智能变站电二次设备集成方案

智能变站电二次设备集成方案

吴飞

东莞电力设计院523413

摘要：智能变电站的发展推动了二次设备向集成优化方向发展，高电压等级项目和变电站项目都可以按照智能化变电站来实施，由于已经运行的智能化变电站主要就是二次设备设置和选型不同。所以，提出了智能站二次设备集成优化整合方案。

关键词：智能变电站；二次设备；集成方案

1智能变电站二次设备优化整合的必要性

智能变电站是智能电网的重要组成部分，设备信息数字化、功能集成化、结构紧凑化是智能站的重要特征。但目前存在二次设备功能重复配置，造成投资浪费、增加运行维护工作量，因此对二次设备进行相同功能、相同设备的整合是十分必要的，可极大提高变电站运行管理水平、减少二次功能房间面积、减少运行维护工作量、降低全寿命周期成本，大大推进智能电网和智能变电站的建设。

2.过程层设备集成

过程层设备在IEC61850标准中主要指一次设备，如互感器、断路器等，由于一次设备测量数据及开关状态信息的采集需要通过数字化传输，因此，合并单元和智能终端就成为一次设备的数字化接口设备，分别承担电压、电流数据采样以及遥信和开关控制操作等功能。从间隔层设备的角度看，合并单元和智能终端分别是数据的输入和输出设备。在网络采样和网络跳闸方式（简称“网采网跳”）下，各自分别对应过程层的采样值（SV）网和通用面向对象变电站事件（GOOSE）跳闸网，也有将两者共网的模式，即SV+GOOSE共网，当采用IEEE1588网络对时并将其融入共网模式下即成为行业中所说的“三网合一”（SV，GOOSE，IEEE1588）。在“直采直跳”模式下，合并单元和智能终端仍然是数据的输入和输出设备，其区别就是取消了交换机，“网采网跳”模式下的通信链路变成了光纤连接.

随着合并单元和智能终端设备的大量应用，设备的整体性能逐渐稳定，同时还能够减少设备数量、减少屏柜数量、节省屏柜空间、减少占地面积、节约设备成本、降低全站投资。合并单元智能终端集成方案如图１所示。

3.间隔层设备集成

间隔层设备主要包含常见的保护装置、测控装置，同时也包含相量测量单元（PMU）电能质量监测设备和稳定控制设备等.

3.1保护测控集成装置

保护测控集成装置是针对110KV及以下电压等级，主要基于安全可靠的原则，同时也考虑了现有运行管理方式。从传统变电站、数字化变电站到智能变电站，保护测控集成装置已有较为成熟的应用，各网省公司也具有成熟的运行维护经验。尤其是10KV、35KV电压等级的线路间隔，由于广泛采用开关柜的方式，因此保护装置通常都安装于开关柜上，由于开关柜面板的空间有限，若保护、测控装置同时安装将变得困难，同时也增加了调试安装难度，进一步减少设备数量，在10KV和35KV线路间隔通常采用保护测控集成装置。

3.2智能组件

智能组件是智能高压设备的组成部分，由测量、控制、监测、保护、计量等全部或部分智能电子设备（IED）集合而成，通过电缆或光缆与高压设备本体连接成一个有机整体，实现或支持对高压设备本体或部件的智能控制，并对其运行可靠性、控制可靠性及负载能力进行实时评估，支持电网的优化运行，当前及今后一段时间内，限于国内一次、二次产业长期分离的现状以及二次设备融入一次设备涉及的绝缘、电磁干扰等问题，二次设备功能以智能组件的形式运行于高压一次设备本体附近将是切实可行的方案，且目前已有智能变电站工程试点应用。智能变电站变压器智能组件、智能开关组件等先后在新建或改造变电站试点运行，推动了智能组件的发展，但考虑到继电保护装置的特殊性，目前的智能组件均未包含保护功能，具体的监测功能只有简单的一部分，一次设备的状态监测仍然由独立的状态监测装置或者主IED来实现。

