潘柏辰

（廣西博陽電力工程建設(shè)有限責(zé)任公司　廣西　南寧　530022）

智能變電站二次系統(tǒng)的安全優(yōu)勢分析

潘柏辰

（廣西博陽電力工程建設(shè)有限責(zé)任公司廣西南寧530022）

本文簡要地分析了智能變電站的發(fā)展?fàn)顩r以及其二次系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，及對比智能變電站與常規(guī)變電站二次系統(tǒng)的區(qū)別，并對智能變電站二次系統(tǒng)的安全優(yōu)勢進(jìn)行深入地分析。

智能變電站；二次系統(tǒng)；安全優(yōu)勢

1　智能變電站發(fā)展現(xiàn)狀

1.1智能變電站二次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

對于智能變電站二次系統(tǒng)，其基本結(jié)構(gòu)主要是對分層分布式變電站結(jié)構(gòu)進(jìn)行一種改進(jìn)與繼承。智能變電站結(jié)構(gòu)一般包括三層：站控層、過程層以及間隔層。在邏輯關(guān)系上，過程層網(wǎng)絡(luò)屬于過程層與間隔層之間相關(guān)設(shè)備信息交流的媒介，而變電站層網(wǎng)絡(luò)則屬于間隔層和變電站層之間相關(guān)設(shè)備通信交流的中介，進(jìn)而構(gòu)建了智能變電站現(xiàn)有的三層設(shè)備與兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?；贗EC61850標(biāo)準(zhǔn)分層的變電站結(jié)構(gòu)，在過程層網(wǎng)絡(luò)上傳輸著兩種較為重要的數(shù)據(jù)：①SMV采樣值報文；②GOOSE報文。二者報文技術(shù)對變電站的全部信息進(jìn)行有效傳輸。其中，交流量的上送，即電流、電壓值由前者完成，而上送開關(guān)量和下發(fā)分合閘控制命令則由后者來完成。

1.2通信模式的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

智能變電站，也被稱作數(shù)字化變電站，是一類現(xiàn)代化特質(zhì)極濃的變電站，是建立在“IEC61850通信規(guī)劃”基礎(chǔ)上，由網(wǎng)絡(luò)二次設(shè)備分層以及包含智能終端、智能斷路器、智能變壓器等的智能化一次設(shè)備構(gòu)建而成，各項(xiàng)智能電氣設(shè)備之間可以實(shí)現(xiàn)交互操作以及互相分享信息。

智能變電站二次系統(tǒng)由過程層、間隔層、站控層三者構(gòu)成，運(yùn)用分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和開放式分層結(jié)構(gòu)，以IEC61850為標(biāo)準(zhǔn)。間隔層以點(diǎn)對點(diǎn)的模式與過程層相連；然而與站控層則之間則以雙以太網(wǎng)相連，被行內(nèi)稱作“三層兩網(wǎng)”結(jié)構(gòu)；OOSE系統(tǒng)則使用網(wǎng)絡(luò)通訊模式。

1.2.1站控層

由打印機(jī)、通訊監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)動系統(tǒng)、變電站監(jiān)控系統(tǒng)等構(gòu)成，實(shí)時數(shù)據(jù)運(yùn)用兩級高速網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)刷新操作，并進(jìn)一步匯合集中整站的數(shù)據(jù)信息。根據(jù)有光規(guī)約給控制調(diào)度中心發(fā)送數(shù)據(jù)并從中心接收相關(guān)命令，發(fā)送給過程層和間隔層去執(zhí)行。

1.2.2間隔層

由測控裝置、保護(hù)裝置以及其他職能設(shè)備組成，各間隔設(shè)備間相對獨(dú)立，直接下放到開關(guān)柜和職能控制柜上，通過通訊網(wǎng)互相聯(lián)系。間隔層的功能主要有：承上啟下的通信功能，快速實(shí)現(xiàn)與其他層的網(wǎng)絡(luò)通信；將本間隔過程層接收到的實(shí)時信息匯合集中。

1.2.3過程層

由過程層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、智能開關(guān)設(shè)備、電子互感器等組成，作為二次設(shè)備以及一次設(shè)備的結(jié)合體，運(yùn)用100M光纖以太網(wǎng)，以光纖傳輸介質(zhì)，不僅可以操作控制的驅(qū)動和執(zhí)行，還能實(shí)時檢測電氣量。其中操作控制不但包括隔離開關(guān)，還包含斷路器合分控制、電容投切控制等等。

