智能变电站电气二次回路可视化技术研究

智能变电站电气二次回路可视化技术研究

张健

国网日照供电公司 山东省日照市 276800

摘要:智能变电站主要是采用光纤等网络通信模式进行信息传输，不能通过设计图纸清楚分析回路构造，使得运行检修人员在维护设备时无法直观了解各IED智能设备之间的联系及各保护测控的采集动作逻辑，因此研究智能变电站通信网络，将其转化为运维人员原有的思维维护模式显得尤为重要。

关键词：智能变电站；电气；二次回路；可视化

引言

智能变电站在电网中已占有了很大的比例，设计及设备技术越来越完善，未来将逐步取代常规变电站。但是智能变电站存在部分二次设备稳定性差、故障率高、检测与调试手段不足的问题，使得变电站运行维护不便、改扩建困难，部分地区一线运行管理薄弱，现场运维人员无法全面感知站内二次设备状态。因此，加强智能变电站电气二次回路可视化技术的运用具有重要的现实意义。

1智能变电站二次设备

为了实现电气二次回路可视化，必须了解电气一次系统图，电气二次保护、测控等智能设备的配置，以及每套保护测控装置的原理，而这仍要依托传统的继电保护及电气二次设计原则。可视化显示主要展现二次设备间物理关系及设备间通信信息之间的关系，通过虚端子图建立设备输入端与输出端的联系。

与常规站电缆接线方式不同的是，智能变电站交流输入存在两种方式：一种采用电子互感器，通过光信号传输至站合并单元；另一种仍采用常规互感器电缆接入合并单元，合并单元将IEC9-2报文格式的SV数据传输至保护､测控及及PMU等设备｡电气一次设备状态信息通过智能终端硬接线采集,再经光纤GOOSE网传输至各自间隔保护测控装置,保护之间的开入､开出均通过光纤GOOSE数据传输。由于智能变电站的各种信息均通过通信方式完成，无法直观判别数据传输是否正确，因此运行检修人员只有改变原有的思维模式，才能适应新的要求。虽然智能变电站通过网络传输信息来实现采集、控制、跳闸等功能，但其保护、测控最终实现的目的与常规变电站相同。在常规变电站，运维人员均通过电气二次回路图纸进行维护检修，而智能变电站设备间均通过通信完成各种逻辑功能，运维人员无法直观认知电气二次回路原理，因此研究可视化技术十分有必要。

2智能变电站二次设备配置

本文以典型的110kV/10kV变电站为例,介绍设备可视化及虚端子图的生成方法｡典型的110kV变电站包括110kV进线线路,110kV母线,110kV侧电压互感器,110kV/10kV主变,主变110kV进线侧､10kV出线侧侧断路器,10kV侧电压互感器,10kV侧线路出线。电气二次设备大体配置如下。(1)110kV母线配备母线合并单元、母线智能终端。合并单元通过硬接线可实现两段电压并列，并列电压通过合并单元光纤引入母线ＳＶ网络。110kV智能终端负责断路器､隔离刀闸的遥控操作,采集线路一次设备遥信状态。10kV母线合并单元采集母线PT电压,10kV母线智能终端负责采集PT刀闸等状态；母线SV网通过点对点直采方式进入各间隔层合并单元。(2)110kV线路配置线路保护测控、线路合并单元，断路器配备智能终端。110kV线路合并单元硬接线接入保护电流、测量电流、线路电压等。110kV智能终端负责断路器、隔离刀闸的遥控操作，采集线路的各一次设备遥信状态。(3)主变配置主变保护、主变高低压侧合并单元、主变高低压侧测控、主变高低压侧断路器配备智能终端、主变本体测控、主变本体智能终端。主变高压侧合并单元硬接线接入高压侧保护电流、测量电流、零序及间隙电流等。主变低压侧合并单元硬接线接入低压侧保护电流、测量电流等。主变高低压侧智能终端负责各侧断路器、隔离刀闸的遥控操作，采集线路的各一次设备遥信状态。主变本体测控负责主变本体智能终端中的遥信及遥控。主变本体智能终端负责主变档位调节、档位采集、主变本体保护跳闸等功能。

