如何借鑒常規(guī)變電站進(jìn)行智能變電站的二次設(shè)計

任薇

（福建源發(fā)電力勘察設(shè)計有限公司 福建省福州市 350000）

智能變電站二次回路設(shè)計對于許多初涉電力行業(yè)的設(shè)計人員來說是一個難點。常規(guī)變電站各裝置間直接采用屏蔽控纜經(jīng)過端子排連接，裝置的接點一一對應(yīng)比較直觀；智能變電站各裝置間通常采用光纜傳輸整組的數(shù)字信號，每根光纜傳輸?shù)男盘栃枰Y(jié)合光纜聯(lián)系圖和信息導(dǎo)向圖才能明確。本文介紹了通過常規(guī)變電站二次原理來設(shè)計智能變電站的方法，希望能對智能變電站的二次設(shè)計工作有所幫助。

1 智能變電站的特點

智能變電站是在綜合自動化變電站（本文中所指的常規(guī)變電站）基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新一代變電站。它采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基礎(chǔ)要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護(hù)、計量和監(jiān)測等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能的變電站[1]。智能變電站在自動化系統(tǒng)構(gòu)成上除了常規(guī)變電站所具有的站控層和間隔層外，還多了一個由智能組件組成的過程層。過程層的智能組件包括合并單元、智能終端。合并單元用來采集電流互感器、電壓互感器的模擬量，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量以SV報文通過光纖傳輸給保護(hù)、測控、計量等裝置。而常規(guī)變電站中電流、電壓的信號都是以模擬量通過鎧裝屏蔽控制電纜與其他裝置連接的。智能終端與變電站內(nèi)的一次設(shè)備通過電纜連接，采集一次設(shè)備（斷路器、隔離開關(guān)等）的位置信號以GOOSE報文通過光纖與保護(hù)、測控等裝置連接，實現(xiàn)對一次設(shè)備的測量、控制等功能。常規(guī)變電站中保護(hù)、測控與一次設(shè)備之間則是通過鎧裝屏蔽控制電纜來傳輸控制命令及各種信號的。過程層設(shè)備不組網(wǎng)時，與本間隔保護(hù)、測控裝置之間以點對點方式通過光纖直接采樣、直接跳閘。當(dāng)變電站配置了故障錄波、母差保護(hù)、失靈保護(hù)、站域保護(hù)等涉及多間隔保護(hù)的設(shè)備時，過程層設(shè)備需配置過程層交換機組網(wǎng)，用以傳輸多個間隔設(shè)備的數(shù)字信號。此外，智能變電站的自動化系統(tǒng)采用的是DL/T 860通信標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)全站信息共享，增強了設(shè)備的互操作性。常規(guī)變電站的自動化系統(tǒng)采用DL/T 667通信標(biāo)準(zhǔn)，外廠家設(shè)備與自動化系統(tǒng)之間的信息傳遞需要通過規(guī)約轉(zhuǎn)換。由此可見，智能變電站不管是傳輸方式還是時效性都要比常規(guī)變電站先進(jìn)許多。

2 常規(guī)變電站與智能變電站二次回路原理比較與分析

智能變電站已成為當(dāng)前變電站建設(shè)的一種趨勢，所以設(shè)計出正確合理的二次圖才能保證變電站的穩(wěn)定運行。其實從二次回路的原理上來講，智能變電站與常規(guī)變電站并沒有本質(zhì)的不同，無非就是傳輸方式、傳輸介質(zhì)以及通信標(biāo)準(zhǔn)不同。下面本文就以內(nèi)橋主接線方式下110kV線路為例來進(jìn)行比較與分析，看看如何借鑒常規(guī)變電站進(jìn)行智能變電站的二次設(shè)計。

