劉學(xué)進(jìn)，鄒忱忱

（國網(wǎng)江西省電力有限公司贛州供電分公司，江西贛州 341000）

0 引言

隨著智能變電站技術(shù)的快速發(fā)展，調(diào)控一體化及變電站無人值班管理模式的推進(jìn)，對(duì)變電站二次設(shè)備進(jìn)行合理的集成優(yōu)化已成為技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)提高電網(wǎng)運(yùn)行可靠性、降低變電站投資具有重要意義。

本文結(jié)合工程實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)和問題，以及目前智能變電站的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)三層結(jié)構(gòu)中各層設(shè)備進(jìn)行集成優(yōu)化，在保證功能正常實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，減少設(shè)備數(shù)量，降低設(shè)備投資，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高可靠性。

1 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備配置方案

1.1 站控層設(shè)備

1）一體化平臺(tái)主機(jī)

全站配置2臺(tái)一體化平臺(tái)主機(jī)（具備主機(jī)、操作員站、繼電保護(hù)故障信息系統(tǒng)子站、五防工作站等功能），其中一體化平臺(tái)主機(jī)1兼數(shù)據(jù)服務(wù)器功能，一體化平臺(tái)主機(jī)2兼綜合應(yīng)用服務(wù)器功能。站控層數(shù)據(jù)庫建庫以及主接線圖等按變電站遠(yuǎn)期規(guī)模設(shè)置參數(shù)，便于以后擴(kuò)建工程的實(shí)施[1，2]。

2）數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)

全站配置2臺(tái)綜合數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)、1臺(tái)Ⅲ/Ⅳ區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)。

3）網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)

在自動(dòng)化系統(tǒng)站控層設(shè)置1臺(tái)網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)，取消裝置柜上的打印機(jī)，通過自動(dòng)化系統(tǒng)的監(jiān)控主機(jī)打印全站各裝置的保護(hù)告警、事件、波形等。

1.2 間隔層設(shè)備

主變間隔、220 kV間隔采用保護(hù)與測(cè)控分開配置，測(cè)控裝置集成非關(guān)口計(jì)量功能。

110kV間隔采用保護(hù)測(cè)控一體化裝置，其中110kV線路保護(hù)測(cè)控裝置集成非關(guān)口計(jì)量功能。

10 kV間隔采用保護(hù)、測(cè)量、計(jì)量多合一裝置。

變電站采用故障錄波及網(wǎng)絡(luò)記錄分析一體化裝置，按電壓等級(jí)和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置，取消獨(dú)立的主變故障錄波裝置。配置1面故障錄波及網(wǎng)絡(luò)記錄分析柜，內(nèi)均含4套暫態(tài)錄波及網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分析單元、1臺(tái)管理主機(jī)。

1.3 過程層設(shè)備

1）合并單元智能終端一體化裝置

220 kV間隔合并單元智能終端一體化裝置按雙重化配置。

110 kV線路（分段）合并單元智能終端一體化裝置按單套配置。

10 kV除主變壓器間隔外不配置合并單元智能終端一體化裝置。

主變壓器高、中、低壓側(cè)合并單元智能終端一體化裝置按雙重化配置。主變本體智能終端按單套配置，集成非電量保護(hù)功能。

220 kV本期雙母線接線，遠(yuǎn)期雙母單分段接線。按雙重化配置2臺(tái)母線合并單元智能終端一體化裝置，2臺(tái)智能終端（其中1臺(tái)智能終端布置于遠(yuǎn)期220 kV IIA母PT間隔）。

110 kV本期單母分段接線，遠(yuǎn)期單母三分段接線。按雙重化配置2臺(tái)母線合并單元智能終端一體化裝置，2臺(tái)智能終端（其中1臺(tái)智能終端布置于遠(yuǎn)期110kV III段PT間隔）。

