0引言

目前，智能變電站在實(shí)現(xiàn)變電站數(shù)字化和智能化兩方面都取得了明顯進(jìn)展：1)與傳統(tǒng)變電站相比，實(shí)現(xiàn)了二次回路的數(shù)字化、光纖化。節(jié)省了大量的電纜、金屬資源和敷設(shè)成本，降低了電纜二次回路的故障率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了回路的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和智能告警。2)部分變電站自動(dòng)化系統(tǒng)高級(jí)應(yīng)用功能有較大提升，并實(shí)現(xiàn)了規(guī)范化，如順序控制等高級(jí)應(yīng)用功能可大幅提高開(kāi)關(guān)、刀閘的運(yùn)行操作效率。

但是，智能變電站建設(shè)也遇到了不少問(wèn)題，存在部分二次設(shè)備穩(wěn)定性差、設(shè)備故障率高、檢測(cè)與調(diào)試手段不足、變電站運(yùn)行維護(hù)不便、改擴(kuò)建困難、部分地區(qū)一線運(yùn)行管理薄弱和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員不適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展等問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題，至今仍無(wú)有效的系統(tǒng)性解決方案。分析智能變電站上述問(wèn)題的主要原因，可歸納為3個(gè)方面：

(1)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)雜性[3]。該標(biāo)準(zhǔn)體系龐大、卷帙浩繁，對(duì)普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)內(nèi)容艱深，較難掌握。按IEC61850標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的智能變電站，全站采用一個(gè)SCD文件配置全部二次設(shè)備之間信息的交換，一處變更會(huì)影響全站。智能變電站系統(tǒng)運(yùn)行依賴全站SCD文件和裝置的CID文件，配置方法較難掌握，供調(diào)試運(yùn)維檢修人員使用的IEC61850工具也很不完善，人機(jī)接口不友好，使用不方便。

(2)電子式互感器的可靠性[4-5]。電子式互感器既存在本體器件質(zhì)量、制造安裝工藝、數(shù)據(jù)處理可靠性問(wèn)題，也存在合并單元的可靠性問(wèn)題，后者因素不容忽視，且其與就地化安裝方式、智能變電站體系架構(gòu)互相關(guān)聯(lián)。

(3)智能變電站體系架構(gòu)的復(fù)雜性。智能變電站總體是三層(站控層、間隔層、過(guò)程層)兩網(wǎng)(站控層網(wǎng)、過(guò)程層網(wǎng))結(jié)構(gòu)。監(jiān)控系統(tǒng)及其他設(shè)備采用網(wǎng)絡(luò)采樣、網(wǎng)絡(luò)跳閘。繼電保護(hù)為保證快速性、可靠性，采用直采直跳，聯(lián)閉鎖信號(hào)傳送仍通過(guò)網(wǎng)絡(luò)。最終導(dǎo)致過(guò)程層結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，設(shè)備接口數(shù)量多，設(shè)計(jì)制造難度大，運(yùn)行問(wèn)題多。

上述3個(gè)問(wèn)題實(shí)際上互相糾結(jié)，難以分別解決，迫切需要一個(gè)系統(tǒng)性的解決方案。

1設(shè)計(jì)思路

1.1技術(shù)原則

新型智能變電站二次系統(tǒng)應(yīng)繼承前兩代智能變電站建設(shè)運(yùn)行維護(hù)的寶貴經(jīng)驗(yàn)，采用經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)的關(guān)鍵技術(shù)原則。主要原則包括：