2.1 電流電壓回路

常規(guī)變電站110kV線路電流互感器通常配5個繞組，其中3個為5P級的保護(hù)繞組，1個為0.5級的測量繞組，另1個為0.2S級計量繞組。保護(hù)繞組分別與線路保護(hù)、主變保護(hù)、故障錄播、備自投等裝置連接，用于提供電流模擬量信號作為保護(hù)動作的判據(jù)。測量繞組可以與測控裝置連接，提供電流模擬量信號作為線路電流的測量數(shù)據(jù)。計量繞組與線路的電能表相連，提供更為精確的電流數(shù)據(jù)用來參與有功、無功電能的合成。智能變電站110kV線路電流互感器通常配4個繞組，其中2個為5P級的保護(hù)繞組，2個為0.2S級計量繞組。那么怎樣把常規(guī)變電站5個繞組的接線原理變成智能變電站4個繞組來表達(dá)呢？由于智能變電站同一套合并單元可以同時給多種保護(hù)、測控提供同一組數(shù)字信號，即線路保護(hù)、主變第一套保護(hù)、備自投等都可以接入同一套合并單元采集保護(hù)繞組的數(shù)據(jù)，線路測控、電能表也可以接入同一套合并單元采集計量繞組的數(shù)據(jù)，所以每套合并單元只需要采集一組保護(hù)電流和一組計量電流模擬量就可以滿足接入本套合并單元的多種保護(hù)、測控裝置使用并實現(xiàn)了常規(guī)變電站5個電流互感器分別接多個裝置同樣的功能。110kV智能變電站要求主變采用雙套保護(hù)，當(dāng)主接線為內(nèi)橋接線方式時，線路間隔配置2套合并單元，第二套合并單元則用于采集第二組保護(hù)電流供主變第二套保護(hù)使用。

常規(guī)變電站110kV線路電壓回路包括線路保護(hù)裝置采110kV母線保護(hù)電壓及線路PT重合閘電壓、線路測控裝置采110kV母線測量電壓及線路PT同期電壓、線路電能表采110kV母線計量電壓、110kV備自投裝置采線路PT電壓。這些電壓回路中，接入裝置的電壓都是從110kV母線PT或110kV線路PT直接采集的電壓模擬量。智能變電站110kV線路電壓回路的原理與常規(guī)變電站相同，也需要采集上述電壓量，所以可以參照常規(guī)變電站的電壓回路原理將各段110kV母線的一組保測電壓、一組計量電壓分別接入各母線合并單元，母線合并單元采集完這些模擬量信號經(jīng)電壓并列后與各間隔的合并單元也包括線路合并單元級聯(lián)，線路合并單元再把這些電壓數(shù)字信號傳輸給與之連接的各個裝置從而完成了電壓采集任務(wù)。

2.2 斷路器控制回路

斷路器的控制是變電站中重要的二次回路之一，圖1為常規(guī)變電站110kV內(nèi)橋接線方式線路斷路器控制回路原理圖。該圖包括跳位監(jiān)視、合位監(jiān)視、分合閘保持、重合閘、防跳、手動分合、備自投分合、保護(hù)跳閘等多個功能。為了實現(xiàn)這些功能需要先了解下具體的設(shè)備配置情況。在110kV常規(guī)變電站通常線路保護(hù)裝置配置了斷路器操作箱，線路保護(hù)重合閘、保護(hù)跳閘直接由保護(hù)裝置出口回路與操作箱連接；110kV線路測控、主變保護(hù)、備自投等裝置則是通過屏蔽控制電纜從各保護(hù)、測控屏柜引入再與操作箱連接。對于智能變電站，斷路器控制回路的原理以及實現(xiàn)的功能與常規(guī)站一致，可以套用常規(guī)站的原理圖，區(qū)別在于實現(xiàn)上述功能的設(shè)備不同，傳輸命令的介質(zhì)不同。在智能變電站，斷路器操作箱是配置在各斷路器間隔的智能終端中，由智能終端來完成上述常規(guī)變電站斷路器控制回路的一系列功能。并且智能變電站不再單獨配置主變非電量保護(hù)裝置，而是由主變本體智能終端兼容該保護(hù)功能。除了主變非電量保護(hù)動作跳110kV線路斷路器是直接從主變本體智能終端通過屏蔽控制電纜接入線路智能終端外，其余的保護(hù)、測控裝置都是通過光纖以虛端子的形式與智能終端的斷路器操作箱連接。