合并單元智能終端一體化裝置分散布置于配電裝置場地。

2）智能控制柜

就地布置的智能控制柜按間隔進(jìn)行配置。

每個(gè)間隔配置1面智能控制柜，每面智能控制柜內(nèi)包含合并單元智能終端一體化裝置及IED裝置等設(shè)備。

3）狀態(tài)監(jiān)測(cè)IED

每臺(tái)主變配置1臺(tái)狀態(tài)監(jiān)測(cè)IED，全站220 kV避雷器共配置1臺(tái)狀態(tài)監(jiān)測(cè)IED。

1.4 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

1）站控層/間隔層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)

站控層/間隔層交換機(jī)配置情況如表1所示。

表1 站控層/間隔層交換機(jī)配置表

2）過程層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)

按間隔對(duì)象配置過程層交換機(jī)，每臺(tái)交換機(jī)的光纖接入數(shù)量不超過16對(duì)，配備適量的備用端口，備用端口的預(yù)留考慮虛擬網(wǎng)的劃分，見表2。

表2 過程層交換機(jī)配置表

1.5 站控層集成優(yōu)化

根據(jù)國家電網(wǎng)調(diào)自〔2013〕185號(hào)《國調(diào)中心關(guān)于印發(fā)變電站二次系統(tǒng)和設(shè)備有關(guān)技術(shù)研討會(huì)紀(jì)要的通知》中提出的智能變電站站控層設(shè)備配置方案，220 kV變電站站控層設(shè)備配置如表3：

表3 220 kV變電站站控層設(shè)備配置表

從上表可以看出，盡管監(jiān)控主機(jī)集成了操作員站、工程師工作站，但是站控層主機(jī)仍有4臺(tái)，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)有5臺(tái)，裝置數(shù)量較多，投資較高，占地面積較大。

隨著調(diào)控一體化及變電站無人值班管理模式的推進(jìn)，根據(jù)“調(diào)控一體、運(yùn)維一體”的運(yùn)行要求，綜合考慮設(shè)備硬件處理能力。本工程對(duì)站控層設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化配置，將監(jiān)控主機(jī)、操作員站、工程師工作站、繼電保護(hù)故障信息子站、數(shù)據(jù)服務(wù)器、綜合應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行整合，使其成為一體化平臺(tái)主機(jī)，并實(shí)現(xiàn)高級(jí)應(yīng)用功能。同時(shí)，將Ⅰ、Ⅱ區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)整合為綜合數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)。

監(jiān)控主機(jī)負(fù)責(zé)站內(nèi)各類數(shù)據(jù)的采集、處理，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)視、操作與控制、信息綜合分析及智能告警，集成操作員站、工程師站工作站、保護(hù)信息子站和防誤閉鎖操作工作站等功能。

數(shù)據(jù)服務(wù)器用于變電站全景數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)，為站控層設(shè)備和應(yīng)用提供數(shù)據(jù)訪問服務(wù)。

綜合應(yīng)用服務(wù)器接收站內(nèi)一次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、站內(nèi)輔助應(yīng)用、設(shè)備基礎(chǔ)信息等，進(jìn)行集中處理、分析和展示。

在安全Ⅰ區(qū)中，監(jiān)控主機(jī)采集電網(wǎng)運(yùn)行和設(shè)備工況等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析和處理后進(jìn)行統(tǒng)一展示，并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)服務(wù)器。Ⅰ區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)通過直采直送的方式實(shí)現(xiàn)與調(diào)控中心的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，并提供運(yùn)行數(shù)據(jù)瀏覽服務(wù)。

在安全Ⅱ區(qū)中，綜合應(yīng)用服務(wù)器與輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和輔助設(shè)備進(jìn)行通信，采集電源、計(jì)量、消防、安防、環(huán)境監(jiān)測(cè)等信息，經(jīng)過分析和處理后進(jìn)行可視化展示，并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)服務(wù)器。Ⅱ區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)通過防火墻從數(shù)據(jù)服務(wù)器獲?、騾^(qū)數(shù)據(jù)和模型等信息，與調(diào)控中心進(jìn)行信息交互，提供信息查詢和遠(yuǎn)程瀏覽服務(wù)。

