凤城培训基地继保自动化培训系统设计

凤城培训基地继保自动化培训系统设计

叶伟

广东电网有限责任公司清远供电局 广东 清远 511500

摘要：继保自动化是一个理论性和实践性都很强的专业，知识面广、综合性强、技术更新快 ,其特性决定了继保自动化人员必须要有较强的技能水平。当下设计开发一套与新型电网实际结构以及智能运维特征相契合的培训系统，加强继保自动化人员的技术培训，改善继保自动化设备的运维护水平，显得尤为重要。本文结合清远供电局凤城培训基地建设项目，介绍继保自动化培训系统的设计。

关键词：变电站；培训系统；自动化

引言

伴随电网技术的迅速发展和设备制造水平的不断提升，电网运行出现事故和异常的几率大大减少。运维人员实际参与处理事故的机会不多，很难在实际运行过程中快速积累事故判断和处理的经验，更无法利用运行设备进行训练。现在除了少量现场验收、停电试验及缺陷处理工作外，变电继保自动化维护人员实际参与现场培训的时间非常有限，人员技能难以提升。因此，开发一套继保自动化仿真培训系统，加快继保自动化人员技术水平的提升，成为当前亟待解决的问题。

一、继保自动化培训系统总体设计

1.一次设备规模

整个仿真培训系统分为4个培训场所：1）220kV配电装置（GIS），其中包括2个母线PT间隔、1个母联间隔、1个主变变高间隔及1个220kV线路间隔共5个间隔；2）110kV配电装置（常规设备），其中包含1个母线PT间隔、1个变中间隔、1个110kV线路间隔共3个间隔；3）主变场地，1台主变压器；4）综合培训楼，设置独立的通信室、直流配电室以及继保自动化培训室。

2.继保自动化培训系统的总体设计

整个继保自动化培训系统的设计，从未来变电站技术发展的趋势和现存大量基础设施需要维护的现状两个出发点进行考虑。把整个培训系统按技术类型分成两个主体部分：一部分的设备按照大量现存典型变电站的常规站技术进行设计安装，另外一部分设备按照最新《南方电网智能变电站典型设计V2.1》规范的智能站模式进行设计建设。主要功能设计满足运行、继保、通信、自动化、网络安全等多专业的人员，进行保护装置功能调试、定值修改、装置故障排查、调度自动化联调、监控系统、远动设备、二次安防设备、系统故障排查、事故分析等典型项目的培训和考核。

二、继保自动化培训系统结构模型设计

1.仿真培训系统结构

由于采用了常规站+智能站的设计，所以整个系统的结构也分为智能站系统和常规站系统两个部分。整个培训系统采用分层分布式网络结构，分别为：站控层、间隔层、过程层。站控层负责实现站控层设备之间以及间隔层之间的通信，传输MMS报文和GOOSE报文。间隔层主要作用于一次设备的控制，负责采集本层实时信息的数据，发出控制的命令，进行同期判断等作用。间隔层装置是按变电站内电气间隔配置，实现对相应电气间隔的测量、监视、控制、保护等功能。过程层网络为智能站特有的。其主要包括智能终端和合并单元，负责完成断路器、隔离开关等一次设备的信号采集、处理和控制，以及互感器采样信息的采集和处理。

在功能结构上整个培训系统上可分为：直流系统、交流不间断系统、监控后台、智能远动机、保护装置、测控装置、模拟断路器、智能录波、安防系统和时间同步系统等。为了满足继保自动化技能竞赛对设备多样化的需求，还特意将继电保护设备和自动化设备设计成采用多家主流厂家的不同产品的形式。让培训人员对各种主流厂家的典型设备都能进行操作和熟悉，培训的内容可以更加丰富和全面。

2.仿真培训系统常规站部分的设计

常规站培训系统采用61850规约系统，采用分层、分布式网络结构，以间隔为单位，按对象进行设计。常规站培训系统由站控层、间隔层组成，站控层网络采用双星型冗余网络结构。站控层主要设备包括主机/操作员工作站、智能远动机等常规站培训系统的间隔层主要设备包括各种自动化装置、保护装置、安全自动装置等。常规站培训系统的测控装置通过电缆采集培训基地常规站设备硬接点信息。见下图1

图1常规站部分网络示意图

3.培训系统智能站部分的设计

智能站培训系统采用三层三网架构，三层指站控层、过程层、间隔层，三网指站控层MMS网、保信C1网、过程层GOOSE网。1）站控层网络采用双星型冗余网络结构。站控层主要设备包括主机/操作员工作站、智能远动机等。2）间隔层设备通过站控层网络与站控层设备通信，通信介质为以太网。间隔层主要设备包括各种自动化装置、保护装置、安全自动装置等。3）过程层网络采用双网冗余配置，划分了过程层A1、A2网和过程层B1、B2网4个网络。过程层设备通过过程层网络与间隔层设备通信，通信介质为光纤。过程层网络每套保护、测控冗余配置双网。4）保信C1网采集保护装置信息，通信介质为以太网。详见图2

