智能變電站虛擬二次回路監視方案設計及應用

姜伶俐

（國網南通供電公司，江蘇 南通 226001）

0 引 言

目前，社會經濟發展不斷加快，我國對于能源產業的發展提出了新的要求，同時科學技術發展也已經逐步融入到人們的日常生活中。隨著技術的不斷深入改革，智能化變電站也開始在我國電網建設中顯現出非常重要的作用，現在所應用的智能變電站也實現了全面的信息化，同時信息平臺網絡建設以及信息共享也在不斷推廣。智能變電站的智能設備已經可以完善地進行信息的采集、監測、處理以及整體控制等基本功能，變電站的發展方向也在不斷向自動控制傾斜，進行線上的問題信息處理[1-3]。

近幾年，計算機技術和網絡通信技術發展非常迅速，自動化變電站也對相應通信網絡系統的發展有了相應的標準和要求。目前，智能電網的發展已經受到了歐美等西方發達國家的重視，成為了重要的發展戰略，我國也正在大力研究智能電網建設的相關技術。智能變電站的建設作為電網建設的關鍵節點，也成為了目前非常重要的工程。對于智能變電站的數據采集、數據分析、數據處理以及事故問題預處理等功能的研究也是越來越深入，如何通過智能變電站對廣域電網提供命令指令也是目前研究中比較關鍵的話題。

1 當前智能變電站技術研究的現狀

目前，西方發達國家在智能變電站的建設已經處于非常先進的水平。例如，西門子等高端公司一直在研發一系列的智能化變電站設備，而且使用的技術也已經非常成熟，還有一些專門的技術研究人員進行專門的設計，并取得了非常先進的研究成果。但是在這些研究成果當中還是存在一定的問題。ABB公司及其他公司已經將智能斷路器和互感器進行了集成制作，尤其是針對線路的簡易性保護和對線路的檢測，而且對于間隔層設備的交互測試中已經實現了對復雜工作的簡化實施。

我國智能電網建設研究的開展相對于西方國家較晚，電網公司出臺了相應的政策和標準，來推動與規范智能變電站的實際發展。而且我國也在積極地吸收西方發達國家在智能電網建設所應用到的先進技術，通過不斷對技術進行更新，也研制出了獨立的智能變電站標準集成系統。這種集成系統也在向著智能變電站硬件集成與功能集成的方向發展，在信息交互和功能控制幾方面也在不斷研究。而在IEC61850的功能上，將智能變電站進行分層，分為變電層、間隔層以及過程層，主要是通過網絡系統將3個層級進行連接。

我國的智能變電站雖然發展起步比較晚，但是目前的發展速度是非常快的。而且我國不斷借鑒西方發達國家在智能變電站方面的研究成果，我國的智能變電站的智能化已經成為目前發展的重要方向。最近幾年我國也在全國范圍建立了多座智能變電站。雖然目前已經取得一定的成果，但是我國還在加大力度研究智能變電站的相關技術，為我國智能電網的發展奠定基礎[4-8]。

當前智能變電站二次回路如果出現問題，主要的解決辦法就是定期、定時讓維修人員進行檢修。這種方法并不能滿足更高層次智能化的需求，而且定期檢修并不能考慮到設備的實時運行狀態，也不能對全部的線路問題進行全面檢修。與此同時，這種的監測和維修方式需要大量的人力物力以及較長的處理時間，甚至會增加出現連帶故障的風險，造成生產事故。智能變電站雖然會在設備發生故障時產生對應的警告信息，但是大量的錯誤數據需要工作人員進行分析，很難快速定位故障位置，只能通過經驗進行故障排查，工作量非常大，而且對于施工維修人員有非常高的要求。

2 二次回路監視方案系統

智能變電站的二次回路監視系統是根據線路反饋的錯誤數據，通過網絡對于數據報文進行分析，再通過分析的數據進行檢測，完成問題點的定位和反饋，主要的系統如圖1所示。

圖1 二次回路監視系統方案

整個的監視系統包括3個層級，也就是智能變電站的過程層、間隔層以及控制層。數據管理單元是二次回路監測的主要構成部分，其中還有保護設備和智能終端的數據采集單元等，所獲得的數據都是來自于過程網層。保護設備和數據采集單元也直接連接著CT獲取模擬量數據，而智能終端則直接連接著跳閘信號。數據管理單元通過獲取A、B兩網的數據報文，可以收集分析整個站點的數據，得到全站的運行狀態，如果發生問題就會傳出相應的信號，快速定位故障點，然后再傳送出故障問題的相應參數，從而快速確定故障類型并解決故障，恢復生產。