綜合應(yīng)用服務(wù)器通過正反向隔離裝置向Ⅲ/Ⅳ區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)發(fā)布信息，并由Ⅲ/Ⅳ區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)傳輸給其他主站系統(tǒng)。

綜上所述，本工程可以考慮將監(jiān)控主機(jī)、數(shù)據(jù)服務(wù)器、綜合應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行功能整合，由2臺(tái)一體化平臺(tái)主機(jī)來實(shí)現(xiàn)其功能，其中一體化平臺(tái)主機(jī)1兼數(shù)據(jù)服務(wù)器功能，一體化平臺(tái)主機(jī)2兼綜合應(yīng)用服務(wù)器功能。同時(shí)將Ⅰ、Ⅱ區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)整合為綜合數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)。

一體化平臺(tái)主機(jī)采用多核服務(wù)器，其性能滿足整個(gè)系統(tǒng)的功能要求，主機(jī)的處理能力、存儲(chǔ)容量采用“云計(jì)算、云存儲(chǔ)”技術(shù)，具有分布式海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)和集成計(jì)算引擎系統(tǒng)。變電站各應(yīng)用子系統(tǒng)通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)總線接口與一體化平臺(tái)主機(jī)進(jìn)行互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與讀取的要求。一體化平臺(tái)主機(jī)將采集到的數(shù)據(jù)按照安全分區(qū)及二次防護(hù)原則，通過內(nèi)置的防火墻軟件對(duì)安全Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行隔離存儲(chǔ)，由集成計(jì)算引擎系統(tǒng)對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，實(shí)現(xiàn)變電站全景數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與可視化展示。通過具備遠(yuǎn)動(dòng)通信、信息安全隔離、信息分類上送等功能的綜合數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)實(shí)現(xiàn)與調(diào)控中心進(jìn)行信息交互，提供信息查詢和遠(yuǎn)程瀏覽服務(wù)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行監(jiān)視、操作與控制、綜合信息分析與智能告警、運(yùn)行管理和輔助應(yīng)用等高級(jí)應(yīng)用功能。

通過集成優(yōu)化，本工程站控層設(shè)備配置2臺(tái)一體化平臺(tái)主機(jī)，集成監(jiān)控主機(jī)、操作員站、工程師站、保護(hù)及故障信息子站、數(shù)據(jù)服務(wù)器、綜合應(yīng)用服務(wù)器以及高級(jí)應(yīng)用功能；配置2臺(tái)綜合數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)，實(shí)現(xiàn)與調(diào)控中心的信息交互。

站控層設(shè)備集成優(yōu)化前后對(duì)比如表4：

表4 站控層設(shè)備集成優(yōu)化前后對(duì)比表

從上表可以看出，站控層設(shè)備優(yōu)化集成后，不僅裝置數(shù)量和造價(jià)明顯減少，而且屏柜數(shù)量也減少了。尤其是屏柜數(shù)量的減少，為優(yōu)化二次設(shè)備預(yù)制艙的屏柜布置提供了條件。

2 間隔層集成優(yōu)化

間隔層設(shè)備主要有保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、故障錄波裝置、網(wǎng)絡(luò)記錄分析裝置等。本工程間隔層設(shè)備集成優(yōu)化主要包括220 kV測(cè)控裝置集成計(jì)量、PMU采集功能；主變測(cè)控裝置整合；110 kV線路保護(hù)測(cè)控計(jì)量裝置集成；故障錄波與網(wǎng)絡(luò)記錄分析裝置整合等。