图2 智能站部分网络示意图

三、继保自动化培训系统的实现

1.继电保护系统的实现

220kV主接线采用双母线接线方式。按双重化配置两套智能化220kV线路保护装置（智能站）。220kV线路主一保护双光纤纵联差动保护。主二保护采用集成分相接点方式纵联距离保护功能的光纤电流差动保护，两套保护均采用光缆跳闸方式。另外按双重化配置两套常规站变电站220kV线路保护装置（常规站），采用电缆跳闸。常规站设计的220kV线路保护不接入220kV线路一次设备，可做单机调试，亦可连接断路器模拟装置调试保护装置的功能，保护装置接入常规变电站自动化系统。

设计配置2套220kV母线及失灵保护，采用光缆跳闸，每套母线保护含母线差动保护、失灵保护及母联分段保护功能。配置两套主、后一体化变压器电气量保护和一套本体非电量保护。两套主变保护均采用光纤跳闸的形式。非电量保护与本体智能终端采用一体化装置，非电量保护采用就地直接电缆跳闸。主变变高、变中、变低与之各配套两台智能终端，变高、变中及其智能终端接入一次设备，可实现断路器跳合闸；变低智能终端不接入一次设备，可连接断路器模拟装置调试保护装置的功能，主变保护装置及与其配套的智能终端接入智能站自动化系统。

110kV主接线采用单母线接线方式。配置2套110kV线路光纤电流差动保护装置，采用电缆跳闸。其中一套保护接入110kV线路一次设备；另外一套保护不接一次设备，可做单机调试，亦可连接断路器模拟装置调试保护装置的功能。2台110kV保护装置接入常规变电站自动化系统。

配置一面断路器模拟屏，包含3台断路器模拟装置，用于模拟1回220kV、1回110kV线路、1回变低进线间隔的断路器操作。

2.变电站自动化系统的实现

配置2套变电站自动化综合系统，其中一套为智能化变电站自动化系统，另外一套为常规变电站自动化系统。配置主机/操作员工作站两套，布置在主控室工作台。智能远动机集成远动、在线监测、保信子站等业务的远传功能，负责与各级主站之间的通讯和协调。智能远动机按双重化配置，双机采用互为热备用工作方式。

按双平面配置2套变电站二次系统安全防护设备，两套综自系统共用二次系统系统安全防护设备，每套二次安防系统按照以下规模进行配置。

（1）互联设备

在控制区和非控制区各配置一台互联交换机，用于各自区内有纵、横向数据通信的业务系统的汇集接入、接入系统之间的访问控制、安全区的横向及纵向互联。

（2）横向隔离

配置一台横向互联硬件防火墙，部署在控制区与非控制区的网络边界上，用于控制区与非控制区网络的逻辑隔离，实现对控制区有关业务与其它区域相关业务系统的横向数据通信的访问控制。

（3）纵向认证

配置一台纵向加密认证网关，部署在控制区与调度数据网实时VPN之间，用于本地控制区与远端控制区相关业务系统或业务模块之间网络数据通信的身份认证、访问控制和传输数据的加密与解密，保障系统链接的合法性和数据传输的机密性及完整性。

四、继保自动化培训系统的应用

本套继保自动化仿真培训系统为继保自动化人员提供了一个非常好的技能培训环境。培训系统可以充分模拟实际变电站保护装置、自动化系统、二次回路的运行环境，完成继保自动化设备的整体调试、故障模拟、实操测试等项目。既可以用于继保自动化专业人员日常维护和岗位胜任能力评价等培训类任务，也可以承接技能比武和职业技能鉴定等竞赛类的任务。还可以人为设定组合任务，提供多样化的培训方案。

五、结束语

凤城培训基地的落成标志着清远供电局技能人才教育培训迈上新台阶。建设继保自动化仿真培训系统，主要是为了推动员工开展继保自动化技术技能创新、解决生产现场实际问题、培育一批高技能的技术人才。本文介绍了凤城培训基地继保自动化仿真培训系统的结构以及功能设计，简要说明了整套系统的实现。这套仿真培训系统可以为培训人员营造出一个逼真的工作环境，模拟出变电站在运行过程中可能会出现的各种异常和事故。使得我们的人员能够在安全可控的模拟环境下进行实操培训和事故演习。可以让培训工作能够从不同层面以及不同的角度出发，更好的提升继保自动化从业人员的技能水平，是属于值得尝试以及推广的一种做法。

参考文献：

[1] 吴罡明,王志军. 220kV变电站主设备继保自动化培训仿真系统的开发与设计[J]. 电子测试,2016(22):7-8.

[2] 刘一格,吴海宏,段先锋. 特高压变电站设备构造仿真培训系统设计与应用[J]. 电工技术,2021(8):88-90.

[3] 何志鹏,郑永康,李迅波,等. 智能变电站二次设备仿真培训系统可视化研究[J]. 电力系统保护与控制,2016,44(6):111-116.

[4] 雷鸣,刘军,王国平,等. 沉浸式变电站设备监控培训仿真系统关键技术研究[J]. 电工技术,2019(15):63-65.

[5] 张炳达,吴鹏. 智能变电站培训仿真系统过程层设备研究[J]. 电源技术,2013,37(6):1025-1027.