如何借鉴常规变电站进行智能变电站的二次设计

时间：2024-05-04

任薇

（福建源发电力勘察设计有限公司福建省福州市 350000）

智能变电站二次回路设计对于许多初涉电力行业的设计人员来说是一个难点。常规变电站各装置间直接采用屏蔽控缆经过端子排连接，装置的接点一一对应比较直观；智能变电站各装置间通常采用光缆传输整组的数字信号，每根光缆传输的信号需要结合光缆联系图和信息导向图才能明确。本文介绍了通过常规变电站二次原理来设计智能变电站的方法，希望能对智能变电站的二次设计工作有所帮助。

1 智能变电站的特点

智能变电站是在综合自动化变电站（本文中所指的常规变电站）基础上发展起来的新一代变电站。它采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基础要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站[1]。智能变电站在自动化系统构成上除了常规变电站所具有的站控层和间隔层外，还多了一个由智能组件组成的过程层。过程层的智能组件包括合并单元、智能终端。合并单元用来采集电流互感器、电压互感器的模拟量，将模拟量转换成数字量以SV报文通过光纤传输给保护、测控、计量等装置。而常规变电站中电流、电压的信号都是以模拟量通过铠装屏蔽控制电缆与其他装置连接的。智能终端与变电站内的一次设备通过电缆连接，采集一次设备（断路器、隔离开关等）的位置信号以GOOSE报文通过光纤与保护、测控等装置连接，实现对一次设备的测量、控制等功能。常规变电站中保护、测控与一次设备之间则是通过铠装屏蔽控制电缆来传输控制命令及各种信号的。过程层设备不组网时，与本间隔保护、测控装置之间以点对点方式通过光纤直接采样、直接跳闸。当变电站配置了故障录波、母差保护、失灵保护、站域保护等涉及多间隔保护的设备时，过程层设备需配置过程层交换机组网，用以传输多个间隔设备的数字信号。此外，智能变电站的自动化系统采用的是DL/T 860通信标准，实现全站信息共享，增强了设备的互操作性。常规变电站的自动化系统采用DL/T 667通信标准，外厂家设备与自动化系统之间的信息传递需要通过规约转换。由此可见，智能变电站不管是传输方式还是时效性都要比常规变电站先进许多。

2 常规变电站与智能变电站二次回路原理比较与分析

智能变电站已成为当前变电站建设的一种趋势，所以设计出正确合理的二次图才能保证变电站的稳定运行。其实从二次回路的原理上来讲，智能变电站与常规变电站并没有本质的不同，无非就是传输方式、传输介质以及通信标准不同。下面本文就以内桥主接线方式下110kV线路为例来进行比较与分析，看看如何借鉴常规变电站进行智能变电站的二次设计。

2.1 电流电压回路

常规变电站110kV线路电流互感器通常配5个绕组，其中3个为5P级的保护绕组，1个为0.5级的测量绕组，另1个为0.2S级计量绕组。保护绕组分别与线路保护、主变保护、故障录播、备自投等装置连接，用于提供电流模拟量信号作为保护动作的判据。测量绕组可以与测控装置连接，提供电流模拟量信号作为线路电流的测量数据。计量绕组与线路的电能表相连，提供更为精确的电流数据用来参与有功、无功电能的合成。智能变电站110kV线路电流互感器通常配4个绕组，其中2个为5P级的保护绕组，2个为0.2S级计量绕组。那么怎样把常规变电站5个绕组的接线原理变成智能变电站4个绕组来表达呢？由于智能变电站同一套合并单元可以同时给多种保护、测控提供同一组数字信号，即线路保护、主变第一套保护、备自投等都可以接入同一套合并单元采集保护绕组的数据，线路测控、电能表也可以接入同一套合并单元采集计量绕组的数据，所以每套合并单元只需要采集一组保护电流和一组计量电流模拟量就可以满足接入本套合并单元的多种保护、测控装置使用并实现了常规变电站5个电流互感器分别接多个装置同样的功能。110kV智能变电站要求主变采用双套保护，当主接线为内桥接线方式时，线路间隔配置2套合并单元，第二套合并单元则用于采集第二组保护电流供主变第二套保护使用。

常规变电站110kV线路电压回路包括线路保护装置采110kV母线保护电压及线路PT重合闸电压、线路测控装置采110kV母线测量电压及线路PT同期电压、线路电能表采110kV母线计量电压、110kV备自投装置采线路PT电压。这些电压回路中，接入装置的电压都是从110kV母线PT或110kV线路PT直接采集的电压模拟量。智能变电站110kV线路电压回路的原理与常规变电站相同，也需要采集上述电压量，所以可以参照常规变电站的电压回路原理将各段110kV母线的一组保测电压、一组计量电压分别接入各母线合并单元，母线合并单元采集完这些模拟量信号经电压并列后与各间隔的合并单元也包括线路合并单元级联，线路合并单元再把这些电压数字信号传输给与之连接的各个装置从而完成了电压采集任务。