2.1 220 kV測(cè)控裝置集成計(jì)量、PMU采集功能

常規(guī)智能變電站中，220 kV測(cè)控裝置、220 kV計(jì)量裝置及PMU均為獨(dú)立裝置，裝置數(shù)量多，投資大。

隨著智能變電站技術(shù)的快速發(fā)展，目前國內(nèi)已有部分變電站試點(diǎn)采用了多功能測(cè)控裝置。多功能測(cè)控裝置具有測(cè)控、非關(guān)口計(jì)量、PMU采集功能，而本站也不存在關(guān)口計(jì)量點(diǎn)，廠家技術(shù)亦日趨成熟，國內(nèi)多個(gè)廠家已生產(chǎn)運(yùn)行，且實(shí)際運(yùn)行情況良好，故本工程將220 kV采用多功能測(cè)控裝置，集成測(cè)控、計(jì)量、PMU采集功能。PMU數(shù)據(jù)集中器則由綜合數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)集成。下圖為國內(nèi)某廠家多功能測(cè)控裝置定值設(shè)置菜單，如圖1所示：

圖1 某廠家多功能測(cè)控裝置定值設(shè)置菜單圖

本工程采用多功能測(cè)控裝置后，結(jié)合國家電網(wǎng)科〔2014〕108號(hào)《國家電網(wǎng)公司關(guān)于發(fā)布電網(wǎng)運(yùn)行有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)差異化協(xié)調(diào)統(tǒng)一條款的通知》的文件要求，集成優(yōu)化將每回220 kV線路的2臺(tái)220 kV線路保護(hù)裝置、1臺(tái)220 kV線路多功能測(cè)控裝置、2臺(tái)220 kV過程層交換共組1面柜，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了二次設(shè)備預(yù)制艙內(nèi)的屏柜優(yōu)化。按照變電站遠(yuǎn)期規(guī)模配置，220 kV線路屏柜集成優(yōu)化前后對(duì)比如表5：

表5 220 kV線路屏柜集成優(yōu)化前后對(duì)比表

從上表可以看出，將220 kV測(cè)控裝置集成非關(guān)口計(jì)量功能后，取消了電能表，結(jié)合國網(wǎng)文件要求，最終實(shí)現(xiàn)了220 kV線路保護(hù)測(cè)控裝置按間隔組柜，不僅節(jié)約屏柜，還優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

2.2 主變測(cè)控裝置整合集成計(jì)量功能

智能變電站的主變測(cè)控裝置采用主變各側(cè)及本體測(cè)控裝置獨(dú)立配置，測(cè)控裝置需要獨(dú)立組柜。如果主變各側(cè)及本體測(cè)控裝置整合為1臺(tái)測(cè)控裝置，將能實(shí)現(xiàn)每臺(tái)主變的2臺(tái)主變保護(hù)裝置、1臺(tái)測(cè)控裝置、2臺(tái)220 kV過程層交換機(jī)、2臺(tái)110 kV過程層交換機(jī)共同組柜1面，從而使每臺(tái)主變的保護(hù)測(cè)控柜由3面柜優(yōu)化為1面柜。特別是在模塊化智能變電站中，二次設(shè)備的集成對(duì)于預(yù)制艙內(nèi)屏柜布置優(yōu)化具有重要意義。

目前，主變各側(cè)及本體測(cè)控裝置整合為1臺(tái)測(cè)控裝置在技術(shù)方面已經(jīng)成熟可行，國內(nèi)幾大主流廠家均有相應(yīng)的產(chǎn)品生產(chǎn)。加上現(xiàn)在智能變電站的測(cè)控裝置已經(jīng)非常成熟可靠，故障率極低，故本工程將主變各側(cè)及本體測(cè)控裝置整合為1臺(tái)。按照遠(yuǎn)期規(guī)模配置，主變屏柜集成優(yōu)化前后對(duì)比如表6：

表6 主變屏柜集成優(yōu)化前后對(duì)比表

從表6可以看出，將主變各側(cè)測(cè)控裝置整合為1臺(tái)測(cè)控裝置后，最直接的效果就是實(shí)現(xiàn)了每臺(tái)主變的保護(hù)測(cè)控裝置組柜1面，變電站直接減少屏柜6面，尤其適用于屏柜組裝于二次設(shè)備預(yù)制艙。

