智能變電站二次回路可視化研究

唐志軍++翟博龍++林國棟++陳錦山

摘 要

智能變電站同時網絡信息資源分享的方式代替過去的硬電纜回路，光纖通訊取代了大多數站內電纜連接，站內通過數據通訊完成跳閘、信息發送、采樣保護等操作，對設備的“無接線、無端子”進行保護，二次回路無法體驗，所以很難對其修改情況進行確認。為便于組織智能變電站相關維護工作，必須對智能變電站二次回路可視化進行深入的研究，本文在明確二次虛擬回路可視化研究基礎的前提下，對綜合自動化變電站二次回路以及智能化變電站二次回路的相同以及不同點進行對比研究，同時根據設備運行以及檢修活動的相應需求，提出了智能變電站二次回路可視化對應的功能要求，進而對虛擬二次回路可視化表達方法進行了深入研究，最后提出了二次回路工具相關優化方案。

【關鍵詞】智能變電站 二次回路 虛端子 虛擬回路 SCD配置

較之傳統的變電站，智能變電站的硬件有了非常顯著的發展和進步，引進了合并單元、智能終端以及過程層網絡交換機等設施，同時使用了三層兩網的結構，通過數字信號網絡通信的形式取代過去模擬量和開關量信號電纜連接的辦法，當前的智能站二次圖紙通過都是在GOOSE/SV配置表、二次虛端子回路圖、過程層網絡架構圖、交換機端口信息流圖等的基礎上進行設計的，并沒有很好的將回路有關的網采、直采鏈路聯系進行明確的區分，特別是在SCD文件中隱藏的通訊裝置以及虛擬邏輯連接難以進行可視化，檢修人員難以高效的理清繁雜文本中的二次回路。本文對此展開了一系列分析，支出了一項虛擬二次回路表現方式，這一方式有機結合了IEC61850信息模型以及過去的電氣二次圖紙，將在鏈路模型中隱藏的邏輯回路給予可視化展現，對設施間的物理連接以及邏輯聯系進行全面、直接體現，便于檢修人員了解設備間的交互信息，使得設備調試風險大大降低。

1 二次虛擬回路可視化研究基礎

相較于傳統的變電站，智能變電站基于IEC61850通訊規約利用SV/GOOSE數據流以及SCD配置描述文件對于數據模型進行多路信息的復用操作，光纜連接取代了電纜對接方式。過去數字化變電站TV和TA收集的電流信號經端子箱、一次電壓等進入保護測控設備，通過CUP信息處理模塊對數據實施處理，并將其轉換為數字信號。通過二次控制以及信號回路將斷路設備遙控、分合閉鎖等相關信號向斷路器裝置傳遞，由此發揮其自身的保護、監控作用。

智能變電站增加了合并單元、網絡交換機以及智能化終端等過程層裝置，在IEC61850通訊規約基礎上通過模型設備同變電站信息網絡連接，站內二次裝置實現了彼此的信息互通以及互操作。

2 智能和綜合自動化變電站二次回路區別

2.1 信息傳遞原理存在差異

變電站電氣二次回路的主要功能有保護、調節、控制、監視等，綜合自動化變電站相關設施利用電纜進行聯系，該變電站相關設施在電纜的連接下使得各項功能得以發揮，智能變電站運行于IEC 61850標準，各個設施利用網絡進行各項信息的傳遞，進而使其自身的功能得以實現。

2.2 圖紙表達方式不同

變電壓站電氣二次回路相關圖紙中通常會含有電壓二次回路圖、端子排圖、設備原理圖、控制回路圖等，綜合自動化變電站有關二次裝置比如轉換開關、繼電器、端子、壓板以及輔助結點等在回路中對應的聯接、功能等數據信息得以在圖紙明確、直觀的顯示，站內的檢修以及運行人員可以有效的從中找出相關的信息。智能變電站二次回路利用通訊網絡進行信息的傳遞從而實現自身的各項功能，圖紙中通常含有裝置網絡圖、虛端子對應表等，但是圖紙并沒有非常直觀的顯示有關裝置的功能實現情況以及具體的聯接方式，由此站內的運行操作人員以及設備檢修人員就無法通過圖紙非常直觀的了解二次回路以及相對應的邏輯關系，使得運行和檢修工作難度進一步加大。

2.3 運行、檢修方法存在差異

智能變電站在組織建設過程中，需要在相應的組態工具中導入相關裝置的ICD（模型文件），設置相關的虛端子連線、參數數據，構成一個SCD，進而調試人員結合SCD相關信息組織相關設備調試工作，設置對應的設備。在工作人員組織運行或者檢修的過程中按照SCD文件內容以及圖紙等材料信息對裝置功能、檢修內容以及相應的安全措施進行確認。綜合自動化變電站只需要通過圖紙組織施工調試即可，在組織運行以及檢修活動不再使用全站系統進行SCD的配置。

