智能變電站二次設備系統兼容性分析

唐慧+++張振華

摘 要：針對智能變電站的二次設備互換性，首先簡單介紹了互換性的基本內涵和技術要求，并在此基礎上提出具體互換模式，最后對不同設備的互換性實現方法進行分析，旨在為智能變電站未來發展提供可靠依據。

關鍵詞：智能變電站；二次設備；互換性

智能變電站二次設備互換是變電站正常運行的重要環節，對保證運行穩定性有重要意義。然而伴隨變電站快速發展，其二次設備互換存在很大的難度。對此，本文圍繞二次設備互換性內涵與技術要求，對互換模式及實現過程進行深入分析，具體內容如下。

1 互換性內涵

互換性指的是在不同時間和地點生產的產品，并且在裝配與維修過程中無需進行修整就可以任意替換的基本性質?；Q性具有兩層內涵：其一，產品功能可自由互換，使用功能相同的產品替換原設備，功能互換特性也可稱為替換性，屬于初級互換范疇；其二，應用過程互換，指的是在更改系統原有設備的基礎上進行設備的替換、安裝和使用，屬于高級互換范疇，也可稱之為設備隨取隨用[1]。

對于智能變電站的二次設備而言，其互換性從組成結構及硬件實現形式等方面可細分成以下幾種：板卡互換、模板互換、裝置設備互換與屏柜互換。以上不同形式的互換有著截然不同的要求，難易水平存在很大差別。其中，板卡互換對引出端子及接口的種類有一致性要求；模板互換需要物理尺寸保持統一；裝置設備互換與屏柜互換需要裝置設備的基本功能、通訊接口與端子等保持良好的統一性。

2 互換性的技術要求

通訊接口及引出端子保持統一、建模具備良好的標準化、完全一致的信息流與規范性文件是完成互換的基本前提，同時也是實現互換功能的技術要求。當前，我國電網公司已經完成并推出“六大統一”標準規范，為互換性功能提供了全面的可靠依據，對于相同變電站的實際應用要求，實現互換功能已經較為輕松。在實際應用過程中，替換設備以前要存儲原設備的技術參數、數據、定值與配置文件，對需要替換的設備實施數據恢復以后即可安裝與投運，進而使設備實現功能轉換[2]。

對于應用過程中的互換，應在功能可以進行互換的前提下，將不同的設備實施黑盒化，使它們具備完全相同的性能與接口。如今，多數企業已經完成了“六大統一”標準規范，盡管在信息和功能等層面實現統一，但更多的關注點集中在裝置設計與應用上，并未對黑盒化互換性實施深度研究，依然存在一定障礙。比如，雖然定值清單進行了標準化處理，但仍需對裝置原理實施對應的定值計算；雖然站控層上的數據經過了規范化，但不同廠家的信息點路徑還有很大差異。

在智能變電站中，設備應用要求在理論層面可以借助IEC6185

0或配置流程進行表達。以此實現應用互換，該過程中設備要滿足以下技術要求：

（1）硬件接口完全相同。

（2）建模具有良好標準化。

（3）配置文件及工具相互統一。

（4）裝置參數實現規范化。

（5）方法統一，如對信息點號的表達進行唯一化處理等。

過程層對應的輸出信息點依然需要經過對照表實施接口設計。系統配置工具可對模型升級過程中的關聯關系實施自動識別，但無法進行替換。針對站控層上的信息點，這一問題將更加突出。對此，想要更好實現設備應用互換，需著重開展如下工作：

（1）編制唯一化的具體表達形式和規范，以便配置工具能完成自動替換。

（2）黑盒化處理以后，設備功能對應的互操作信息實施統分類和分層處理。

（3）對由不同廠家生產的設備功能進行特色化定義，以此實現自動識別與智能化替換。

（4）系統的配置工具要有更多設備進行信息識別，以便對不同的信息點實施分類，進而實現功能的自動替換，同時對自定義功能進行安全處理[3]。

3 智能變電站二次設備互換模式

3.1 相同廠家產品互換

對某生產廠家設備而言，由于其內部使用完全相同的配置工具與軟硬件平臺，而且互換設備的硬件環境與軟件配置均相同，所以實現互換功能較為輕松，這是當前很多變電站都在使用的二次設備互換模式，其主要具有以下優勢：