3.智能化变电站二次设备优化整合方案

智能变电站与常规变电站最大的区别是改造了整个变电站的架构和建设模式，标准的智能化变电站统一数据通信网络构架为二次系统优化整合提供技术支撑，可避免信息重复采样，达到信息共享，节约二次系统造价和运行成本，提高电力系统可用率和电网自动化水平。

3.1国内主流二次设备厂家保护测控计量的整合

一体化装置的保护、测控、计量均分别采用独立的插件及独立的CPU单元，除输入输出采用同一接口，共用电源插件外，其余保护插件、测控插件、计量插件、录波插件均完全独立，保护功能、原理均不改变，因此对保护的速动性、可靠性并无影响。

3.2110kV保护测控计量一体化的优化

整合智能变电站间隔层设备由保护装置、测控装置、计量、PMU等设备构成，完成对过程层设备实时运行电气量的采集，并进行处理、分析后，将信息上送至站控层；同时也将站控层的相关控制命令下发至过程层设备进行执行。

3.3合并单元智能终端一体化装置采用SV/GOOSE共网共口

合并单元和智能终端一体化装置可灵活适用于的各种组网方案，CPU可以独立对外进行直采直跳的网络连接或者组网连接（GOOSE网络或者SV网络）。当网口使用数量大于CPU本板网口数量时，可采用CC插件对网口进行扩展。当采用三网合一的组网方案时，双CPU之间通过高速总线进行通信。

3.4智能终端和合并单元的优化

整合智能变电站的过程层设备由合并单元、智能终端等构成，完成与一次设备相关的功能，包括实时运行电气量的采集、设备运行状态的监测、控制命令的执行智能终端主要完成断路器、隔离刀闸的位置和状态信号等数据采集与转发，并完成测控、保护单元经GOOSE网络下发的分、合闸命令。合并单元可以是互感器的一个组件，也可以是一个分立单元。两者均能实现点对点的传输和网络传输方式。在110kV及以下电压等级的变电站中，由于采用单套配置原则，在智能控制柜的空间安装问题还不是很突出。目前有多个厂家已生产出合格的合并单元和智能终端一体化装置。合并单元和智能终端一体化装置一般采用双CPU的实现方式，通用平台化的插件和灵活的组合，可以满足不同电压等级智能变电站的需求。合并单元和智能终端一体化装置采用功能独立的两块CPU，CPU选用实时性处理能力强大的PowerPC和FPGA。两块CPU中，一块用于智能终端的处理，一块用于合并单元的处理，功能独立的设计可以有效防止当采样环节CPU故障导致该间隔主保护退出时，跨间隔保护对该间隔的故障切除，保证智能终端的优先可靠性。

综上所述，除主变外，线路间隔采用合并单元、智能终端一体化装置从技术上是完全可行的，是符合智能变电站“节约环保、功能集成、配置优化”的建设要求。

4.二次设备优化集成后的优点

（1）二次设备优化集成整合后，大大的减少二次屏柜、电缆及施工现场工作量，现场施工仅保留少量的电缆及电源接线，施工工作量得到大量简化，工期大大缩短，可相应减少相关施工人员配置。但同时也要求施工人员具有更全面的专业知识、较高的分析能力。

（2）二次设备优化集成整合后极大降低了运行维护工作量，应加强对运行维护人员的培训工作，以适应智能变电站的运行维护工作。

（3）二次设备优化集成整合后，简化网络结构，具有较高的经济效益，同时也满足全寿命周期设计可靠性、安全性、可施工性等要求。

结束语：

近年来，智能技术取得了较快的发展，智能电网建设速度也在不断的加快，变电技术也取得了前所未有的成就。智能变电站二次设备运行的稳定性是确保变电站安全运行的基础，是电网稳定运行的重要保障，所以需要做好智能变电站二次设备的运行维护工作，确保电力企业能够为用户提供安全、高质量的电能供应综上所述，通过对二次设备功能优化整合后，达到信息共享、节约用电、节约工程造价，智能变电站二次设备优化整合实施方案。

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