智能變電站二次設(shè)備模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)

魏傳宇

摘 要：隨著我國變電站搭建的越來越廣泛，變電技術(shù)的不斷提高，智能變電站目前在我國正在廣泛地搭建，新型的智能變電站系統(tǒng)以高度集成和設(shè)計(jì)優(yōu)化為目標(biāo)，為推動(dòng)變電站的創(chuàng)新發(fā)展，智能變電站的二次設(shè)備模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)需要通過發(fā)展需求和設(shè)備整合兩個(gè)角度進(jìn)行分析設(shè)備集成化思路和關(guān)鍵技術(shù)，因此，智能變電站的新設(shè)備集成優(yōu)化方案出臺(tái)。本文提出了針對(duì)智能變電站二次設(shè)備模塊化的設(shè)計(jì)方案，然后體現(xiàn)二次設(shè)備模塊化的設(shè)計(jì)原則，以供參考。

關(guān)鍵詞：智能變電站 二次設(shè)備 集成方案 模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)

中圖分類號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）11（b）-0053-02

隨著我國經(jīng)濟(jì)和電力技術(shù)的快速發(fā)展，各項(xiàng)新型設(shè)備和技術(shù)創(chuàng)新都在變電站的建設(shè)過程中廣泛應(yīng)用。我國的智能變電站也隨著科技水平的發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生。傳統(tǒng)的變電站包括綜合自動(dòng)化變電站、數(shù)字化變電站、智能變電站和目前新型的智能變電站。新型智能變電站的智能化特征比較鮮明，按照新型技術(shù)要求需要制定新一代的信息方案，通過對(duì)一體化業(yè)務(wù)平臺(tái)的研制，具有系統(tǒng)可擴(kuò)展性的提高，對(duì)于研制地域保護(hù)和集成二次設(shè)備都有嶄新的突破。采用艙式二次組合的設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)工廠的最大化加工、最小化的現(xiàn)場施工。此外，還可以采用電纜和設(shè)備之間進(jìn)行連接和轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)一、二次設(shè)備的連接。

1 智能變電站二次設(shè)備的發(fā)展歷程

在中國20世紀(jì)50年代之前，早期的變電站，二次設(shè)備采用模擬儀器儀表，就地監(jiān)控和人工操作，不具備自動(dòng)化能力；20世紀(jì)80年代以前，傳統(tǒng)變電站采用機(jī)械電磁式、晶體管式、集成電路式二次設(shè)備，二次設(shè)備均按照傳統(tǒng)方式布置，各部分獨(dú)立運(yùn)行；20世紀(jì)90年代，綜合自動(dòng)化變電站，通過對(duì)變電站二次設(shè)備的功能進(jìn)行重新組合和優(yōu)化設(shè)計(jì)，建成了變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，RTU、微機(jī)自動(dòng)裝置、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等二次設(shè)備和系統(tǒng)獲得大面積推廣應(yīng)用，滿足站內(nèi)現(xiàn)場總線及以太網(wǎng)應(yīng)用；2013年，在總結(jié)智能變電站建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，新一代智能變電站應(yīng)運(yùn)而生，提出了集成化二次設(shè)備和一體化業(yè)務(wù)平臺(tái)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)分散獨(dú)立系統(tǒng)向一體化系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，強(qiáng)化了高級(jí)功能應(yīng)用，全面提升了運(yùn)行可靠性。

2 二次設(shè)備集成化思路及關(guān)鍵技術(shù)

2.1 需求分析

二次設(shè)備整合和集成是實(shí)現(xiàn)新一代智能變電站最終目標(biāo)的首要任務(wù)及重要途徑。從技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的角度來分析，二次設(shè)備按面向間隔配置，每個(gè)間隔部署保護(hù)、測控、PMU、計(jì)量、錄波等裝置，各裝置功能相互獨(dú)立，可靠性高，維護(hù)方便。但二次裝置硬件配置重復(fù)，全站接線復(fù)雜，信息共享不充分，缺乏全站系統(tǒng)層的協(xié)調(diào)和功能優(yōu)化，整體投資成本較大。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展及芯片集成化處理能力不斷提高，在保障電網(wǎng)安全運(yùn)行可靠的前提下，將現(xiàn)有成熟應(yīng)用的功能、設(shè)備進(jìn)行集成或整合。

2.2 整合方案

針對(duì)新一代智能變電站新技術(shù)的提出，可以采用面向多間隔進(jìn)行同類功能集成；面向單間隔進(jìn)行不同類的多功能集成；采用預(yù)置艙二次組合設(shè)備，工廠化預(yù)置，一體化安裝、調(diào)試和供貨。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)層來說，過程層設(shè)備集成方式采用合并單元智能終端集成裝置，就地柜安裝；間隔層設(shè)備集成方式采用多功能測控裝置，多合一集成裝置、保護(hù)測控裝置、站域保護(hù)控制裝置，集中式保護(hù)；而站控層設(shè)備集成則采用一體化業(yè)務(wù)平臺(tái)，間隔層與站控層都是預(yù)制艙安裝。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)

新型二次設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)有以下幾個(gè)方面。

（1）集成化二次設(shè)備硬件平臺(tái)化技術(shù)。采用通用一體化硬件平臺(tái)和插件式功能板件設(shè)計(jì)，達(dá)到“插件易更換，裝置易互換”的應(yīng)用效果；采用模塊化的多CPU硬件架構(gòu)+高速內(nèi)部總線統(tǒng)一高效的數(shù)據(jù)采樣、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存貯、數(shù)據(jù)傳輸處理。