（1）產品更換前后，設備性能及功能可保持一致。

（2）配置工具更換前后，相應的配置文件可保持不變，不會對其他設備造成太大影響。

（3）產品可靠性檢驗僅需進行簡單確認即可完成，無需開展復雜的試驗。

然而，這種互換模式無法跨越不同廠家間的設備差距，在實際應用過程中依然存在缺陷與局限性，主要體現在以下方面：

（1）對于運行維護人員有著極高的技術要求，要掌握不同廠家對應的業務流程和內容。而且實現二次設備互換的實際效率主要取決于人員對工具和產品的了解程度。

（2）由于受到相同廠家不同裝置、不同電壓對應裝置平臺有明顯差異等因素的影響，使得互換產品不具備良好的選擇性[4]。

（3）備用產品的相關備件需根據不同的產品型號進行一一設

置，經濟性相對較差，設備管理存在很大的難度，人員工作量也很大，容易出現人為誤差。

為有效提升運行與維護效率，相同廠家的產品互換模式還要得到進一步的升級和完善，增大可進行互換的產品范圍，提供可行、先進的工具與管理系統，并對具體的互換操作形式進行簡化。實際工作中可從以下幾點入手：

（1）對裝置的硬件平臺進行統一

基本原則為“按照規范的電壓等級，盡可能減少裝置插件種類，相同電壓等級的裝置要使用完全統一的配置平臺；相同功能的插件需要使用統一平臺”。

（2）對配置文件及工具進行統一

對不同型號產品的配置文件及工具進行統一，同時盡可能簡化文件的具體下載方式，使用簡單、快捷的方法，如當前新興的FTP方式等。

（3）建立一鍵式的還原系統

直接面向裝置按照信息的構造裝置，將裝置作為基本單元構建設備備份庫，以此對重要程序、文件及定值等實施備份；在對設備進行更換的過程中，僅需進行簡單操作即可恢復數據，從而輕松完成設備互換。

3.2 不同廠家產品互換

就目前來看，二次設備制造廠家數量很大，由不同廠家生產的設備在功能方面無太大差別，但不可忽略在配置及實現形式等方面的差異。為實現不同廠家產品的互換要求，對切實提升變電站的運行維護水平有十分重要的作用：

（1）產品的選擇面較廣，更換時具有更好的靈活性。

（2）備用產品的備件可以進行共享，管理難度較低，且具有良好的經濟性。

（3）由于產品與工具基本實現統一，所以相應技術人員需掌握的內容較為相近，有利于降低他們的工作量，減少人為誤差。

（4）對于廠家的技術依賴性大幅降低，促進變電站的運行維護能力提升。由此可見，著重研究不同廠家的產品互換模式是現階段各大變電站走快速發展道路的重要課題。

雖然由不同廠家生產的設備在具體的功能實現方面較為相近，而且都能滿足用戶對于通用規范的實際需求，但設備間依然存在一定的差異，在今后工作中需要對以下內容給予重視：

（1）制定良好的行業技術規范，對產品功能與接口實施統一。

（2）不同廠家產品的可操作性與互換性要進行前期測試和確

認。

（3）編制規范的互換操作程序，以免產生不必要的錯誤。

（4）重點探討產品在替換以后的質量驗證方式，確保設備通過簡單的操作就能實現互換，以此有效提升互換效率[5]。

3.3 統一平臺下的二次設備互換

對于二次設備而言，其互換理想模式是確保所有設備都能使用完全統一的硬件和軟件平臺，設備間具備靈活轉換能力。這種互換模式不同廠家產品在基本功能實現方面是統一的，可完成無縫替換，優勢十分明顯，如產品有很大的選擇范圍，產品更換具有良好靈活性和便利性；備品備件能進行共享，經濟性良好，設備管理難度較低；運行維護操作流程簡單快捷，工作量較少，對技術人員沒有太高的經濟要求等。

