智能变电站二次系统优化及应用研究

摘要：通过对当前智能变电站的二次系统的构成和具体的应用状况分析，明确了智能变电站二次系统的优化方案，通过测控保护到智能终端到一体化的信息平台等方面进行二次系统的优化，同时应用到实际的智能变电站系统中，同时也提出了二次系统的发展和展望的方向，为相应智能变电站二次系统的优化以及应用研究提供了参考的经验。

关键词：智能变电站 二次系统 优化 应用

1、智能变电站二次系统概述

智能变电站的二次系统由综合自动化系统的继电保护、测控、计量、录波、合并单元以及智能终端等装置组成，智能变电站的二次系统的设备通过电压互感器或电流互感器实现与一次设备的连接，同时对一次设备进行控制、保护、条件和测控。传统的变电站所面临的例如常规互感器的动态测量范围具有一定的局限性，缺乏统一的信息模型以及信息交换模型，从而难以实现智能电网信息共享，由于智能设备之间缺乏互操作，致使大量的二次电缆的可靠性造成了不利的影响。

随着新型光电互感器技术的逐渐成熟和发展，同时光通信技术以及以太网的智能交换技术的发展，同时IEC IEC61850系列国家标准的颁布和实施，为解决智能变电站的相关问题提供了技术指导。具体实现了建模的标准化，同时也支持了网络通信方式，建立了智能电子设备之间的信息交互以及不同设备之间的互操作等，相关的需求推动着相关技术向着数字化和智能化的方向发展，同时也符合IEC61850数字化的变电站的发展趋向。

智能变电站二次系统的显著特点表现在：智能变电站完全遵循IEC61850规范，能实现互操作。数字化的数据采集模式，非常规互感器的使用有效提升了动态量测水平以及精度，降低了绝缘的性能和要求，为节约高压系统的成本支出奠定了良好的基础；二次系统设备的网络化，致使数字化的通信网络取代了控制电缆，信息冗余取代了装置冗余，从而有效降低了工程项目的造价，有效提高了二次系统的可靠性和安全性。实现了标准化的建模，实现了统一的信息模型以及信息交换模型的共享和互操作问题，有效简化了二次系统的维护、工程项目的配置和工程项目的实施。

2、智能变电站二次系统优化

2.1 测控保护优化

传统的变电站中，测控装置与保护装置是独立分开的，同时由于智能变电站是基于IEC61850体系构建而成，由此集合了信息共享标准化以及网络化的传输等优势，测控装置以及保护装置能实现实时信息的共享，从而为一体化的系统设计奠定了良好的基础。下图所示为测试保护一体化装置接入了双套合并单元以及智能终端的二次系统网络结构图标。从图中可了解到。测控的单元出于测控保护而实现了双重化配置时，测控保护的装置将收集到更多来源于系统链路的信息。这时，自动化的系统应对多重化的信号进行合并并且筛选。（如图1）

2.2 智能终端的优化

智能变电站的主要设备是合并单元，实际上指的就是智能终端。智能终端也是一次设别以及二次系统相互连接的纽带，合并单元对于来源于二次转换器的电流以及电压数据进行了时间上的有关组合，同时将采集到的数值传送到测控保护装置中，智能终端的接收断路器以及隔离开关等机构所发出的断路器位置的信号，以及相关设备的运行状态的信号等等。同时也支持分项跳闸、重合闸以及三相跳闸、遥控分合等GOOSE指令。同时发送出跳合闸的命令。

智能终端仅仅只需要进行适当增加开入量等措施，则可采集信息量，由此可将合并单元与智能终端优化整合为一系列的智能单元，其整合的优势在于，有效避免了重复采集信息，同时，整合的智能单元，包括在线检测的参量收集模块，与合并单元之间形成了单元的共享硬件平台，减少了信息的交互，同时也有效提高了系统的可靠性，减少了交换机端口以及接线，减少了户外智能控制柜所占据的空间大小，节约了光缆，减少了智能控制柜内部设备所消耗的功率，由此也减少了设备的发热量，从而使控制柜中保持着合适的温度和环境，节约了成本的投入和消耗，同时也减少了设备运行以及维护的工作量，降低了智能变电站在寿命周期内的运行成本。

