智能變電站自動化系統結構及工程調試

徐偉

廣州南方電力技術工程有限公司 廣東 廣州 510100

引言

智能變電站在智能電網中占據重要位置，屬于支撐節點，穩定的自動化系統是智能變電站乃至電網安全穩定運行的重要保障。隨著新建的智能變電站越來越多，對智能變電站自動化系統結構進行深入剖析，并在此基礎上討論分析其工程調試問題，對于繼保調試工作顯得十分必要。

1 智能變電站概述

與常規站相比，智能變電站采用光纖代替二次回路中的電纜，降低了物料消耗、施工工程量，節約了工程投資費用。一次設備智能電子設備將設備運行信息就地數字化，然后通過網絡傳輸信息，同時通過網絡接收操作指令。一次設備智能化、信息共享標準化、全站信息數字化等是智能變電站的重要特征[1]。

2 自動化系統結構分析

依據標準IEC 61850，智能變電站選用“三層+兩網”的結構模式，其中的“三層”包括站控層、間隔層、過程層，“兩網”包括站控層和過程層網絡即[2]。

標準IEC 61850，具有使用面向對象的建模技術、分層分布的結構、抽象的通信服務接口和映射技術等特點，這些技術特點很好地解決了智能站自動化設備的互操作性和協議轉換問題，使各廠家的自動化設備能夠無縫連接，使系統便于集成，大幅降低了建設費用。

2.1 站控層

站控層主要設備有操作員站、監控主機、服務器、通信網關等。站控層通過通信網絡與間隔層進行信息交互，以完成對一次設備和間隔層設備的本地監控。此外，它還與遠動設備交換信息，以完成變電站的遠程監控。站控層具有校驗數據、檢測故障以及自行恢復故障等功能。

2.2 間隔層

間隔層包括控制、保護以及監視裝置等，比如保護裝置、測控裝置、故障錄波裝置等。實現收集一次設備位置狀態信息、控制一次設備分合、上送相關信息至站控層并接受其指令等功能。

2.3 過程層

過程層主要包括合并單元、智能組件等設備，反映了一次電氣設備智能化程度，過程層將交、直流模擬量本地轉換為數字量，再通過過程層網絡上送間隔層和站控層。

3 自動化系統的功能和特點

采用61850標準的分層分布結構，依托先進的高速以太網通信技術，智能變電站自動化系統主要可實現本地后臺監控、遠方集控/調度監控、繼電保護、在線監測、故障信息分析決策、遠動通信等功能。

3.1 設備狀態可視化

可實現對全站一、二次設備的實時監視，包括開關、刀閘等一次設備的位置、動作信息以及保護裝置的動作信息等，可記錄變電站事件，顯示、查詢報警狀態。

3.2 可視化網絡安全監視功能

通信網絡是智能變電站自動化系統的命脈，可實現對網絡設備的運行狀態、異常信息進行實時、可靠、直觀的監控。

3.3 故障信息綜合分析

建立故障診斷和分析模型，通過收集故障、告警以及保護動作時的故障波形、保護事件、順序記錄以及相量測量等相關信息，估計故障類別、位置等，提出故障恢復方式方法。

3.4 經濟運行和優化控制

通過主變有載調壓開關擋位調節和電抗器、電容器組的投切，可以調節電壓和無功。智能變電站利用的經濟運行和優化控制技術，綜合運用主變負荷調節、VQC電壓無功控制裝置投切以及備自投投切的方式，選擇最優控制策略，達到經濟運行，降低損耗的目的。

4 工程調試分析

4.1 工程概況

廣州某新建變電站按智能站設計，于2021年1月投產，該站自動化系統主要包含站控層、間隔層、過程層三部分，該站依據標準DL/T 860（即對應IEC 61850標準）組網，具體結構如圖1所示。

4.2 操作員/工程師站

操作員/工程師站是變電站內監控和維護的人機界面，實現對全站所有設備的本地監控和控制，逐項驗證測試其功能，如歷史事件記錄、歷史告警信息、設備狀態查看，遙控操作，報警點的退出/恢復等[3]。