（2）二次設(shè)備功能模塊化和配置組態(tài)技術(shù)。通過裝置支撐軟件提供接口，將應(yīng)用功能與硬件平臺(tái)解耦；選配不同的插件和功能模塊組建合適的應(yīng)用裝置；應(yīng)用功能模塊支持可視化編程和配置組態(tài)；具有結(jié)構(gòu)清晰、集成度高、擴(kuò)展性好、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。

（3）二次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)采集和監(jiān)視技術(shù)。由自檢信息擴(kuò)展至物理板件、通信端口以及邏輯鏈路等監(jiān)測；采用嵌入式采集方式；為二次設(shè)備可視化運(yùn)維、健康評(píng)估和狀態(tài)檢修提供數(shù)據(jù)支持。

（4）時(shí)間同步狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)。閉環(huán)時(shí)間同步狀態(tài)管理，監(jiān)測量包括對(duì)時(shí)間狀態(tài)測量數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)自檢數(shù)據(jù)，采用SNTP基于乒乓原理問答機(jī)制進(jìn)行時(shí)間同步狀態(tài)監(jiān)測；以告警直傳上送時(shí)間同步狀態(tài)給調(diào)度。

3 二次設(shè)備模塊化設(shè)計(jì)

二次設(shè)備采用模塊化設(shè)計(jì)，解決傳統(tǒng)建設(shè)模式存在的現(xiàn)場施工量大、施工周期長、建設(shè)質(zhì)量難以掌控、二次設(shè)備接線工作量大的問題。

3.1 模塊化設(shè)計(jì)方案

3.1.1 組合二次設(shè)備的模塊式設(shè)計(jì)

結(jié)合變電站標(biāo)準(zhǔn)配送式理念，針對(duì)組合式二次設(shè)備的特點(diǎn)，在現(xiàn)有硬件系統(tǒng)及生產(chǎn)工藝不需大改的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)組合式二次柜體，集成多個(gè)功能模塊設(shè)備（后臺(tái)、服務(wù)器、電源等），在廠家生產(chǎn)、拼裝、調(diào)試后，以整體形式發(fā)往現(xiàn)場，減少現(xiàn)場施工量及施工周期。組合柜內(nèi)采用固定模塊式設(shè)計(jì)，方便后期更換及運(yùn)維。

3.1.2 組合二次設(shè)備的即插即用

由廠家在柜內(nèi)設(shè)置集中接線區(qū)，將柜間裝置的輸入輸出信號(hào)及電源在集中接線區(qū)進(jìn)行航空插頭配置，通過與柜外的預(yù)制光纜和預(yù)制電纜直接連接，達(dá)到與系統(tǒng)溝通的功能。組合柜與外部預(yù)制線纜在現(xiàn)場可進(jìn)行快速對(duì)接，實(shí)現(xiàn)即插即用。

3.2 模塊化組屏及內(nèi)部接線方案

3.2.1 模塊柜即插式安裝方案

（1）屏柜拼接方式。模塊化屏柜包括頂蓋組件、側(cè)門組件、前門組件、后門組合和框架組合五大部分。屏柜采用框架結(jié)構(gòu)，屏間采用“即插式”可插拔接口，由五大組件構(gòu)成，所有組件均為可拆卸式，擁有插拔接口。（2）柜-線纜室拼接方式。屏柜本體與線纜室采用螺栓固定，從機(jī)柜內(nèi)側(cè)直接固定到滑動(dòng)的插入螺母，不再需要緊鎖螺母。

3.2.2 模塊柜內(nèi)線纜連接方案

在柜體下方布置線纜室，供電纜集中走線用。線纜室位于模塊柜和小車之間，采用與柜體相同的材質(zhì)，室高100mm，室內(nèi)可供光纜、電纜走線使用。（1）柜內(nèi)走線。通過采用一體化底座完成屏柜固定及預(yù)制線纜儲(chǔ)纖功能，可在活動(dòng)地板下空間內(nèi)盤光纜或尾纜；通過屏間側(cè)壁開孔，由生產(chǎn)廠家在廠內(nèi)完成模塊內(nèi)部走線，避免從電纜溝或架空地板敷設(shè)，減少現(xiàn)場安裝接線，提高了組合柜整體的裝配式特點(diǎn)。（2）柜外走線。模塊柜外走線采用柜內(nèi)設(shè)備—線纜室—線纜配線架—電纜溝或架空地板—柜外設(shè)備，設(shè)備—線纜室—線纜配線架部分的配線由生產(chǎn)廠家在場內(nèi)完成，線纜配線架—電纜溝或架空地板—柜外設(shè)備由現(xiàn)場施工單位完成。

4 結(jié)語

綜上所述，智能變電站二次設(shè)備模塊化集成的設(shè)計(jì)技術(shù)可以以模塊化劃分，模塊化組合的二次設(shè)備方案體現(xiàn)了模塊組合設(shè)計(jì)、工廠化安裝和整體運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)，除了降低工地和接線任務(wù)量，需要大幅度提高建設(shè)效率。二次設(shè)備模塊化設(shè)計(jì)屬于智能變電站模塊化建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)，設(shè)計(jì)原則建議根據(jù)變電站的一次設(shè)備型式、布置和建設(shè)模式。隨著智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展不斷完善，對(duì)二次設(shè)備集成度要求越來越高，面向間隔的功能將逐漸就地化處理并與一次設(shè)備間進(jìn)集成，最終實(shí)現(xiàn)真正意義上的“智能設(shè)備”。

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