2　智能變電站與常規(guī)變電站二次系統(tǒng)的區(qū)別

作為智能變電站的核心，二次系統(tǒng)跟常規(guī)變電站的比較，主要在改變了以下幾個方面：

（1）常規(guī)變電站通過運(yùn)用電纜連接傳輸信號，電纜跟信號一一對應(yīng)；而智能變電站二次系統(tǒng)中通過智能裝置傳輸信號，光纜或電纜沒法描述真實(shí)的功能互操作關(guān)系，只能反應(yīng)出裝置的物理連接關(guān)系。

（2）常規(guī)變電站中，智能裝置具有一定的功能，決定了產(chǎn)品的版本以及型號，決定了功能的配置狀況；智能變電站二次系統(tǒng)中的智能裝置不能反應(yīng)功能的配置，只是一個通用的運(yùn)行平臺。

（3）智能變電站二次系統(tǒng)中，通過配置數(shù)據(jù)承載、描述功能之間的通信關(guān)系以及部署情況，智能電網(wǎng)中每個環(huán)節(jié)也都重點(diǎn)關(guān)注這類配置數(shù)據(jù)。然而，常規(guī)變電站不用這類的數(shù)據(jù)。

3　智能變電站二次系統(tǒng)的安全優(yōu)勢

與普通傳統(tǒng)的變電站相比，智能變電站二次系統(tǒng)有著明顯的優(yōu)勢，尤其是安全生產(chǎn)工作便顯得極為重要。

3.1減少繼電保護(hù)裝置中的安全隱患

110kV及其以上的系統(tǒng)經(jīng)過最近幾年的不斷改造，繼電保護(hù)技術(shù)突飛猛進(jìn)，大致上實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的微機(jī)化，在很大程度上地提高了繼電保護(hù)的正確動作率，但是仍然沒能做到持續(xù)、長期地提高，主要有以下七個原因：

（1）二次回路設(shè)計(jì)中，存在電纜老化嚴(yán)重接地、執(zhí)行反措不到位、電纜太長、接線錯誤等現(xiàn)象，導(dǎo)致了保護(hù)誤動。

（2）跳間矩陣與控制字的錯誤設(shè)置，過多的定值項(xiàng)。

（3）檢查低壓減載壓板、季節(jié)性負(fù)荷等工作的量過于大，導(dǎo)致容易出現(xiàn)工作失誤。

（4）缺少備自投保護(hù)、母差保護(hù)等保護(hù)裝置的部分配電系統(tǒng)，導(dǎo)致上一級的保護(hù)很難起到保護(hù)的作用而使得事故擴(kuò)大，中斷了供電。

（5）CT特性不一致或者惡化導(dǎo)致了區(qū)外故障誤動或者錯過切除故障的最佳時機(jī)，延遲了最佳的切除時間。

（6）保護(hù)通道類存在問題。

（7）直流電源回路在變電站中故障接地，繼電器保護(hù)誤跳閘頻頻出現(xiàn)。

然而，相比之下，智能變電站二次系統(tǒng)中的二次電纜比較少，沒有重復(fù)地收集交流信息和增多硬件設(shè)備，分散功能到對應(yīng)的間隔保護(hù)單元當(dāng)中，使得網(wǎng)絡(luò)化低壓低頻減載功能、網(wǎng)絡(luò)化備自投、保護(hù)網(wǎng)絡(luò)化母線等得到有效實(shí)現(xiàn)，大致上消除了限制繼電保護(hù)不斷提高運(yùn)行水平的因素。與此同時，有效地減少了運(yùn)行維護(hù)工作者的“三誤”事故和把手，有效地保護(hù)了按鈕、壓板、定值，簡化了控制字。因?yàn)橹苯邮褂昧藬?shù)字量，所以反映出來的電氣量信息相對比較真實(shí)。另外，為了有效地增強(qiáng)抗干擾的能力，增大集成度，應(yīng)該在裝置中運(yùn)用更加先進(jìn)的原理；同時，可以實(shí)施在線自動化檢測修理、在線監(jiān)測等措施來增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性能，而設(shè)置光纖通道則在于解決由于通道設(shè)備以及通道故障而導(dǎo)致發(fā)生的高頻保護(hù)誤動。

取消大規(guī)模的電纜硬連接這一做法，有效地?cái)?shù)字化了整個作業(yè)過程，智能變電站二次系統(tǒng)包含了更好的保護(hù)功能，二次接線方面操作也更為簡潔易懂，變電站系統(tǒng)變得更為可靠安全。另外，智能變電站二次系統(tǒng)的設(shè)備的使用數(shù)量降低了許多，相應(yīng)的維修工作量減少了許多，而且采用的標(biāo)準(zhǔn)是IEC61850，站內(nèi)信息的孤島模式消失了，不同廠家之間的設(shè)備互操作得以有效的實(shí)現(xiàn)，不僅優(yōu)化了布局功能，而且二次系統(tǒng)得以簡化，提升了大電網(wǎng)的災(zāi)害防治功能，也提升了大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定水平。

