智能变电站二次设备系统兼容性分析

唐慧+++张振华

摘 要：针对智能变电站的二次设备互换性，首先简单介绍了互换性的基本内涵和技术要求，并在此基础上提出具体互换模式，最后对不同设备的互换性实现方法进行分析，旨在为智能变电站未来发展提供可靠依据。

关键词：智能变电站；二次设备；互换性

智能变电站二次设备互换是变电站正常运行的重要环节，对保证运行稳定性有重要意义。然而伴随变电站快速发展，其二次设备互换存在很大的难度。对此，本文围绕二次设备互换性内涵与技术要求，对互换模式及实现过程进行深入分析，具体内容如下。

1 互换性内涵

互换性指的是在不同时间和地点生产的产品，并且在装配与维修过程中无需进行修整就可以任意替换的基本性质。互换性具有两层内涵：其一，产品功能可自由互换，使用功能相同的产品替换原设备，功能互换特性也可称为替换性，属于初级互换范畴；其二，应用过程互换，指的是在更改系统原有设备的基础上进行设备的替换、安装和使用，属于高级互换范畴，也可称之为设备随取随用[1]。

对于智能变电站的二次设备而言，其互换性从组成结构及硬件实现形式等方面可细分成以下几种：板卡互换、模板互换、装置设备互换与屏柜互换。以上不同形式的互换有着截然不同的要求，难易水平存在很大差别。其中，板卡互换对引出端子及接口的种类有一致性要求；模板互换需要物理尺寸保持统一；装置设备互换与屏柜互换需要装置设备的基本功能、通讯接口与端子等保持良好的统一性。

2 互换性的技术要求

通讯接口及引出端子保持统一、建模具备良好的标准化、完全一致的信息流与规范性文件是完成互换的基本前提，同时也是实现互换功能的技术要求。当前，我国电网公司已经完成并推出“六大统一”标准规范，为互换性功能提供了全面的可靠依据，对于相同变电站的实际应用要求，实现互换功能已经较为轻松。在实际应用过程中，替换设备以前要存储原设备的技术参数、数据、定值与配置文件，对需要替换的设备实施数据恢复以后即可安装与投运，进而使设备实现功能转换[2]。

对于应用过程中的互换，应在功能可以进行互换的前提下，将不同的设备实施黑盒化，使它们具备完全相同的性能与接口。如今，多数企业已经完成了“六大统一”标准规范，尽管在信息和功能等层面实现统一，但更多的关注点集中在装置设计与应用上，并未对黑盒化互换性实施深度研究，依然存在一定障碍。比如，虽然定值清单进行了标准化处理，但仍需对装置原理实施对应的定值计算；虽然站控层上的数据经过了规范化，但不同厂家的信息点路径还有很大差异。

在智能变电站中，设备应用要求在理论层面可以借助IEC6185

0或配置流程进行表达。以此实现应用互换，该过程中设备要满足以下技术要求：

（1）硬件接口完全相同。

（2）建模具有良好标准化。

（3）配置文件及工具相互统一。

（4）装置参数实现规范化。

（5）方法统一，如对信息点号的表达进行唯一化处理等。

过程层对应的输出信息点依然需要经过对照表实施接口设计。系统配置工具可对模型升级过程中的关联关系实施自动识别，但无法进行替换。针对站控层上的信息点，这一问题将更加突出。对此，想要更好实现设备应用互换，需着重开展如下工作：

（1）编制唯一化的具体表达形式和规范，以便配置工具能完成自动替换。

（2）黑盒化处理以后，设备功能对应的互操作信息实施统分类和分层处理。

（3）对由不同厂家生产的设备功能进行特色化定义，以此实现自动识别与智能化替换。

（4）系统的配置工具要有更多设备进行信息识别，以便对不同的信息点实施分类，进而实现功能的自动替换，同时对自定义功能进行安全处理[3]。

3 智能变电站二次设备互换模式

3.1 相同厂家产品互换

对某生产厂家设备而言，由于其内部使用完全相同的配置工具与软硬件平台，而且互换设备的硬件环境与软件配置均相同，所以实现互换功能较为轻松，这是当前很多变电站都在使用的二次设备互换模式，其主要具有以下优势：