对于新建的智能变电站，可用在线监控设备、故障诊断设备进行数据采集。端机可以采集、分配和过滤变电站运行过程中产生的各种数据；这样，当电网发生故障，运行数据出现异常时，端站设备就能进行数据分析、故障诊断，并将相关信息、数据归纳汇总，形成相应的报表文件。然后，故障报告被发送到各主要站点，以便员工进行分析，检测故障。利用该系统，工作人员可以充分利用故障报告快速确定故障点，制定故障处理方案，从而提高故障检修的效率。

3智能变电站电气二次回路可视化技术

智能变电站分为三层（站控层、间隔层、过程层）、两网（站控层网、过程层网）结构，站控层、间隔层采用MMS､GOOSE,过程层采用SV。MMS主要用于智能电子设备（IED）、智能控制设备之间的通信。GOOSE层可传输开关量的开入、开出（跳闸、遥控、启动失灵、联锁），及时效要求不高的模拟量（温度、直流量）等。SV主要用于实时传输电压、电流等测量值。构建可视化的重点在于二次设备自动建模、虚端子间自动连接。通过厂家一次系统配置和功能配置构建SCD,SCD文件包含了全站所有的虚拟回路信息和实际通信参数，描述了智能变电站内一次系统结构、二次IED设备数据模型和各IED之间的逻辑关系，并体现了IED及各逻辑设备LD之间的二次虚拟联接。

3.1二次回路设备状态可视化

智能变电站电气二次回路可视化运维平台通过电网层、厂用电层、设备层进行展示。在电网层，运维人员可以在屏幕上直观地观察到二次回路设备的全景视觉信息，也可以进入辅助电源层和设备层进行观察；在厂用电层，运行维护人员可以通过远程视频、智能巡检等方式在屏幕上对二次回路和设备进行监控，提高厂用电设备的运行维护效率；在设备层，操作和维护人员可以观察每个设备的实时状态数据和历史信息。

3.2虚拟端子及虚拟回路可视化

虚拟端子是对智能变电站电气二次系统端子的模拟，可映射出智能变电站电气系统的通信标识信息，由Goose虚端子和SV虚端子构成。各设备间基于虚拟端子的连接回路可通过虚拟回路来描述。智能变电站电气二次回路包含众多虚拟端子和虚回路，因此可视化可通过层次设计图形界面进行实现。智能变电站电气运维人员在查看配置管理文件时，如果需要浏览IED的虚拟终端状态，可以先浏览与终端关联的虚拟电路，然后定位终端；如果需要进一步查看虚拟终端的详细连接信息，可以将鼠标光标移动到IDE连接线上，信息将自动显示。此外，虚拟终端和虚拟电路的工况具有实时动态刷新功能，确保智能变电站的电气运维人员能够清晰直观地监控实施工况。

3.3故障逻辑及回路可视化

在确保智能变电站电气系统具有准确、快速故障定位功能的同时，还需要确保运维人员能够清晰地观察到故障信息。因此，必须设计智能变电站电气故障逻辑的可视化。在线分析软件用于对二次设备返回的大量信息进行逻辑分析和操作，实现逻辑可视化。当智能变电所电气设备发生故障时，二次设备的监控信息以画面的形式显示在屏幕上，根据继电保护系统的动作顺序，可以清晰地显示设备的各个动作逻辑。

结束语

为实现智能变电站通信网络可视化，首先进行设备建模形成物理联接，各设备通过文件虚端子进行自动连接、映射，并提取数据状态形成虚拟的电气二次回路，以便运维人员了解各设备之间连接状态、通信状态、逻辑动作状态。

参考文献：

[1]江道灼,郑欢.直流配电网研究现状与展望[J].电力系统自动化,2012,36(8):98-104.

[2]周嘉阳,李凤婷,陈伟伟,等.基于电容放电特征的柔性直流配电网线路保护方案[J].电力系统保护与控制,2019,47(8):42-48.

[3]齐琛,汪可友,李国杰,等.交直流混合主动配电网的分层分布式优化调度[J].中国电机工程学报,2017,37(7):1909-1917.

[4]陈皓勇,陈永波,王晓娟,等.基于LPWAN的泛在电力物联网[J].电力系统保护与控制,2019,47(8):1-8.