浅议智能变电站二次系统结构设计

仇 丽

（盐城供电公司，江苏 盐城224002）

1 智能变电站的含义

智能变电站是智能电网建设的重要节点之一，是在数字化变电站基础上发展形成的新一代变电站。随着经济与科技的发展，风电、光伏等新能源电力的应用越来越多，这对传统的电力系统设备提出了巨大的挑战。在这种背景下，电力系统的安全性和可靠性必须提高，作为连接用户和发电站之间的变电站的结构设计也必须进一步优化。计算机技术以及通信技术的飞速发展，为解决电力系统和变电站所面临的问题提供了新的解决方法——智能变电站，它能将智能化一次设备和网络化二次设备进一步融合起来。依靠先进、安全、集成和低碳环保的智能化设施，智能变电站能够自动地完成信息的收集、分析、控制以及管理等工作，能够使得全站的信息数字化并且信息能够及时全面地得以共享，与此同时，智能变电站还具有通过及时分析数据为电网作决策提供信息支持以及自动控制的功能。依靠智能变电站，电网的工作不仅更加低碳环保，效率更高，而且能够消除很多的安全隐患。智能变电站能够为电网采集全面且及时的数据，通过对数据进行监测、控制和分析，为电网做出正确决策提供可靠的信息支持，同时它也是电网执行命令的部分，因此对智能变电站的结构设计进行优化具有重大的意义。

2 智能变电站二次系统配置方案

智能变电站以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，在智能变电站的发展中，随着装备制造技术、工艺的发展及建设、运行经验的积累，其一、二次系统最终将融合为一体，但目前的技术发展水平还无法实现。针对二次系统，可以在光纤以太网基础上，进行优化配置：将主保护和计量系统分布式就地实现，后备保护采用站域——广域后备保护系统，本地测量和整定与调度中心整定相结合，以达到后备保护的最优配合和最小的通信负担。

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2.1 保护配置

其中，保护配置包括线路保护、变压器保护和母线保护。

2.1.1 主保护原理:线路保护采用速度更快的采样值差动和暂态量保护; 变压器保护采用了可以避开励磁涌流影响的广义瞬时功率保护原理作为差动保护的辅助。两种新的保护原理都易于实现。

2.1.2 采用具有智能决策功能的广域后备保护系统，集中全网信息进行后备保护在线整定，并且所需通信量少，数据更新速度快。

2.1.3 保护的实现方式:将原来集控室内的主保护功能下放到智能一次设备单元内就地实现，简化了布线，减少了通信网络的负担。母线主保护采用具有主站的分布式差动和集中式母线保护的实现方式。

2.2 计量配置

计量系统创新地提出测量计量功能一体化为计量模块，计量模块的预处理数据为三态数据，三态数据(稳态数据，暂态数据，动态数据)统一采集和标准化。通过分析计量模块的误差量值溯源得到，在忽略算法误差情况下，误差主要来自于互感器，由于全站采用高精度的光学互感器，计量模块的精度要求完全满足计量规程的要求。既可以实现现场检验，也可以实现远程检验。通过计量模块在通信方面的优势，实现智能变电站与大用户互动，智能变电站具有向大用户实时传送电价、电量、电能质量及电网负荷信息的功能，支持电力交易的有效开展，实现资源的优化配置；激励电力市场主体参与电网安全管理，从而实现智能电网各环节的协调运行。

2.3 通信配置

现阶段的智能变电站内通信设备配置与数字化变电站及传统变电站基本相同，但随着电网中智能变电站投运数量的不断增加，快速增长的采集数据量的不断汇聚，对光纤通信传输网络带宽和传输可靠性提出更高要求。因此，通信平台的建设与改造必须同步进行。

3 智能变电站二次系统设计与实现

3.1 系统构成

变电站二次系统在功能逻辑上分为站控层、间隔层和过程层。站控层由主机、操作员站、远动通信装置、保护故障信息子站和其他各种功能站构成，提供站内运行的联系界面，实现管理控制间隔层、过程层设备等功能，形成全站监控、管理中心，并与远方监控/调度中心通信。间隔层由保护、测控、计量、录波、相量测量等若干子系统组成，在站控层及网络失效情况下，仍能独立完成间隔层设备的就地监控功能。过程层由互感器、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、控制命令的执行等。