（1）产品更换前后，设备性能及功能可保持一致。

（2）配置工具更换前后，相应的配置文件可保持不变，不会对其他设备造成太大影响。

（3）产品可靠性检验仅需进行简单确认即可完成，无需开展复杂的试验。

然而，这种互换模式无法跨越不同厂家间的设备差距，在实际应用过程中依然存在缺陷与局限性，主要体现在以下方面：

（1）对于运行维护人员有着极高的技术要求，要掌握不同厂家对应的业务流程和内容。而且实现二次设备互换的实际效率主要取决于人员对工具和产品的了解程度。

（2）由于受到相同厂家不同装置、不同电压对应装置平台有明显差异等因素的影响，使得互换产品不具备良好的选择性[4]。

（3）备用产品的相關备件需根据不同的产品型号进行一一设

置，经济性相对较差，设备管理存在很大的难度，人员工作量也很大，容易出现人为误差。

为有效提升运行与维护效率，相同厂家的产品互换模式还要得到进一步的升级和完善，增大可进行互换的产品范围，提供可行、先进的工具与管理系统，并对具体的互换操作形式进行简化。实际工作中可从以下几点入手：

（1）对装置的硬件平台进行统一

基本原则为“按照规范的电压等级，尽可能减少装置插件种类，相同电压等级的装置要使用完全统一的配置平台；相同功能的插件需要使用统一平台”。

（2）对配置文件及工具进行统一

对不同型号产品的配置文件及工具进行统一，同时尽可能简化文件的具体下载方式，使用简单、快捷的方法，如当前新兴的FTP方式等。

（3）建立一键式的还原系统

直接面向装置按照信息的构造装置，将装置作为基本单元构建设备备份库，以此对重要程序、文件及定值等实施备份；在对设备进行更换的过程中，仅需进行简单操作即可恢复数据，从而轻松完成设备互换。

3.2 不同厂家产品互换

就目前来看，二次设备制造厂家数量很大，由不同厂家生产的设备在功能方面无太大差别，但不可忽略在配置及实现形式等方面的差异。为实现不同厂家产品的互换要求，对切实提升变电站的运行维护水平有十分重要的作用：

（1）产品的选择面较广，更换时具有更好的灵活性。

（2）备用产品的备件可以进行共享，管理难度较低，且具有良好的经济性。

（3）由于产品与工具基本实现统一，所以相应技术人员需掌握的内容较为相近，有利于降低他们的工作量，减少人为误差。

（4）对于厂家的技术依赖性大幅降低，促进变电站的运行维护能力提升。由此可见，着重研究不同厂家的产品互换模式是现阶段各大变电站走快速发展道路的重要课题。

虽然由不同厂家生产的设备在具体的功能实现方面较为相近，而且都能满足用户对于通用规范的实际需求，但设备间依然存在一定的差异，在今后工作中需要对以下内容给予重视：

（1）制定良好的行业技术规范，對产品功能与接口实施统一。

（2）不同厂家产品的可操作性与互换性要进行前期测试和确

认。

（3）编制规范的互换操作程序，以免产生不必要的错误。

（4）重点探讨产品在替换以后的质量验证方式，确保设备通过简单的操作就能实现互换，以此有效提升互换效率[5]。

3.3 统一平台下的二次设备互换

对于二次设备而言，其互换理想模式是确保所有设备都能使用完全统一的硬件和软件平台，设备间具备灵活转换能力。这种互换模式不同厂家产品在基本功能实现方面是统一的，可完成无缝替换，优势十分明显，如产品有很大的选择范围，产品更换具有良好灵活性和便利性；备品备件能进行共享，经济性良好，设备管理难度较低；运行维护操作流程简单快捷，工作量较少，对技术人员没有太高的经济要求等。

