智能设备组件在未来城变电站的应用周佳旭

智能设备组件在未来城变电站的应用周佳旭

周佳旭

（国网新疆电力公司检修公司新疆乌鲁木齐市830000）

摘要：未来城220ｋV新一代智能变电站是未来城配套工程，建成投运后缓解了未来城地区电源点紧张的问题。该项目是新一代智能变电站示范工程中唯一的220ｋV户内变电站。与以往建设运行智能站不同，以未来城为代表的新一代智能站采用了集成电子互感器、多合一保护测控装置等新型智能组件设备。智能组件是智能变电站设备层的核心设备，本文以未来城智能站的GIS电子式互感器和智能化开关等智能组件为例，分析智能组件信息交互模式、网络分层结构和功能架构，通过合并单元、智能终端等智能组件，实现过程层的智能化。

关键词：智能组件；未来城变电站；应用

1智能组件及关键技术

《智能变电站技术导则》对智能组件的定义是：“智能组件是服务于一次设备的测量、控制、状态监测、计量、保护等各种附属装置的集合，包括各种一次设备控制器，如变压器冷却系统汇控柜、有载调压开关控制器、断路器控制箱等就地布置的测控、状态监测、计量、保护装等。”智能组件是具有智能化功能电子设备的集合，通过网络连接至系统层，实现与站内其他设备和调度系统的信息交互。

智能组件是服务于一次设备的测量、控制、状态监测等各种附属装置的有机集合。组成智能组件的各种智能电子装置可以是独立分散的，也可以是部分功能集成。但其发展趋势是功能集成、结构一体化，即采用能提供稳态、动态和暂态数据的“三态”信息采集装置，在满足相关标准要求时还可融人保护、测控等功能，大大减少了变电站信息采集系统的数量，简化变电站设备安装、调试和维护工作量，充分体现了集约化管理思路。面向对象设计实现了一次设备信息的集中采集和业务功能的有效整合，为变电站高级应用功能提供了有力支撑。

2未来城变电站自动化系统构成

未来城变电站自动化系统在功能逻辑上由站控层、间隔层、过程层组成。三层之间用分层、分布、开放式网络实现连接。

站控层设备包括主机兼操作员站、远动通信装置、保护及故障信息子站、网络通信记录分析系统及其他智能接口设备等。通过站控层设备向站内运行人员提供人机联系界面，实现管理控制间隔层、过程层设备等功能，同时与远方调度中心通信，以适应变电站无人值班的要求。

间隔层设备包括测控装置、保护装置、故障录波装置、电能计量装置及其他智能接口设备等。由各种功能和智能组件完成全站的保护、测量、控制、计量、状态监测等功能。

过程层设备包括电子式互感器、合并单元和智能终端，完成与一次设备相关的功能，完成实时运行电气量采集、设备运行状态的监测、控制命令的执行等。

3GIS电子式互感器和合并单位的实现

未来城智能化变电站采用了GIS电子式互感器和智能化开关，并配套采用了合并单元、智能终端等智能组件，实现过程层的智能化和数字化。在智能化站中新型数字化保护装置的交流头插件被采样值光口板所代替，开入开出板卡被GOOSE光口板所代替，保护本身仅保留CPU插件完成保护算法以及键盘、液晶显示器等人机界面。间隔层的保护、测控的设备对过程层均支持光纤通信接口，数据基于统一标准建模，各IED设备间的信息共享和互操作性要大大优于常规站。接口均符合IEC1850规范要求，规约转换装置所接设备的数量较少。

智能终端将开关位置、开关本体信息（告警等）、开关控制等进行就地数字化。

合并单元（MU）实现电流电压数字化，通常分两类模式，一是通过电子式互感器通过光纤直接输出数字信号给MU；二是通过常规互感器加装就地MU的方式实现模数转换，采样值以标准规约方式传输给间隔层设备。MU是实现ECVT与二次设备接口的关键装置，具有重要作用：1）数据合并，合并单元同时接受并处理三相电流和三相电压信号，并按IEC60044-8或IEC61850-9-2格式输出；2）数据同步，合并单元实现独立采样的三相电流和三相电压信号的同步；3）信号分配，智能二次设备均从合并单元获取一次电流电压信息。