其中过程层最终发展目标为智能一次设备，就是一次设备集成互感器、智能终端等，实现在一次设备上直接的数字化接口。目前投运的智能站采取设置就地智能终端箱的方式，将一次设备运行状态、控制等信号和命令通过智能终端转换成数字化信号。

3.2 网络结构

过程层网络按照电压等级分别组网。双重化配置的保护及安全自动装置应分别接入不同的过程层网络；单套配置的保护及安全自动装置、测控装置宜同时接入两套不同的过程层网络，并采用相互独立的数据接口控制器。220kV 及以上变电站站控层、间隔层网络采用双重化星形以太网络，110kV 变电站站控层、间隔层网络采用单星形以太网络。总之，依据不同电压等级和电气一次主接线配置不同的网络形式，有双星形、单星形、点对点等。鉴于对变电站运行维护及网络安全方面的考虑，智能变电站在兼顾网络跳闸方式的同时仍保留直采直跳的方式，尤其对高电压等级、联网运行的变电站。

3.3 二次设备的配置原则

站控层设备的配置，以220kV 变电站为例，主机按照双套配置，对于无人值班变电站主机可兼操作员工作站和工程师站。保护及故障信息子站应与变电站系统共享信息采集，不独立配置。远动通信装置也双套配置。①隔层设备测控装置独立配置时，应单套配置，220kV 电压等级若采用继电保护就地安装时，采用保护测控一体化装置，110kV 及以下电压等级推荐采用保护测控一体化装置。对于继电保护装置的配置与常规变电站配置原则一致，220kV 及以上电压等级按照双重化原则配置。故障录波及网络分析记录装置，对于220kV 变电站按照电压等级分别配置，主变压器单独配置。110kV 及以下变电站统一配置。66kV 及以上独立配置电能计量表计，计费关口满足相应规程规范要求。设置网络打印机，通过变电站二次系统的工程师站打印全站各装置的保护告警、事件、波形等数据，取消装置屏上的打印机。②程层设备的配置原则，220kV-750kV 除母线外，智能终端宜冗余配置。66kV 及以下配电装置采用开关柜布置时不配置智能终端。110kV 及以上主变压器本体配置单套的智能终端。智能终端分散布置于配电装置场地智能组件柜内。合并单元配置原则：220kV 及以上电压等级各间隔冗余配置，110kV 及以下电压等级各间隔单套配置，双重化保护的主变各侧冗余配置，同一间隔内电压互感器和电流互感器合用一个合并单元。③络通信设备配置原则：220kV及以上电压等级变电站的站控层网络交换机冗余配置，每台交换机端口数量应满足实际工程需要。一般采用100M 电口，站控层交换机之间级联端口采用1000M 端口。当交换机处于同一建筑物内且距离较短时采用电口连接，否则需采用光口互联。间隔层网络交换机按照设备室或电压等级来配置，交换机端口数量满足工程规模要求。过程层交换机按照间隔配置，每台交换机的光纤接入数量不超过16 对，任两台智能电子设备之间的数据传输路由不超过4 个交换机。对于规模较大的变电站，其间隔层和过程层需配置大量的交换机，与常规变电站在配置上的主要差别也在于此，采用网络方式，就多了交换机这一环节，当交换机出现故障，可能引发多个间隔的保护拒动，近而造成大的事故发生。因此交换机的可靠性是智能变电站安全稳定运行的关键。

结语

在实现智能电网的建设过程中，智能变电站建设始终是智能电网建设的核心问题之一。为了实现智能变电站在智能电网中的支撑作用，要求对当前变电站二次系统的架构体系不断进行升级与改进，发挥智能变电站的高度集成、兼容、互动、协同功能。本文从保护、计量及通信等方面，对智能变电站二次系统的配置方案及其设计与实现进行了有益的探讨。应该指出的是，随着科技的不断进步和装备制造水平的不断提高，智能变电站的一次、二次系统必将融为一体。

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