(1)堅(jiān)持采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。

(2)既支持使用電子式互感器，也支持使用常規(guī)互感器。

(3)繼電保護(hù)設(shè)備獨(dú)立、分散配置，不依賴于外部對(duì)時(shí)，并保證系統(tǒng)反應(yīng)的快速性和可靠性。

(4)二次系統(tǒng)運(yùn)維單元應(yīng)與一次系統(tǒng)間隔相匹配。目前智能變電站堅(jiān)持了二次設(shè)備按間隔配置，但沒(méi)有明確二次回路按間隔配置的原則，這是造成單個(gè)間隔一次或二次設(shè)備運(yùn)行維護(hù)和改擴(kuò)建困難并且一處變動(dòng)會(huì)影響到全站的癥結(jié)所在。實(shí)際上，智能變電站二次回路發(fā)展演變?yōu)楣饫w網(wǎng)絡(luò)及相應(yīng)的軟件、配置文件和信息流，二次回路按間隔配置的原則被實(shí)現(xiàn)方式的表象掩蓋并被忽略。為此，本文提出，智能變電站二次設(shè)備與二次回路(包括網(wǎng)絡(luò)、軟件、配置文件和信息流)都應(yīng)按間隔配置，不能再擴(kuò)大，以保證二次系統(tǒng)運(yùn)維單元與一次系統(tǒng)間隔相匹配。這一原則是下一代智能變電站能夠取得成功的關(guān)鍵。

1.2技術(shù)路線

新型智能變電站總體技術(shù)路線是在現(xiàn)有智能變電站技術(shù)方案基礎(chǔ)上進(jìn)行的簡(jiǎn)化和調(diào)整，以形成清晰簡(jiǎn)潔的體系結(jié)構(gòu)，從而提高智能變電站的運(yùn)維方便性和運(yùn)行可靠性，達(dá)到可大規(guī)模、高效建設(shè)智能變電站的目的，同時(shí)方便改造已建智能變電站。

(1)簡(jiǎn)化IEC61850標(biāo)準(zhǔn)在智能變電站的應(yīng)用;或制定適用于中國(guó)現(xiàn)狀的部分分項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)、條款，或提出中國(guó)方案。

(2)將調(diào)試運(yùn)行維護(hù)軟硬件工具作用提升到戰(zhàn)略高度，重點(diǎn)提升用戶體驗(yàn)。開(kāi)發(fā)以功能為導(dǎo)向的配置和調(diào)試工具，使IEC61850標(biāo)準(zhǔn)對(duì)用戶透明。

(3)研究提出可同時(shí)滿足保護(hù)、測(cè)控等多專業(yè)核心要求，且清晰、簡(jiǎn)潔的體系架構(gòu)，可考慮取消過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)和交換機(jī)。

(4)二次回路(包括網(wǎng)絡(luò)、軟件、配置文件和信息流)按間隔配置。將全站SCD文件按間隔解耦，將裝置CID文件按過(guò)程層、間隔層、站控層解耦，分別形成獨(dú)立的小配置文件(或部分不再使用配置文件)，小配置文件修改互不干擾，并便于修改后局部傳動(dòng)驗(yàn)證。

(5)取消或簡(jiǎn)化電子式互感器的合并單元，提升互感器運(yùn)行可靠性。

(6)保持繼電保護(hù)裝置就地化安裝方式的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)避免就地化安裝方式可能帶來(lái)的運(yùn)維不便等缺點(diǎn)。

(7)提高變電站二次系統(tǒng)集成聯(lián)調(diào)效率。

2基于數(shù)字二次回路裝置的智能變電站過(guò)程層改進(jìn)方案

智能變電站二次回路發(fā)展演變?yōu)楣饫w網(wǎng)絡(luò)及相應(yīng)的軟件、配置文件和信息流，但仍應(yīng)按間隔配置，以保證二次系統(tǒng)運(yùn)維單元與一次系統(tǒng)間隔相匹配。為此設(shè)計(jì)了一種新型的數(shù)字二次回路裝置，該裝置按間隔配置，無(wú)需配置文件，只要簡(jiǎn)單整定甚至無(wú)需整定。

下文將分別介紹單/雙母線接線的線路間隔、母線間隔和全站二次系統(tǒng)總體架構(gòu)。然后以TV間隔、母聯(lián)(分段)間隔、主變間隔為例介紹方案。

2.1單/雙母線接線的線路間隔方案

每個(gè)間隔配置一臺(tái)數(shù)字二次回路裝置，該裝置完成本間隔內(nèi)所有二次回路連接功能，對(duì)下連接本間隔開(kāi)關(guān)場(chǎng)電流互感器、電壓互感器、斷路器智能終端、TV間隔電壓輸入，對(duì)上連接本間隔保護(hù)、測(cè)控等裝置，并連接母線保護(hù)裝置，如圖1所示。