圖1：常規(guī)變電站斷路器控制回路圖2：智能變電站線路GOOSE信息邏輯圖

3 根據(jù)常規(guī)變電站二次原理設(shè)計智能變電站信息導(dǎo)向圖

信息導(dǎo)向圖是智能變電站二次設(shè)計中必不可少的一個環(huán)節(jié)，它能完整的展示二次系統(tǒng)各部分之間的邏輯關(guān)系，使一次設(shè)備與二次設(shè)備以及二次設(shè)備之間的連接關(guān)系看起來更直觀。信息導(dǎo)向圖分為SV信息導(dǎo)向圖和GOOSE信息導(dǎo)向圖。GOOSE是面向通用對象的變電站事件[1]，是DL/T860標(biāo)準(zhǔn)中用于滿足變電站自動化系統(tǒng)快速報文需求的一種機制，它可以用于傳輸智能終端的開入、開出（跳閘、遙控、啟動失靈、聯(lián)鎖）、溫濕度模擬量、直流量等。SV指采樣測量值，是一種用于實時傳輸數(shù)字采樣信息的通信服務(wù)。通俗的說，SV信息導(dǎo)向圖表達(dá)的是二次系統(tǒng)中電流、電壓信號的流向，GOOSE信息導(dǎo)向圖表達(dá)的是二次系統(tǒng)中保護(hù)、測控等命令的流向以及一次設(shè)備狀態(tài)信息的流向。根據(jù)常規(guī)變電站的二次原理（圖1）可以很快的繪制出正確的SV信息和GOOSE信息導(dǎo)向圖（圖2）。例如，圖1中與線路斷路器合閘回路連接的有三個部分：線路保護(hù)重合閘、測控手動/遙控合閘、備自投合閘。由于保護(hù)測控為一體裝置，所以在圖2中相應(yīng)的繪制出110kV線路合并單元智能終端一體裝置→110kV線路保護(hù)測控裝置的流向，并在→處標(biāo)注線路保護(hù)重合、測控裝置控制、復(fù)歸、閉重、斷路器、刀閘位置信號等字樣以說明此處流向的邏輯定義。接著再繪制出110kV線路合并單元智能終端一體裝置→110kV線路GIS智能控制柜配線架→110kV備自投保護(hù)裝置的流向，并在→處標(biāo)注手跳閉鎖備自投、斷路器位置信號、備投合閘等字樣說明此處的邏輯定義。用同樣的方法將跳閘等回路與各個裝置的邏輯回路表達(dá)出來，這樣信息導(dǎo)向圖就完整了。

4 智能變電站二次設(shè)計的其他環(huán)節(jié)

可以看出，根據(jù)常規(guī)變電站的二次原理繪制出來的信息導(dǎo)向圖能完整清晰的把原理圖中的各種功能邏輯以文字形式表達(dá)出來，為繪制裝置背板光纜聯(lián)系圖、各屏柜光纖配線架光纜聯(lián)系圖中光纜對側(cè)的去向找到了依據(jù)。利用信息導(dǎo)向圖繪制出光纜聯(lián)系圖后，智能變電站二次回路的物理接線就算完成了，接下來還要根據(jù)二次原理圖、信息導(dǎo)向圖、光纜聯(lián)系圖以及各裝置廠家提供的虛端子將全站二次系統(tǒng)形成一份完整的Excel格式的虛端子配置表。虛端子配置表包含所有智能裝置SV、GOOSE信號開入、開出信息以及裝置相關(guān)聯(lián)虛端子的數(shù)據(jù)屬性，利用它制作的SCD文件是智能變電站調(diào)試的核心。也就是說SCD文件描述的是智能變電站二次系統(tǒng)各裝置間邏輯關(guān)系的虛回路，它和光纜聯(lián)系圖形成的物理回路相結(jié)合[2]，才使智能變電站二次系統(tǒng)的設(shè)計得以完善。

5 結(jié)束語

本文介紹了如何借鑒常規(guī)變電站二次原理圖來進(jìn)行智能變電站的二次設(shè)計，使智能變電站的二次設(shè)計不再抽象，設(shè)計思路更加清晰，回路的邏輯關(guān)系更為直觀，為智能變電站的二次設(shè)計指引了一條捷徑。