3 二次回路監測的數據采集

二次回路監測中故障點的定位系統所需要的數據主要是由數據管理單元來進行獲取與處理。數據單元從智能變電站的控制層和過程層的網絡中獲取，然后通過邏輯分析形成針對性的故障排查。這些都是數據管理單元將龐大且冗雜的數據進行整合分析，通過不斷篩選與過濾最終得出相應的結果[9]。

實現二次回路的監控系統需要采集設備自身所具備的運行保護狀態信息、警告信息、保護動作信息以及線路狀態信息的輸出情況。也就是要在保護運行狀態的基礎上采集和分析自身的硬件、壓板、開關、溫度、光口光強以及電源電壓等的數值。在警告信息狀態上包括異常值的采集和異常警告信息的分析，然后通過自我保護的動作信號進行保護動作的指令輸出。進行整條線路上的運行狀態收集，包括各個設備接收報文的狀態以及報文格式是否異常的信息。

上述的信息都是站點控制層的MMS數據和過程層的SV/GOOSE數據。MMS數據可以通過數據管理單元直接在站點控制層上面獲取，或者可以通過選擇周期性的發送方式從保護設備發出的MMS報文處獲取數據。過程層具有大量的數據信息，而且這種SV/GOOSE信息可以直接應用在二次回路監控系統中，所用的數據比較少。因此數據采集單元在監控過程層的過程中要實時記錄和保存過程層相應的SV和GOOSE報文。

4 二次回路監控可視化的需要

目前，現有的智能變電站都在使用IED設備進行標準建模。智能變電站全部的信息集成系統都建立在SCD配置文件中，其中的二次回路信息包括SV、GOOSE以及DO的內部地址、物理端口描述等。為了實現這種二次回路監控系統的可視化，也需要將這些信息顯示在過程層。從過程層網絡端口進行信息和物理光纖的信息連接，然后將建模圖顯示在軟件顯示器上，借助二次回路的可視化設備，精準確定故障位置，從而可以更快地分析出現問題的原因[10]。

二次回路監控系統的可視化主要包括兩部分，一部分是通過圖形進行建模IED與二次回路中虛端子和物理光纖的連接。在IED的圖形建模中，壓板、開關量、采集量、各設備運行狀態燈等信息以圖形的元素在軟件界面中模擬顯示出來，通過不同設備的裝置運行狀態欄還可以監控到設備所處的實際運行狀態和運行參數，以進一步規避風險，如果出現異常可以及時在問題發生前對設備進行維護和維修[11]。

虛端子和物理光纖連接的建模中，根據SCD過程層的數據和變電站光纖連接的狀態進行表達，通過顯現設備虛端子之間的物理連接，得到變電站的光纖連接情況，而且還可以清楚地看出光纖的連接狀態。同時可以顯示光纖的數據傳輸，也就是傳輸報文的接收情況。另外在接口處也設有相應的標志，工作人員可以通過圖文分析數據的接收和發出狀態。二次回路的第二部分指的是二次回路的界面動態單元與控制層的MMS信號相連接，通過獲取MMS報文來反饋相應的工作狀態。通過不斷的動態變化，讓工作人員可以清楚地觀測出二次回路的具體運行狀態。而且當設備出現問題，觸發自我保護機制時，可以及時從動態圖標上表現出來。將大量的報錯數據和報錯問題轉化成為簡單的問題信號進行輸出，然后工作人員就可以根據操作界面快速定位問題點，進行問題故障點的維修處理。操作流程框架如圖2所示。

圖2 二次回路可視化流程

5 結 論

近年來，各個企業都在接受數字信息化轉型，以應對當下的社會經濟發展勁頭。因此，國家電網產業也要順應潮流，學習西方的先進技術，并在引進技術的同時注重自我分析。通過智能變電站信息化和全自動化方向的研究，為我國建立更加完善的電網系統做出更大的貢獻。與此同時，還可以優化電網工作人員的工作流程，通過設計智能變電站虛擬二次回路監視方案，使工作人員檢測和維修更易操作，節約時間和金錢上的成本。而且通過可視化的顯示可以將信息符號和顯示的狀態相連接，這樣更能提高工作效率。此外還可以通過分析錯誤點，對一些問題常發生的點進行專門的檢測和維修，以避免出現更大的問題，對規避事故風險也是有著重要意義。