將統一平臺作為基礎的二次設備互換，要實現建立一個二次系統，標準化處理軟硬件平臺，同時進行獨立性設計，提高系統智能化水平。此外，還要編制最高行業功能性要求與測試規范，然后由生產廠家進行執行，大力研發滿足基本生產要求的裝置，同時督促相關認證機構實施互操作檢驗。

4 互換性的實現

4.1 終端設備互換實現

智能變電站合并單元設備實現電流電壓采集量的合并打包處理，終端設備的開入與開出需要實現數字化，其功能完備且明確，產品具有良好的硬件相似度。對于合并單元設備而言，需根據具體的應用場合對功能模塊進行配置，由于其基本功能十分明確，硬件可輕松實現統一，所以具備優異的黑盒化處理基礎，互換性水平相對較高。然而，由于存在開入實際數量不同、跳閘出口的定義不統一等問題，在實現互換的過程中應得到相關技術規范的支持。

（1）硬件的接口定義需實現統一，物理接口要使用標準的形式，如航空插座等。

（2）開入及開出需定義到各個端子的標準化。

（3）配置文件及工具的標準化。

4.2 間隔層裝置互換

對于不同的繼電保護對象，需使用相應的保護原理實現，其模塊構成有很大的差異，相同廠家也存在硬件選擇較為靈活等情況。基于此，由于信息的交換過程較為復雜，使得間隔層裝置的互換過程較為復雜。因此應切實做好以下工作：

（1）接口信息保持統一。

（2）配置工具與文件保持統一。

（3）定值參數實現標準化。

4.3 站控層設備互換

對于站控層中的相關設備，想要實現互操作目標應先對系統進行統一。目前，不同生產廠家的SCD文件已達到相對較高的互操作性，只要相應的數據庫可在應硬件上進行正常安裝，即可實現互換。然而，站控層上的設備在完成互換以后，需要進行大量的調試工作，全部信息點都要進行調試，保證信息不存在誤差以后才可以認定為完成互換[6]。

4.4 其他設備互換

智能變電站的其他設備包括：故障錄波器、網絡分析裝置、交換機等，這些設備不僅功能明確，且具有良好的一致性，實現設備互換的過程較為簡單。作為基本的計量設備，數字化電能表比老式計量系統更具技術優勢。新型數字化電能表不僅功能明確，容易進行不同廠家產品的互換，但其配置文件的具體下載方法還沒有完全統一，為其互換工作帶來很大麻煩，增大了實際工作量。除此之外，在線監測設備當前還缺乏規范性，標準體系也不夠健全，所以想要實現互換目標還有很長的路要走。

5 結束語

根據當前實際狀況，智能變電站的二次設備不僅種類繁多，而且功能方面的需求也有很大差異，這使得互換性的實現過程十分困難。在變電站的典型設計過程中，可在一定程度上對設備種類與功能進行簡化，這樣可以促進互換的進一步實施，有必要進行深入研究。由于當前設備互換還存在很大難度，通過對插件級優化措施的應用，能實現設備以插件形式的快速轉換，有效提升了變電站的運行與維護效率。

參考文獻

[1]李賓皚，翁之浩.智能變電站二次設備模塊化設計技術[J].智能電網，2016，10（04）：437-440.

[2]李曉朋，裘愉濤，錢建國，等.智能變電站二次設備互換性探討[J].電力系統保護與控制，2016，11（14）：76-81.

[3]李少華，宋亞凱，孫銀山.智能變電站過程層二次設備調試技術研究進展[J].科技視界，2015，10（25）：250-251.

[4]邢小忠.探究智能變電站智能設備互換性實現方法[J].價值工程，2015，10（35）：96-97.

[5]宋杰，靳希，鮑偉，等.基于IEC61850的智能繼電保護裝置協同測試系統的研究[J].電力系統保護與控制，2012，12（05）：59-63+68.

[6]王韶華.智能變電站二次設備維護策略的研究[J].中小企業管理與科技（上旬刊），2012，10（12）：307-308.

作者簡介：唐慧（1979-），女，河南許昌人，本科，工程師，研究方向：電力系統繼電保護設計。