2.2 断路器控制回路

断路器的控制是变电站中重要的二次回路之一，图1为常规变电站110kV内桥接线方式线路断路器控制回路原理图。该图包括跳位监视、合位监视、分合闸保持、重合闸、防跳、手动分合、备自投分合、保护跳闸等多个功能。为了实现这些功能需要先了解下具体的设备配置情况。在110kV常规变电站通常线路保护装置配置了断路器操作箱，线路保护重合闸、保护跳闸直接由保护装置出口回路与操作箱连接；110kV线路测控、主变保护、备自投等装置则是通过屏蔽控制电缆从各保护、测控屏柜引入再与操作箱连接。对于智能变电站，断路器控制回路的原理以及实现的功能与常规站一致，可以套用常规站的原理图，区别在于实现上述功能的设备不同，传输命令的介质不同。在智能变电站，断路器操作箱是配置在各断路器间隔的智能终端中，由智能终端来完成上述常规变电站断路器控制回路的一系列功能。并且智能变电站不再单独配置主变非电量保护装置，而是由主变本体智能终端兼容该保护功能。除了主变非电量保护动作跳110kV线路断路器是直接从主变本体智能终端通过屏蔽控制电缆接入线路智能终端外，其余的保护、测控装置都是通过光纤以虚端子的形式与智能终端的断路器操作箱连接。

图1：常规变电站断路器控制回路图2：智能变电站线路GOOSE信息逻辑图

3 根据常规变电站二次原理设计智能变电站信息导向图

信息导向图是智能变电站二次设计中必不可少的一个环节，它能完整的展示二次系统各部分之间的逻辑关系，使一次设备与二次设备以及二次设备之间的连接关系看起来更直观。信息导向图分为SV信息导向图和GOOSE信息导向图。GOOSE是面向通用对象的变电站事件[1]，是DL/T860标准中用于满足变电站自动化系统快速报文需求的一种机制，它可以用于传输智能终端的开入、开出（跳闸、遥控、启动失灵、联锁）、温湿度模拟量、直流量等。SV指采样测量值，是一种用于实时传输数字采样信息的通信服务。通俗的说，SV信息导向图表达的是二次系统中电流、电压信号的流向，GOOSE信息导向图表达的是二次系统中保护、测控等命令的流向以及一次设备状态信息的流向。根据常规变电站的二次原理（图1）可以很快的绘制出正确的SV信息和GOOSE信息导向图（图2）。例如，图1中与线路断路器合闸回路连接的有三个部分：线路保护重合闸、测控手动/遥控合闸、备自投合闸。由于保护测控为一体装置，所以在图2中相应的绘制出110kV线路合并单元智能终端一体装置→110kV线路保护测控装置的流向，并在→处标注线路保护重合、测控装置控制、复归、闭重、断路器、刀闸位置信号等字样以说明此处流向的逻辑定义。接着再绘制出110kV线路合并单元智能终端一体装置→110kV线路GIS智能控制柜配线架→110kV备自投保护装置的流向，并在→处标注手跳闭锁备自投、断路器位置信号、备投合闸等字样说明此处的逻辑定义。用同样的方法将跳闸等回路与各个装置的逻辑回路表达出来，这样信息导向图就完整了。

4 智能变电站二次设计的其他环节

可以看出，根据常规变电站的二次原理绘制出来的信息导向图能完整清晰的把原理图中的各种功能逻辑以文字形式表达出来，为绘制装置背板光缆联系图、各屏柜光纤配线架光缆联系图中光缆对侧的去向找到了依据。利用信息导向图绘制出光缆联系图后，智能变电站二次回路的物理接线就算完成了，接下来还要根据二次原理图、信息导向图、光缆联系图以及各装置厂家提供的虚端子将全站二次系统形成一份完整的Excel格式的虚端子配置表。虚端子配置表包含所有智能装置SV、GOOSE信号开入、开出信息以及装置相关联虚端子的数据属性，利用它制作的SCD文件是智能变电站调试的核心。也就是说SCD文件描述的是智能变电站二次系统各装置间逻辑关系的虚回路，它和光缆联系图形成的物理回路相结合[2]，才使智能变电站二次系统的设计得以完善。