智能化變電站智能設備的實現研究

智能化變電站智能設備的實現研究

張捷吳魏峰倪京浙

(國網浙江省電力公司嘉興供電公司，浙江 嘉興 314000)

摘要：智能化變電站通過采用先進的智能化一次設備和二次設備，運用IEC61850通信協議，實現安全可靠運行的全部功能。現從智能化變電站的組成結構入手，比較其相對常規變電站的優勢，并介紹目前智能化變電站智能設備的構成、智能設備功能的實現方式以及智能設備與智能組件的信息交互。

關鍵詞：智能化變電站；智能設備；智能組件；實現

收稿日期:205-04-28

作者簡介：張捷(1986—)，男，浙江嘉興人，工程師，主要從事變電運維工作。

0引言

智能化變電站采用數字化模式，由智能化的一次設備和網絡化的二次設備組成，全站信息采用基于IEC61850標準的以太網傳輸，實現了互操作和變電站內信息共享。一次設備采用傳統開關加智能終端的形式，電流、電壓等模擬量的采集和傳輸通過電子式和光電式互感器、合并單元實現，完成數字化轉換和傳輸。智能化二次設備均采用IEC61850通信協議，智能設備間通過交換機相互連接形成光纖網絡實現信息的直接交換，以替代傳統的保護、操作箱、重合閘、測控和監控等智能設備之間的二次電纜連接。保護功能通過軟壓板的方式實現，保護、重合閘、操作箱等裝置間的跳閘出口均通過GOOSE機制實現，通過設置GOOSE軟壓板來投退出口功能。各智能設備間信息交互，在一定程度上共享統一的信息平臺，從而避免設備重復。

1智能設備的組成

智能設備是由常規變電設備與智能組件通過信息交互實現的，利用現有成熟的二次技術，結合傳統開關設備，提升智能化水平。智能組件一般采用分散布置，就地安裝在變電設備現場，一般由1～5個功能單元實現。智能組件是一種概括性的表現形式，可以是單一的裝置，也可以是幾個裝置的集合。智能設備發展趨勢如圖1所示。

圖1　智能設備發展趨勢

過程層包括傳統變電站一次設備及一次設備的智能終端和合并單元。間隔層包括對一次設備進行數據采集和控制的智能化二次設備。站控層包括繼電保護及自動化裝置、遠動裝置、衛星時鐘、保護故障信息管理裝置、網絡安全隔離設備等。智能組件通過智能化變電站網絡分層，遵循IEC61850標準進行信息數據的網絡傳輸，并實現智能設備的功能。

智能化變電站廣泛采用光電式互感器。光電式互感器絕緣結構簡單，采用干式絕緣，體積大大減少，免去了充油設備的煩惱，大大減少了運行維護量和檢修成本，同時不存在CT飽和與開路的問題，減少了運行人員的操作風險，解決了鐵磁諧振的問題，大大減輕了運行人員的工作量(雷雨季節換高壓熔絲的工作量)。由于采用光纜傳輸，就不會存在傳輸過電壓的問題，即一次設備損壞導致一次電壓串入二次回路，造成人員傷害事故。簡化二次接線，采用少量光纖代替大量電纜，并且在安裝時進行光電分離，即光纜溝和電纜溝分開，減少了干擾，同時減少了二次電纜接線，降低了由于接線質量引起事故的概率。采用智能終端并就近安裝于開關場地，全面減少控制及信號電纜連接，繼電保護全面采用GOOSE技術，大大減少了二次電纜，使二次電纜投資得以降低。智能化變電站結構如圖2所示。

圖2　智能化變電站結構

2智能組件工作原理

智能化一次設備替代了常規一次設備，采用了智能匯控柜、智能組件、光電式互感器等，智能組件能實現可靠的過程層網絡數據傳輸。智能組件一般是由安裝在一次設備的智能終端和合并單元完成相應功能，大量使用光纜作為傳輸介質，減少了二次電纜的使用。多個設備安裝在同一個匯控柜里面，匯控柜安裝在開關控制箱附近。合并單元主要承擔電流、電壓量的采集功能，智能終端主要承擔保護跳、合閘命令的執行及開關狀態量的采集功能。

GOOSE數據傳輸的特點：(1) 快速性。報文采用了帶優先級標簽的格式，數據傳輸沒有經過TCP/IP層，直接在數據鏈路層和物理層收發。(2) 可靠性。GOOSE報文設定了特殊的傳輸方式，如果在允許生存時間T0內未接收到新報文，則認為采樣中斷，而允許生存時間T0是報文重傳的最長時間。當信號發生變化時，GOOSE報文將以T1時間重復發送兩次，此后再以T2、T3的時間間隔各發送一次，傳輸方式一直循環，直到信號再次發生變化。GOOSE報文發送的時間間隔T1，可通過網絡參數中的MinTime參數設置，T0可通過網絡參數中的MaxTime參數設置。需要檢修或校驗的裝置，放上置檢修壓板，即可進行操作。GOOSE報文帶檢修標志不會出口，真正體現了智能化變電站的特點。

3智能組件結構設計

智能組件的結構設計，可以分為輸入、輸出部分和分析處理部分3個環節。每一個智能組件的輸入、輸出部分組成基本相同，分析處理部分根據配置的不同組成方式有所區別。輸入部分通過光纖傳輸，實現二次回路狀態監測、數據信號采集和處理，并通過過程層網絡實現數據共享，優化集成了二次設備功能，簡化了設備和回路。信號處理單元由信號濾過器和A/D變換實現，通過對收發報文進行轉換，減少網絡沖突，精確地實現設備的相應功能。分析處理部分采用雙網絡化的模塊結構，支持MMS、SV、GOOSE三網合一的網絡接口，通過靜態組播實現數據流精確控制(交換機IED模型化)，基于報文過濾技術及流量管理數據傳輸方法，解決不同數據間相互干擾問題。采用VLAN技術實現不同電壓等級網絡、雙重化保護對應的兩套網絡的邏輯隔離。

4結語

綜上所述，變電站設備智能化是實現智能化變電站的關鍵，智能設備是智能電網最重要、最關鍵的“終端”。

[參考文獻]

[1]國家電網公司.智能化變電站設計規范宣貫[S]，2010.

[2] 國家電網公司.智能化變電站技術導則[S]，2010.

[3]高翔，張沛超.數字化變電站的主要特征和關鍵技術[J].電網技術，2006(23) .

[4]劉嬌，劉斯佳，王剛.智能化變電站建設方案的研究[J].華中電力，2010(7) .