4.3 測控裝置檢驗

測控裝置定值依照給定的定值單執行，通過監控后臺進行“四遙”試驗。遙信試驗，測試遙信光字牌動作值和遙信信號的對應性。遙測試驗，采用虛負荷法，對電流、電壓、功率、頻率、溫度的精度及對應性進行校驗。遙控試驗，通過操作員站進行遙控操作，對隔離開關、接地刀閘、斷路器等進行傳動試驗；軟壓板投退試驗，遠方信號復歸試驗等。遙調試驗，對主變有載開關分接頭進行升降擋位試驗。

4.4 遠動通信檢查

遠動規約符合標準和技術協議，滿足現場設備接入要求。備機切換為主機、雙機切換、備機切換為主機以及雙機運行不出現搶主機現象，不丟失報文；單機運行時，通信路由正常，雙網故障后，運行主遠動裝置應能在30min內自動切換。通信主站雙通道切換功能檢查，主通道故障，可以自動切換到備用通道，通道切換時間≤30S，切換前和切換中發生的遙信變化上送調度不多發、不漏發。

與集控主站進行“四遙試驗”，遙信傳輸試驗，和集控主站進行遙信值測試。遙測傳輸檢查，和集控主站進行遙測值測試。遙控功能檢查，由集控主站下發遙控令，對現場的斷路器、軟壓板等進行遙控試驗。由集控主站下發指令，對主變有載開關分接頭進行檔位遙調。

4.5 交換機系統調試

目前智能變電站內的網絡通信設備主要是以太網交換機，按智能站“三層兩網”，包含站控層網絡交換機和過程層網絡交換機，間隔內及跨間隔的信息通過網絡交換機進行傳輸。

光纖通道測試，應當按一用一備配置光纖，當光纖發生損壞時，可以及時使用備用光纖，而不會對正常運行產生明顯影響。進行通光試驗，確保光纖通道暢通；通過光衰損耗儀對光纖進行光衰耗測試，光衰應不大于3dB。應對光纖彎曲程度進行重點關注，如果光纖彎曲的程度較大則要檢測內部纖芯是否出現斷裂。主光纖、備用光纖均應保持密封工作良好運行，并且光纖盒、光纖頭應密封良好。

對交換機裝置的指示燈和告警信號進行測試。通過網絡測試儀，對網絡交換機進行吞吐量試驗、丟包率試驗，丟包率為0；就網絡流量進行試驗，在不相同的網絡負載時，監控后臺應保持運行正常；就網路傳輸延時進行試驗，存儲轉發延時＜10μs，先進先出延時＜200μs；驗證網絡風暴抑制功能以及相應的抑制策略；MAC地址緩存量試驗，≥8K，組播組學習能力≥512B。

4.6 時間同步系統調試

智能變電站一般選用主、備式時間同步系統，主、備式時間同步系統一般由兩臺主時鐘、信號傳輸介質、多臺從時鐘組成，被授時設備通過時間同步系統進行系統對時。授時順序為從時鐘通過主時鐘授時，然后從時鐘給被授時設備系統對時。對時方式主要包含有SNTP（簡單網絡時間協議）對時、直流IRIG-B碼對時等[4]。

同步時鐘調試，首先，對裝置進行調試，確保對時裝置對時精度滿足各系統設備要求。其次檢查對時裝置告警等信息，與裝置面板和監控后臺一致。對時鏈路檢查，對智能遠動通信設備、站控層設備、保護和測控裝置、智能錄波裝置、智能終端等需要對時的裝置逐一檢查，確保對時鏈路通達。

5 結束語

自動化系統是智能變電站的大腦和神經，一個安全可靠的自動化系統，是智能變電站穩定運行的重要保障。經過設計、安裝、調試等過程，驗證自動化系統功能達到設計預期，才能正式投運。有了合理的結構設計和完善細致的工程調試，才能確保智能變電站自動化系統安全可靠，為智能變電站的穩定運行，甚至電力的穩定供應提供堅強的保障后盾。