智能变电站二次回路可视化研究

唐志军++翟博龙++林国栋++陈锦山

摘 要

智能变电站同时网络信息资源分享的方式代替过去的硬电缆回路，光纤通讯取代了大多数站内电缆连接，站内通过数据通讯完成跳闸、信息发送、采样保护等操作，对设备的“无接线、无端子”进行保护，二次回路无法体验，所以很难对其修改情况进行确认。为便于组织智能变电站相关维护工作，必须对智能变电站二次回路可视化进行深入的研究，本文在明确二次虚拟回路可视化研究基础的前提下，对综合自动化变电站二次回路以及智能化变电站二次回路的相同以及不同点进行对比研究，同时根据设备运行以及检修活动的相应需求，提出了智能变电站二次回路可视化对应的功能要求，进而对虚拟二次回路可视化表达方法进行了深入研究，最后提出了二次回路工具相关优化方案。

【关键词】智能变电站 二次回路 虚端子 虚拟回路 SCD配置

较之传统的变电站，智能变电站的硬件有了非常显著的发展和进步，引进了合并单元、智能终端以及过程层网络交换机等设施，同时使用了三层两网的结构，通过数字信号网络通信的形式取代过去模拟量和开关量信号电缆连接的办法，当前的智能站二次图纸通过都是在GOOSE/SV配置表、二次虚端子回路图、过程层网络架构图、交换机端口信息流图等的基础上进行设计的，并没有很好的将回路有关的网采、直采链路联系进行明确的区分，特别是在SCD文件中隐藏的通讯装置以及虚拟逻辑连接难以进行可视化，检修人员难以高效的理清繁杂文本中的二次回路。本文对此展开了一系列分析，支出了一项虚拟二次回路表现方式，这一方式有机结合了IEC61850信息模型以及过去的电气二次图纸，将在链路模型中隐藏的逻辑回路给予可视化展现，对设施间的物理连接以及逻辑联系进行全面、直接体现，便于检修人员了解设备间的交互信息，使得设备调试风险大大降低。

1 二次虚拟回路可视化研究基础

相较于传统的变电站，智能变电站基于IEC61850通讯规约利用SV/GOOSE数据流以及SCD配置描述文件对于数据模型进行多路信息的复用操作，光缆连接取代了电缆对接方式。过去数字化变电站TV和TA收集的电流信号经端子箱、一次电压等进入保护测控设备，通过CUP信息处理模块对数据实施处理，并将其转换为数字信号。通过二次控制以及信号回路将断路设备遥控、分合闭锁等相关信号向断路器装置传递，由此发挥其自身的保护、监控作用。

智能变电站增加了合并单元、网络交换机以及智能化终端等过程层装置，在IEC61850通讯规约基础上通过模型设备同变电站信息网络连接，站内二次装置实现了彼此的信息互通以及互操作。

2 智能和综合自动化变电站二次回路区别

2.1 信息传递原理存在差异

变电站电气二次回路的主要功能有保护、调节、控制、监视等，综合自动化变电站相关设施利用电缆进行联系，该变电站相关设施在电缆的连接下使得各项功能得以发挥，智能变电站运行于IEC 61850标准，各个设施利用网络进行各项信息的传递，进而使其自身的功能得以实现。

2.2 图纸表达方式不同

变电压站电气二次回路相关图纸中通常会含有电压二次回路图、端子排图、设备原理图、控制回路图等，综合自动化变电站有关二次装置比如转换开关、继电器、端子、压板以及辅助结点等在回路中对应的联接、功能等数据信息得以在图纸明确、直观的显示，站内的检修以及运行人员可以有效的从中找出相关的信息。智能变电站二次回路利用通讯网络进行信息的传递从而实现自身的各项功能，图纸中通常含有装置网络图、虚端子对应表等，但是图纸并没有非常直观的显示有关装置的功能实现情况以及具体的联接方式，由此站内的运行操作人员以及设备检修人员就无法通过图纸非常直观的了解二次回路以及相对应的逻辑关系，使得运行和检修工作难度进一步加大。

2.3 运行、检修方法存在差异

智能变电站在组织建设过程中，需要在相应的组态工具中导入相关装置的ICD（模型文件），设置相关的虚端子连线、参数数据，构成一个SCD，进而调试人员结合SCD相关信息组织相关设备调试工作，设置对应的设备。在工作人员组织运行或者检修的过程中按照SCD文件内容以及图纸等材料信息对装置功能、检修内容以及相应的安全措施进行确认。综合自动化变电站只需要通过图纸组织施工调试即可，在组织运行以及检修活动不再使用全站系统进行SCD的配置。