将统一平台作为基础的二次设备互换，要实现建立一个二次系统，标准化处理软硬件平台，同时进行独立性设计，提高系统智能化水平。此外，还要编制最高行业功能性要求与测试规范，然后由生产厂家进行执行，大力研发满足基本生产要求的装置，同时督促相关认证机构实施互操作检验。

4 互换性的实现

4.1 终端设备互换实现

智能变电站合并单元设备实现电流电压采集量的合并打包处理，终端设备的开入与开出需要实现数字化，其功能完备且明确，产品具有良好的硬件相似度。对于合并单元设备而言，需根据具体的应用场合对功能模块进行配置，由于其基本功能十分明确，硬件可轻松实现统一，所以具备优异的黑盒化处理基础，互换性水平相对较高。然而，由于存在开入实际数量不同、跳闸出口的定义不统一等问题，在实现互换的过程中应得到相关技术规范的支持。

（1）硬件的接口定义需实现统一，物理接口要使用标准的形式，如航空插座等。

（2）开入及开出需定义到各个端子的标准化。

（3）配置文件及工具的标准化。

4.2 间隔层装置互换

对于不同的继电保护对象，需使用相应的保护原理实现，其模块构成有很大的差异，相同厂家也存在硬件选择较为灵活等情况。基于此，由于信息的交换过程较为复杂，使得间隔层装置的互换过程较为复杂。因此应切实做好以下工作：

（1）接口信息保持统一。

（2）配置工具与文件保持统一。

（3）定值参数实现标准化。

4.3 站控层设备互换

对于站控层中的相关设备，想要实现互操作目标应先对系统进行统一。目前，不同生产厂家的SCD文件已达到相对较高的互操作性，只要相应的数据库可在应硬件上进行正常安装，即可实现互换。然而，站控层上的设备在完成互换以后，需要进行大量的调试工作，全部信息点都要进行调试，保证信息不存在误差以后才可以认定为完成互换[6]。

4.4 其他设备互换

智能变电站的其他设备包括：故障录波器、网络分析装置、交换机等，这些设备不仅功能明确，且具有良好的一致性，实现设备互换的过程较为简单。作为基本的计量设备，数字化电能表比老式计量系统更具技术优势。新型数字化电能表不仅功能明确，容易进行不同厂家产品的互换，但其配置文件的具体下载方法还没有完全统一，为其互换工作带来很大麻烦，增大了实际工作量。除此之外，在线监测设备当前还缺乏规范性，标准体系也不够健全，所以想要实现互换目标还有很长的路要走。

5 结束语

根据当前实际状况，智能变电站的二次设备不仅种类繁多，而且功能方面的需求也有很大差异，这使得互换性的实现过程十分困难。在变电站的典型设计过程中，可在一定程度上对设备种类与功能进行简化，这样可以促进互换的进一步实施，有必要进行深入研究。由于当前设备互换还存在很大难度，通过对插件级优化措施的应用，能实现设备以插件形式的快速转换，有效提升了变电站的运行与维护效率。

参考文献

[1]李宾皑，翁之浩.智能变电站二次设备模块化设计技术[J].智能电网，2016，10（04）：437-440.

[2]李晓朋，裘愉涛，钱建国，等.智能变电站二次设备互换性探讨[J].电力系统保护与控制，2016，11（14）：76-81.

[3]李少华，宋亚凯，孙银山.智能变电站过程层二次设备调试技术研究进展[J].科技视界，2015，10（25）：250-251.

[4]邢小忠.探究智能变电站智能设备互换性实现方法[J].价值工程，2015，10（35）：96-97.

[5]宋杰，靳希，鲍伟，等.基于IEC61850的智能继电保护装置协同测试系统的研究[J].电力系统保护与控制，2012，12（05）：59-63+68.

[6]王韶华.智能变电站二次设备维护策略的研究[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2012，10（12）：307-308.

作者简介：唐慧（1979-），女，河南许昌人，本科，工程师，研究方向：电力系统继电保护设计。