刍议智能变电站自动化系统设计及其技术

【摘 要】本文深入探讨智能变电站自动化系统的总体配置、网络结构、功能要求等方面，按照远方监控、无人值班的要求从工程实践的角度去设计智能变电站自动化系统，从而论证其可行性及其正确性。

【关键词】智能变电站；自动化系统；智能化

中图分类号：TM63 文献标识码：A

0.引言

本文深入探讨智能变电站自动化系统的总体配置、 网络结构、功能要求等方面，从工程实践的角度去论证其可行性及其正确性。

智能变电站自动化系统的构架

智能变电站内主要的一、二设备应为智能设备，这是变电站实现数字化的基础。 设备间信息传输的方式主要为网络通信方式，取代传统的二次电缆等硬接线。

智能变电站的设备分为三层:站控层，间隔层，过程层。 各层之间的联系均采用光缆。站控层包括站级计算机和人机设备、服务器或路由器等设备。 站控层实现变电站的监测控制、报警、操作闭锁、记录和自诊断功能、继电保护整定值变更、故障分析及变电站的远方控制等。

2.智能变电站自动化系统

2.1 管理模式

变电站自动化系统的设备配置和功能要求按远方监控、无人值班智能变电站模式设计。 符合大运行发展方向，满足调控一体化运行模式的要求。

2.2 总体配置

智能变电站一体化监控系统的应用功能按照数据采集和统一存储、数据消息总线和统一访问接口、五类应用功能分为 3 大功能层次。 充分考虑大运行生产方式，按调控一体化需求整合运行监视、操作与控制、信息综合分析与智能告警、运行管理、辅助应用五大功能。 遵循 DL/T860 标准，实现全站信息统一建模；建立变电站全景数据，实现全站信息统一存储；规范站内通信规约，实现全站数据访问服务。

2.3 监控范围

变电站计算机监控系统的监控范围除按照 DL/T5149-2001《220-500kV 变电所计算机监控系统设计技术规程 》执行外 ，还应根据无人值班模式变电站要求，调度端应能全面掌握变电站的运行情况，监控范围在有(少)人值班基础上还需增加：

(1)站用变、交直流一体化电源系统的重要馈线开关状态。

(2)变电站内重要房间通风采暖等动力环境。

(3)智能辅助系统功能，包括图像监视、电子脉冲防盗围栏、温湿度监测、水浸、风速等。

2.4 网络结构

采用开放式分层分布式网络结构，逻辑上由站控层、间隔层、过程层以及网络设备构成。 全站网络独立配置，全站的网络结构采用 DL/T860 标准，传输速率不低于 100Mbps。

站控层网络是间隔层设备和站控层设备之间的网络， 实现站控层内部以及站控层与间隔层之间的数据传输；间隔层网络用于间隔层设备之间的通信，与站控层网络相连；过程层网络是间隔层设备和过程层设备之间的网络，实现间隔层设备与过程层设备之间的数据传输。

站控层采用双重化星形以太网络，MMS 网与对时网合一。220kV 间隔层采用双重化星形以太网络，MMS 网、GOOSE 网与对时网合一；110kV 间隔层采用单星形以太网络，MMS 网、GOOSE 网与对时网合一；10kV 间隔层采用单星形以太网络，MMS 网、GOOSE 网与对时网合一。

220kV 智能变电站 220kV 过程层采用双重化星形以太网络 ，GOOSE 网、SV 网与对时网合一 ；110kV 过程层采用单星形以太网络 ，GOOSE 网、SV 网与对时网合一；35kV 过程层不组网 。 主变 220kV 侧及主变本体非电量、主变高中侧中性点智能组件并入 220kV 电压等级过程层网络，主变 110kV 侧过程层并入 110kV 电压等级过程层网络，主变 35kV 侧 GOOSE、SV 采用点对点连接。

110kV 智能变电站 110kV 过程层采用单星形以太网络 ，GOOSE网、SV 网与对时网合一；35kV、10 kV 过程层不组网。 主变 110kV 侧及主变本体非电量、主变中性点智能组件并入 110kV 电压等级过程层网络，主变 35kV、10 kV 侧 GOOSE、SV 采用点对点连接。