3 虛擬二次回路可視化表達方法

當前運行的智能變電站相關二次圖紙大多數都是在GOOSE/SV配置表、過程層網絡架構圖紙、交換機端口信息流圖等圖紙基礎上進行設計的，在設計二次回路圖是沒有對二次設施組網以及直采邏輯關系沒有進行明確的區分，回路含有大量的虛端子，相應的圖紙極為繁雜，對于二次設備間相關邏輯關系以及物理連接無法清晰明了的體現。本文在對我國智能變電站設計、建設以及檢修等工作有效歸納的基礎上深入分析了變電站的虛回路，同時對此給出了一項虛回路可視化方案，利用過程網絡架構圖、二次虛擬回路圖等對智能設施相關虛端子聯系進行明確的展示，通過簡單、直觀的形式對信息模型中隱藏的各種邏輯回路進行清晰的表示，便于后續檢修人員通過SCD文件對應的結構層次組織設施的檢修和維護工作，使二次設備檢修以及維護工作難度大大降低。

3.1 過程層網絡結構圖

智能變電站設施一般使用的是分層以及分布式網絡系統。圖1中表示的是智能發電站過程層設備網絡架構圖。根據圖1我們可以很容易分析出，利用網絡交換機，各個間隔合并單元號以及智能終端同間隔層裝置互相交換數據，中心交換機將所有間隔數據進行收集進而再將其傳輸至網絡分析和故障錄波系統中。過程層設備網絡結構圖主要體現的是二次設備相關的光纜聯系。

3.2 SV信息流圖

根據對SV信息流圖的分析，在220kV線路環境中，線路合并單元采取光纜通信的形式將收集的電壓以及電流數據傳輸至線路和母線保護設備。線路測控以及故障錄波用到的SV都是過程層網絡交換機所供應的。SV信息流圖體現的是裝置之間電流和電壓信息流對應的網絡傳遞路線。

3.3 GOOSE信息流圖

通過對GOOSE信息流圖的分析我們可以知道，該圖顯示了保護設備跳合閘、開關閘、測控設備的位置以及保護設備間閉鎖相關信息流的聯系。GOOSE信息流圖反映了各個智能裝置之間信息交流內容以及物理連接，但是無法充分展現信息對應的邏輯聯系。

3.4 虛擬二次回路圖

智能變電站相關的二次圖紙設計沒有包含虛端子IED具體的流動方向，操作人員在變電站實施檢修以及維護的活動中，在繁雜的虛端子表中難以有效的查出二次回路活動脈絡，在IEC61850數據模型基礎上二次回路圖利用圖形的方式充分體現了裝置SCD文件聯系，有效處理智能裝置數據沒有接點、段子以及界限的而導致的二次回路設備無法展示的問題，確保檢修和運行維護人員可以直接的了解智能社會各種進出以及邏輯出口等。

虛擬二次回路圖按照變電站主接線和各項設備定義的虛端子去對虛端子的起終點以及邏輯線路進行確定。虛端子連接涉及多方面，比如虛端子數據名稱、編號、數據線路等內容，虛端子相關編號和過去的變電站相關的二次電纜及其線芯編號非常類似，信息名稱同傳統變電站相關的回路說明非常相似。根據對虛擬二次回路圖的觀察我們可以看出，信息模型有關的信息傳輸方向、邏輯回路非常明顯，對于智能裝置沒有端子、接點以及界線造成的二次回路設備無法展現的問題難以處理。

4 可視化工具優化措施

現階段，二次回路可視化工具對應的工作原則基本為解析SCD文件，可視化虛端子相應的聯接。針對以往設置圖紙中顯示的壓板功能、回路情況和二次數據以及對應的物理光路聯系，以為內部SCD中含有數據的限制而無法得以清晰顯示。需要對光口、軟壓板等數據進行明確的補充，進而建立實用性更強的可視化二次回路。可以利用軟件對SCD文件進行解析，進而將軟壓板控制以及光口相關設施數據進行導入，建立能夠滿足運行以及檢修工作需要的可視二次回路。根據這一優化方案，對于過去的220kV線路第2套保護及其與智能終端相關數據聯系進行改進，將其通過一張數據完整、滿足運營需要的可視化二次回路圖進行表示，圖2所示。通過圖2我們能夠清楚的觀察到設施軟壓板對應的配置、GOOSE傳遞信息的具體內容、光纖、聯接光口和智能終端出口等設備全部信息，同以往二次連接圖具有很大的相似性，方便運行以及檢修人員更加清楚的了解，有效的掌握，為日后的工程驗收、故障處理、回路校對以及技術訓練等活動提供相應的數據參考。

5 結束語

綜上，智能變電站二次回路相關設計基本沒有什么標準可以遵循，對應的設計模式難以滿足智能變電站技術需要，本文在詳細分析虛擬二次回路的基礎上，明確了智能變電站二次回路同以往的綜合變電站二次回路之間存在的差別以及二次回路可視化工具要求，進而通過過程層設施網絡架構、虛擬二次回路圖等圖紙設計有效的反映智能設備間的物理以及邏輯連接。通過對這一優化設計方法的實行，可以使變電站二次回路相關功能實現情況以及對應的邏輯聯系進行更加清晰的展示，檢修人員能夠清楚的了解，明確的掌握，促進工作效率的提升。

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