3.2增大變電站的可靠性

（1）二次系統(tǒng)中，通信網(wǎng)絡(luò)不用規(guī)約轉(zhuǎn)換，運(yùn)用統(tǒng)一化的通信規(guī)約IEC61850，維護(hù)難度、調(diào)度難度、設(shè)計(jì)難度以及系統(tǒng)的難度減小了，通信速度增大了，所以系統(tǒng)的性能得到有效的提高。

（2）使用光纜傳輸，不僅能夠使數(shù)字信號不再受到電纜電磁的干擾，而且可以減少發(fā)生傳輸中信號失真、信號衰減的情況，在提高測量系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)和計(jì)量系統(tǒng)的上精度起到重要作用。

（3）相關(guān)的保護(hù)裝置針對電子式互感器暫態(tài)性能較好、較高精度、沒有磁飽和的特點(diǎn)來優(yōu)化有關(guān)的保護(hù)算法，保護(hù)性能得以有效的提高。

（4）按照GB/T14285中“除出口繼電器外，保護(hù)裝置內(nèi)的任一元件損壞時，保護(hù)裝置不應(yīng)誤動作跳閘”的要求，智能變電站二次系統(tǒng)內(nèi)的過程層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、智能終端、光纖連接、合并單元、二次轉(zhuǎn)換器等一系列設(shè)備中，除了出口繼電器之外的任何一個元件損壞時，不會引發(fā)保護(hù)誤動。實(shí)現(xiàn)了這個要求才能有效地增強(qiáng)保護(hù)裝置的可靠性能。

（5）設(shè)備有著較強(qiáng)的自我檢測能力?；ジ衅靼l(fā)生故障或者通訊故障時，合并器收不到數(shù)據(jù)而發(fā)出警告信號，可以實(shí)時檢測MMS網(wǎng)、SV網(wǎng)、GOOSE網(wǎng)，不僅減少了運(yùn)行工作人員的工作量，而且增強(qiáng)了運(yùn)行系統(tǒng)的可靠性。

3.3提升了變電站安全性

（1）由于采用了電子式互感器，與常規(guī)普通的互感器不同，智能變電站二次系統(tǒng)中沒有二次開路、諧振、磁飽和、二次接地短路等問題，數(shù)字量輸出、動態(tài)范圍寬、絕緣簡單，低壓部分使用光電隔離、電子式互感器高，有效地增強(qiáng)了安全性，消除了二次短路等設(shè)備不安全或者危害身體的問題。除此之外，沒有限制的二次輸出容量以及不會飽和的ECT，使得因CT飽和而產(chǎn)生的保護(hù)誤動、拒動的現(xiàn)象不復(fù)存在，整個電網(wǎng)也因此變得更加安全。

（2）在智能變電站二次系統(tǒng)中，電纜運(yùn)用用光纜來代替，避免了電纜破損、人員誤碰引發(fā)的CT回路兩點(diǎn)接地出現(xiàn)保護(hù)拒動或誤動的問題出現(xiàn)，并且由于直流接地，回路發(fā)生接地或短路的現(xiàn)象減少了許多，傳統(tǒng)普通的電纜中出現(xiàn)的接線端子短路、開路、發(fā)熱、松動的危險不復(fù)存在，由于直流接地導(dǎo)致的斷路器偷跳或者保護(hù)裝置誤動的現(xiàn)象也不再發(fā)生，有效的減小了二次回路出現(xiàn)缺陷的概率，系統(tǒng)及變電站的安全運(yùn)行水平得以整體地提升。

4　總結(jié)

智能變電站由網(wǎng)絡(luò)二次設(shè)備和智能化一次設(shè)備兩種設(shè)備組成，智能變電站二次系統(tǒng)由過程層、間隔層、站控層三者構(gòu)成，其中，間隔層與過程層、站控層間的連接方式不同，分別是雙以太網(wǎng)連接和點(diǎn)對點(diǎn)連接。與普通常規(guī)的變電站相比，智能變電站二次系統(tǒng)有著明顯的安全優(yōu)勢，不僅可以減少繼電保護(hù)裝置中很有可能出現(xiàn)的安全隱患，也能夠有效地增大變電站的可靠性能，還能夠有效地提升變電站的安全性能。

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TM63

A

1673-0038（2015）30-0278-02

2015-7-1

潘柏辰（1978-），男，工程師，本科，主要從事電力工程建設(shè)管理工作。