4智能化开关的实现

传统开关操作箱通过大量继电器实现断路器操作机构的跳／合闸回路监视、控制和气压闭锁等功能，存在回路复杂、调试维护工作量大等问题。一次开关设备与二次保护控制装置之间连接大量电缆，导致大量电缆成本和敷设维护费用。并且当长度超过一定程度，电缆很容易叠加大量电磁干扰信号，从而影响保护控制装置安全稳定运行。

智能终端是基于传统操作箱的原理，采用了先进的GOOSE通信技术，能够满足数字化变电站中过程层数字化需要的智能二次设备。它由主CPU、通信、输入、所具有的断路器操作功能，而且能够完成隔离刀闸、接地刀闸的分合及闭锁操作，还能够就地采集包括断路器和刀闸在内的一次设备的状态量。

智能终端随一次开关设备就地安装，只需用少量短距离的电缆与一次设备相连，而与二次的保护控制装置则通过光纤GOOSE网进行通信。它以软件逻辑取代传统操作箱中复杂的继电器回路，不受传统继电器回路中采用的大量分立元件的电压、功率和时延等参数具有离散性的影响，具有逻辑清晰、时延确定、调试维护方便等优点。它通过输出模块提供的大量输出接点完成对断路器、隔刀和地刀等一次开关设备的分合及闭锁操作，通过输入模块提供的大量的数字／模拟量输入接口就地采集断路器和刀闸等一次设备的状态量，省去了传统的一次设备与二次保护控制装置之间敷设的大量长距离的电缆，降低了二次设备受电磁干扰的可能性，增强了二次设备运行安全稳定性。

5智能终端与后台监控系统的信息交互

智能终端以GOOSE机制实现与间隔层设备的信息交互，GOOSE（通用面向对象的变电站事件），是IEC61850的特色之一，提供了网络通信条件下快速信息传输和交换的手段。当发生任何状态变化时，智能电子装置将借助变化报告，髙速传送二进制对象、通用面向对象变电站事件报告，该报告一般包含有：开关刀闸位置状态输入、跳合闸命令、保护控制装置间的配合信号等。为了保证GOOSE服务的实时性和可靠性，GOOSE报文采用与基本编码规则（BER）相关的ASN．1语法编码后，不经过TCP／IP协议，直接在以太网链路层上传输，并采用特殊的收发机制以确保重要信息的高优先级传递。

GOOSE报文发送采用心跳报文和变位报文快速重发相结合的机制。在GOOSE数据集中的数据没有变化的情况下，发送时间间隔为ｒ。的心跳报文，报文中的状态号不变，顺序号递增。当GOOSE数据集中的数据发生变化情况下，发送一帧变位报文后，以时间间隔T1、T2、T3进行变位报文快速重发。数据变位后的报文中状态号增加，顺序号从0开始。GOOSE接收可以根据GOOSE报文中的允许生存时间TATL来检测链路中断。在两倍的报文允许生存时间TATL内没有收到正确的GOOSE报文，就认为链路中断。实现链路的状态自检。

6结语

220ｋＶ未来城变电站的建成将标志着智能化变电站建设又向前迈了一步，但目前的智能化还有局限，相对于一次来看，智能化更多的体现在二次包括保护、直流、自动化监控系统上，一次设备智能化还需要进一步深入研究。智能组件是一次设备智能化的关键部件，通过采用将智能单元、在线监测装置、状态接点接入、执行控制单元及UPS系统集成到一起等集成化设计，提高智能组件功能一体化集成度，实现自适应配置和多功能融合，能够为智能电网建设和传统变电站升级改造提供可靠的技术支撑和保障。

参考文献：

[1]国网电力科学研究院，Ｑ／ＧＤＷ383－2009智能变电站技木导则[S].北京：国家电网公司，2009.

[2]刘有为，邓彦国，吴立远高压设备智能化方案及技木特征[J].电网技术，2010.