2.3 构建一体化信息平台

传统的变电站数据采集的功能与实际的逻辑判断结合在一起，一般通过单一的设备完成，由此，不同功能的完成需要不同设备或者系统的配置，由此实现了保护、测控、电能量、同步相量测量装置、行波测距等方式，通过信息的共享，智能变电站实现了与智能变电站调度和控制中心以及其他的变电站或者相关的用户进行信息的交换，最终建立了系统的综合应用。

构建了一体化信息平台，实际上是实现了智能变电站数据源的统一和简化，建立形成了唯一的一致性的基础数据以及信息，通过统一而标准的方式建立了智能变电站内部和外部的信息交互和共享，实现了变电站自动化系统，实现了子站的保护、PMU、TMR信息子站、一次设备状态的检测系统、智能辅助服务系统的整合，建立了全景数据检测以及数据的上传规范和模式。

2.4 故障录波与网络记录分析

当前，国内已经产生了几种智能变电站网络报文记录装置以及录波的装置，网络报文的记录装置能建立原始报文记录，而录波装置则可记录原始报文记录，录波装置实现了对一次系统异常的数据记录和诊断，当变电站的内部出现了异常状况时，应将连个装置结合起来分析才能更准确的定位系统异常，同时分析出异常的原因。通过使用一套装置同时可实现网络报文的预警记录以及暂态录波，这两种记录的信息通过统一的数据源以及时标，有效节约了变电站的屏柜空间，同时也实现了原始报文数据以及暂态录波的组合以及对比分析，报文记录子系统实现了对每一条异常的报文日志进行了记录，同时通过所记录的日志迅速提取出报文的数据，从而便于建立暂态录波数据以及原始报文数据之间的索引关系，实现了对比的组合分析。

2.5 网络配置优化

智能变电站是建立在IEC61850的通信技术规范的基础之上，网络设计的合理性在一定程度上影响了系统运行的可靠性。变电站的网络配置应综合考虑到系统运行的可靠性、经济性和实用性，通过合理配置网络，有效减少网络交换，而针对使用桥式接线以及线变组接线110kV以及小于110kV电压等级的变电站，则可不构建网络，GOOSE/SV报文通过使用点对点的方式进行传输，从而有效避免了安全自动装置之间的信息的直连传输。这样设计的优点在于有效避免了交换机的环节，从而有效减少了传输的延时。对于少于三个装置需要接受SV报文时，则不构建SV网络，当需要构建网络时，也可采用星形的拓扑结构。

当前，极少数的变电站使用GOOSE SV MMS三网合一方式进行组网，从而有效减少了网络交换机配置，简化了网络的连接线路，然而对于网络的带宽以及交换机的处理能力和通信的安全以及可靠性能都提出了较高的要求。就理论上而言，这种方式具有一定的可行性，可通过少量的工程试点试验通过后再进行推广。

2.6 二次组屏优化

只要完结了二次设备电池抗干扰以及环境之间的适应性问题，保证二次设备在磁场中的稳定可靠运行，二次设备的就地安装是可行的，同时也具有较高的经济效益。例如220kV智能变电站，如果将各种隔间保护测控、合并的单元、智能终端以及在线监测等二次设备放置在配电装置现场的智能控制柜，由此节约了二次设备室将近一半的屏位以及全站20%～30%的缆材，具有十分明显的经济效益。

3、智能变电站二次系统的发展趋势

IEC61850体系中，变电站可分为过程层、间隔层、以及站控层三层，同时伴随着变电站集成度的逐渐提升，间隔层的设备功能逐渐过渡到过程层以及站控层，表现出了两极化的发展趋势，一方面是间隔层的功能下放到了过程层进行实现，二次设备通过间隔分布分散就地布置，实现了对宿主设备采集、控制、测量、计量、保护、监测等功能；另一方面，间隔层的功能是通过站控层统一实现，过程层的设备仅仅实现对宿主设备的采集和测量，站控层仅仅对全站设备进行控制和保护，也就是集中式的控制和保护。

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