3 虚拟二次回路可视化表达方法

当前运行的智能变电站相关二次图纸大多数都是在GOOSE/SV配置表、过程层网络架构图纸、交换机端口信息流图等图纸基础上进行设计的，在设计二次回路图是没有对二次设施组网以及直采逻辑关系没有进行明确的区分，回路含有大量的虚端子，相应的图纸极为繁杂，对于二次设备间相关逻辑关系以及物理连接无法清晰明了的体现。本文在对我国智能变电站设计、建设以及检修等工作有效归纳的基础上深入分析了变电站的虚回路，同时对此给出了一项虚回路可视化方案，利用过程网络架构图、二次虚拟回路图等对智能设施相关虚端子联系进行明确的展示，通过简单、直观的形式对信息模型中隐藏的各种逻辑回路进行清晰的表示，便于后续检修人员通过SCD文件对应的结构层次组织设施的检修和维护工作，使二次设备检修以及维护工作难度大大降低。

3.1 过程层网络结构图

智能变电站设施一般使用的是分层以及分布式网络系统。图1中表示的是智能发电站过程层设备网络架构图。根据图1我们可以很容易分析出，利用网络交换机，各个间隔合并单元号以及智能终端同间隔层装置互相交换数据，中心交换机将所有间隔数据进行收集进而再将其传输至网络分析和故障录波系统中。过程层设备网络结构图主要体现的是二次设备相关的光缆联系。

3.2 SV信息流图

根据对SV信息流图的分析，在220kV线路环境中，线路合并单元采取光缆通信的形式将收集的电压以及电流数据传输至线路和母线保护设备。线路测控以及故障录波用到的SV都是过程层网络交换机所供应的。SV信息流图体现的是装置之间电流和电压信息流对应的网络传递路线。

3.3 GOOSE信息流图

通过对GOOSE信息流图的分析我们可以知道，该图显示了保护设备跳合闸、开关闸、测控设备的位置以及保护设备间闭锁相关信息流的联系。GOOSE信息流图反映了各个智能装置之间信息交流内容以及物理连接，但是无法充分展现信息对应的逻辑联系。

3.4 虚拟二次回路图

智能变电站相关的二次图纸设计没有包含虚端子IED具体的流动方向，操作人员在变电站实施检修以及维护的活动中，在繁杂的虚端子表中难以有效的查出二次回路活动脉络，在IEC61850数据模型基础上二次回路图利用图形的方式充分体现了装置SCD文件联系，有效处理智能装置数据没有接点、段子以及界限的而导致的二次回路设备无法展示的问题，确保检修和运行维护人员可以直接的了解智能社会各种进出以及逻辑出口等。

虚拟二次回路图按照变电站主接线和各项设备定义的虚端子去对虚端子的起终点以及逻辑线路进行确定。虚端子连接涉及多方面，比如虚端子数据名称、编号、数据线路等内容，虚端子相关编号和过去的变电站相关的二次电缆及其线芯编号非常类似，信息名称同传统变电站相关的回路说明非常相似。根据对虚拟二次回路图的观察我们可以看出，信息模型有关的信息传输方向、逻辑回路非常明显，对于智能装置没有端子、接点以及界线造成的二次回路设备无法展现的问题难以处理。

4 可视化工具优化措施

现阶段，二次回路可视化工具对应的工作原则基本为解析SCD文件，可视化虚端子相应的联接。针对以往设置图纸中显示的压板功能、回路情况和二次数据以及对应的物理光路联系，以为内部SCD中含有数据的限制而无法得以清晰显示。需要对光口、软压板等数据进行明确的补充，进而建立实用性更强的可视化二次回路。可以利用软件对SCD文件进行解析，进而将软压板控制以及光口相关设施数据进行导入，建立能够满足运行以及检修工作需要的可视二次回路。根据这一优化方案，对于过去的220kV线路第2套保护及其与智能终端相关数据联系进行改进，将其通过一张数据完整、满足运营需要的可视化二次回路图进行表示，图2所示。通过图2我们能够清楚的观察到设施软压板对应的配置、GOOSE传递信息的具体内容、光纤、联接光口和智能终端出口等设备全部信息，同以往二次连接图具有很大的相似性，方便运行以及检修人员更加清楚的了解，有效的掌握，为日后的工程验收、故障处理、回路校对以及技术训练等活动提供相应的数据参考。

5 结束语

综上，智能变电站二次回路相关设计基本没有什么标准可以遵循，对应的设计模式难以满足智能变电站技术需要，本文在详细分析虚拟二次回路的基础上，明确了智能变电站二次回路同以往的综合变电站二次回路之间存在的差别以及二次回路可视化工具要求，进而通过过程层设施网络架构、虚拟二次回路图等图纸设计有效的反映智能设备间的物理以及逻辑连接。通过对这一优化设计方法的实行，可以使变电站二次回路相关功能实现情况以及对应的逻辑联系进行更加清晰的展示，检修人员能够清楚的了解，明确的掌握，促进工作效率的提升。

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