數(shù)字二次回路裝置具備多種類型通信接口，可靈活接入多種裝置的接口。傳輸采樣值時(shí)，對(duì)每一相電流、電壓都附帶采樣延時(shí)。采樣延時(shí)可測(cè)可知并有可能保持固定。該裝置可完成類似常規(guī)變電站中TA串聯(lián)、TV并聯(lián)、繼電器接點(diǎn)接續(xù)(含跳合閘命令、聯(lián)閉鎖信號(hào)、位置狀態(tài))等功能。母線保護(hù)所需的電流、電壓、位置信號(hào)及跳閘命令皆由此裝置傳遞。母線保護(hù)與線路保護(hù)之間啟動(dòng)、閉鎖信號(hào)也由該裝置傳送。

過(guò)程層取消電子式互感器合并單元，互感器采樣模塊(遠(yuǎn)端模塊)直接連接數(shù)字二次回路裝置。采用傳統(tǒng)互感器時(shí)，TA采樣模塊與TV采樣模塊分開(kāi)配置。智能終端采用現(xiàn)有設(shè)計(jì)和配置方案，基本保持不變。智能終端通信接口與數(shù)字二次回路裝置連接。

2.2母線間隔方案

母線間隔二次設(shè)備配置及連接與線路間隔有所不同。母線保護(hù)所需的各電氣量、開(kāi)關(guān)量及對(duì)各連接元件的跳閘命令，通過(guò)各個(gè)連接元件間隔的數(shù)字二次回路裝置傳輸，方案如圖2所示。

為進(jìn)一步提高母線保護(hù)的可靠性，也可以為母線保護(hù)設(shè)單獨(dú)的數(shù)字二次回路裝置。配置與接線和圖2類似，不再展開(kāi)敘述。

2.3TV間隔方案

TV間隔數(shù)字二次回路裝置采集各母線電壓互感器就地采樣模塊送來(lái)的電壓采樣值和TV刀閘位置信號(hào)，并完成TV電壓并列功能。TV間隔數(shù)字二次回路裝置具有較多的輸出接口，將電壓信號(hào)送給各線路間隔等的數(shù)字二次回路裝置。該裝置功能與現(xiàn)有母線TV合并單元類似，如圖3所示。

備注：各線路間隔的電壓切換功能由保護(hù)裝置完成。數(shù)字二次回路裝置只做報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)，不做邏輯功能。

2.4母聯(lián)(分段)間隔方案

母聯(lián)(分段)間隔二次設(shè)備配置及連接與線路間隔較為相似，如圖4所示，不再詳述。

2.5主變間隔方案

主變間隔二次設(shè)備配置與連接原則與線路間隔相同，主變各側(cè)分別配置1臺(tái)數(shù)字二次回路裝置，方案如圖5所示。

2.6智能變電站二次系統(tǒng)總體架構(gòu)

按照上述設(shè)計(jì)思路，智能變電站體系結(jié)構(gòu)中不再有過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)和交換機(jī)，各間隔二次設(shè)備及二次回路分別自治。站控層設(shè)備和站控層網(wǎng)絡(luò)基本保持不變。變電站對(duì)時(shí)系統(tǒng)與現(xiàn)有方案相同，各互感器就地采樣模塊接入對(duì)時(shí)信號(hào)，采樣值帶采樣標(biāo)號(hào)(時(shí)標(biāo))，供測(cè)控、計(jì)量等二次設(shè)備做測(cè)量值計(jì)算時(shí)同步數(shù)據(jù)使用，而保護(hù)裝置功能實(shí)現(xiàn)不依賴此對(duì)時(shí)系統(tǒng)。典型的基于數(shù)字二次回路裝置的220kV變電站二次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6所示。

由于取消了過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)和交換機(jī)，數(shù)字二次回路裝置也不需要IEC61850配置文件，全站SCD文件大為簡(jiǎn)化，基本上僅包含站控層設(shè)備的信息和間隔層設(shè)備與站控層相關(guān)的信息，極大減少了二次系統(tǒng)集成聯(lián)調(diào)的工作量。