作為動作邏輯。母分測控裝置完成備自投功能的集中處理，備自投功能的動作執行由母分測控裝置通過GOOSE信息實時傳送到110kV線路的斷路器智能終端完成。備自投的所有動作邏輯和常規備自投相同，裝置還引入1個閉鎖備自投信號（通過GOOSE信息得到），原理如圖1所示。

圖1 網絡化備自投原理

2 110kV測控裝置與計量整合方案

110kV電壓等級多采用獨立計量，對于普通計量點，電能表數據僅用作系統內電量考核，將其整合進保護測控裝置從管理上是可行的。數字式電能表利用合并單元送來的采樣值數據直接進行計算形成計量數據，其結構較常規電子式表計省去了交流插件、A/D轉換等元件，更為簡單[2]。數字式電能表的計算量較測控量的計算更小，由測控裝置完成計量數據的計算并不會帶來額外的負擔，非關口采用測控計量合一裝置，技術上完全可行。

結合110-A3-3通用設計方案，電量平衡計量點設置在110kV線路和內橋間隔，采用測控計量合一裝置，此裝置通過MMS（制造報文規范）將電能計量信息接入站控層網絡；配置1臺電能計量轉發裝置直接從站控層網絡收集電能計量數據，上傳電能信號。

3 取消獨立的故障錄波器和網絡報文分析儀

網絡報文記錄分析儀各種應用功能的實現都基于其對MMS，GOOSE和SMV（采樣測量值）報文的記錄，其實質和故障錄波器的錄波是一樣的，兩者的區別僅在于網絡報文記錄分析儀是即時、完整地記錄全站的網絡報文。

在110kV電壓等級的智能變電站中，故障錄波器和網絡報文記錄分析儀都是基于網絡報文錄波，再加上后臺的分析處理，實現各自的功能。而110-A3-3通用設計方案中無過程層網絡，報文所取的信號也與保護所取的信號出自不同的網口，不是同一信號，網絡分析的作用在過程層的作用并不大，故可取消網絡分析儀。

故障錄波器記錄錄波啟動情況下的GOOSE報文和SMV報文。故障錄波器是基于報文錄波，故障錄波功能完全可以分散到各個保護測控裝置中，故可取消獨立的故障錄波裝置。上述裝置優化后，所帶來的優勢將是非常明顯的。

（1）節省二次設備預制艙內的安裝空間。減少安裝、維護工作量，簡化系統網絡結構。功能集成，使用簡便。在智能變電站中，傳統的故障錄波已經不足以進行全面的事后故障分析，很多網絡和報文異常帶來的波形變化無法解釋。通過分散的故障錄波，能更全面地記錄變電站各個層面的交互數據，實現進一步數據挖掘與應用。

（2）取消網絡分析記錄儀。故障錄波與保護測控裝置優化整合后，保護測控裝置內設置獨立的故障錄波模塊，實現故障錄波需要的數據處理和存儲功能。

（3）硬件設備性能的提高，使得裝置集成所帶來的高負荷不再成為整機性能的瓶頸。

目前國內的主流廠家已相繼開發出系列的集成設備，并在相應的智能變電站獲得應用。因此，將故障錄波和保護測控裝置進行整合，在更好地提高數據利用效率的同時有效優化了二次設備預制艙內的空間。

4 站控層設備的優化整合

根據智能變電站二次預制艙的實際情況，整合站控層各應用功能軟硬件設備，強調系統的整合和集成，解決變電站站控層系統多、硬件設備多、接口多、數據共享程度差、數據綜合應用困難的問題，建立數據服務器與監控主機結構，不僅有利于提高數據利用效率也有利于二次設備艙空間的優化。

數據服務器是全站數據采集、處理的基礎，直接與變電站內各IED（智能電子設備）通信；數據總線負責多機間協同工作的高速數據交互，數據服務器通過數據交互總線共享平臺實時/歷史數據并實現數據交互；監控主機是變電站各應用功能集合，側重于站內人機接口，包括組態、運行和維護等，監控主機與數據服務器整合后，能有效利用數據資源。

110kV智能變電站站控層優化整合后，預制艙內站控層二次設備配置包括：1臺數據服務器（即監控主機，含操作員站、五防工作站等功能）、1臺綜合應用服務器。數據服務器是一體化平臺的主體，統一從IED獲取信息；遠動直采直送；Ⅲ區數據服務器負責Ⅲ區數據綜合展示；數據服務器通過隔離裝置從Ⅲ區服務器獲取數據，可進行數據全景展示。

5 結語

通過對網絡化備自投優化、110kV測控裝置與計量整合、故障錄波器和網絡報文分析儀優化整合以及站控層設備優化整合方案的研究，有效利用了二次設備預制艙內空間的同時，也節省了設備投資，更突出了智能變電站裝配式設計的優勢。

[1]劉振亞.國家電網公司輸變電工程通用設計110～750kV智能變電站部分[M].北京：中國電力出版社，2011.

[2]周和.智能變電站的設計及其應用[D].北京：華北電力大學，2011.