2.5 设备配置

(1)智能变电站站控层设备包括监控主机兼操作员站/工程师工作站 2 台、I 区数据通信网关机 2 台、II 区数据通信网关机 1 台、III/IV 区数据通信网关机 1 台、数据服务器 2 台、图形网关机 2 台、综合应用服务器 1 台、PMU 数据集中器 1 台、二次安全防护设备、工业以太网交换机及打印机等。 110kV 智能变电站目前不配置 PMU 数据集中器。

(2)间隔层设备包括继电保护装置、测控装置、故障录波装置、网络记录分析仪及稳控装置等。 在站控层及网络失效的情况下，仍能独立完成间隔层设备的就地监控功能。

(3)过程层设备包括智能终端、智能组件等。 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。对既有遥测量采集又有遥信量采集的设备采用智能终端合并单元一体化装置，每周波采样点可配置，采样同步误差不大于 1μs，支持 DL/T860.92、GB/T20840.8，输入/输出可灵活配置，应满足就地安装的防护要求。

(4)任两台需通信的间隔二次设备，通信时经过的交换机不超过 3台。

3.智能变电站自动化系统的设计要求

3.1 功能结构

智能变电站一体化监控系统的应用功能结构分为三个层次：数据采集和统一存储、数据消息总线和统一访问接口、五类应用功能。五类应用功能包括：运行监视、操作与控制、信息综合分析与智能告警、运行管理、辅助应用。

3.2 运行监视

通过可视化技术，实现对电网运行信息、保护信息、一、二次设备运行状态等信息的运行监视和综合展示。 包含以下三个方面：

3.2.1 运行工况监视

(1)实现智能变电站全景数据的统一存储和集中展示。

(2)提供统一的信息展示界面 ，综合展示电网运行状态 、设备监测状态、辅助应用信息、事件信息、故障信息。

(3)实现装置压板状态的实时监视，当前定值区的定值及参数的召唤、显示。

3.2.2 设备状态监测

(1)实现一次设备的运行状态的在线监视和综合展示。

(2)实现二次设备的在线状态监视，通过可视化手段实现二次设备运行工况、站内网络状态和虚端子连接状态监视。

(3)实现辅助设备运行状态的综合展示。

3.2.3 远程浏览

调度(调控)中心可以通过数据通信网关机，远方查看智能变电站一体化监控系统的运行数据以及分析处理信息。

3.3 操作与控制

实现智能变电站内设备就地和远方的操作控制。 包括顺序控制、无功优化控制、正常或紧急状态下的开关/刀闸操作、防误闭锁操作、智能操作票、信息综合分析与智能告警、事故信息综合分析决策等。 调度(调控)中心通过数据通信网关机实现调度控制、远程浏览等。

3.4 辅助应用

通过标准化接口和信息交互，实现对站内电源、安防、消防、视频、环境监测等辅助设备的监视与控制。在目前工程实践中，图像监视、安防、环境监测设备通常由一家厂商提供，可以看做一个综合视频监控系统，火灾报警系统由当地消防系统认证得厂商提供，一般以图像监视厂家为主体，实现其他子系统和采暖通风设备的接入。辅助控制普遍按照“视频服务器+环境监测单元+后台服务器”的模式进行配置，摄像机以模拟摄像机为主。 视频服务器用来接收模拟摄像机或网络摄像机的内容，进行视频压缩处理工作；环境监测单元接入各子系统和设备，完成联动功能。后台服务器通过连接视频服务器和环境监测单元， 将图像监视与其他系统融合，实现视频监视相关联动功能。

结语

根据国网公司三集五大发展要求，智能变电站应按满足大运行生产需要建设。 自动化系统的设备配置和功能要求按远方监控、无人值班智能变电站模式设计，采用分层分布式网络结构，扩展性强。自动化系统具有数据采集和统一存储、数据消息总线和统一访问接口、五类应用功能等丰富的系统功能， 且应严格遵循 DL/T860 的要求设计建设，以保证系统与各厂家产品的互操作性，提高共享性。

【参考文献】

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［2］乔峻.智能变电站交直流一体化电源系统的研究与应用[J].科技资讯,2011,7(31):25-28.

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