2.3 110 kV線路保護(hù)測(cè)控計(jì)量裝置集成

目前35 kV及以下的保護(hù)測(cè)控計(jì)量多合一裝置已得到廣泛應(yīng)用，國內(nèi)主流廠家均已有成熟的系列產(chǎn)品，運(yùn)行狀態(tài)良好。保護(hù)測(cè)控計(jì)量集成裝置的出現(xiàn)，大大節(jié)省了設(shè)備數(shù)量、屏位空間和二次光纜，同時(shí)可顯著簡化變電站二次設(shè)備構(gòu)架，是今后智能變電站二次配置的主流發(fā)展方向。

本工程110 kV不存在關(guān)口計(jì)量點(diǎn)，故考慮110 kV線路間隔采用保護(hù)測(cè)控計(jì)量集成裝置，不配置獨(dú)立的電能表。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置的硬件平臺(tái)水平不斷提高，CPU的處理能力更強(qiáng)，通信功能更完善。CPU的處理能力和通信能力的提高，使得保護(hù)、測(cè)控、計(jì)量功能整合在裝置制造上成為可能。但為確保裝置的獨(dú)立性，國內(nèi)主流二次設(shè)備廠家保護(hù)測(cè)控一體化裝置保護(hù)、測(cè)控、計(jì)量均分別采用獨(dú)立的插件，除輸入輸出采用同一接口，共用電源插件外，其余保護(hù)插件、測(cè)控插件、計(jì)量插件均完全獨(dú)立，提高了裝置運(yùn)行的可靠性。

表7為國內(nèi)某廠家110 kV線路保護(hù)測(cè)控計(jì)量一體化裝置模塊配置。

表7某廠家110 kV線路保護(hù)測(cè)控計(jì)量一體化裝置模塊配置表

CPU模塊完成采樣，保護(hù)的運(yùn)算以及裝置的管理功能，包括事件記錄、錄波、打印、定值管理等功能。

測(cè)控DSP模塊完成測(cè)控遙測(cè)量的計(jì)算、開關(guān)和刀閘地刀遙控、同期判斷、GOOSE收發(fā)等測(cè)量和控制功能。

測(cè)控開入模塊提供開關(guān)量輸入功能開關(guān)量輸入，經(jīng)由24 V/48 V/110 V/220 V光耦（可配置）。

測(cè)控計(jì)量模塊提供最大五組計(jì)量脈沖輸出信號(hào)，每一組包括序量周期、時(shí)段投切、有功功率以及無功功率信號(hào)。

GOOSE模塊：用于實(shí)現(xiàn)GOOSE交互。

裝置可計(jì)算正反向有功、正反向無功、組合有功、組合無功，以及四象限無功，可分別計(jì)算A、B、C分相功率以及總功率；同時(shí)可以計(jì)算對(duì)應(yīng)分相以及總的電能和需量。裝置支持計(jì)量事件告警功能，包括A、B、C相以及總的失壓、斷相、失流、過流、過載、欠壓、過壓，電壓、電流逆相序，電流不平衡，掉電信號(hào)，需量/電量清零以及日凍結(jié)、月凍結(jié)信號(hào)等。

采用110 kV線路保護(hù)測(cè)控計(jì)量集成裝置后，對(duì)110 kV線路屏柜布置優(yōu)化提供了基礎(chǔ)。如果仍按通用設(shè)計(jì)原則組柜，將造成屏柜較空，空間利用率不大，故本工程按3臺(tái)110 kV線路保護(hù)測(cè)控計(jì)量集成裝置、1臺(tái)110 kV過程層交換機(jī)共組1面柜的原則配置。按照遠(yuǎn)期規(guī)模配置，110 kV線路屏柜集成優(yōu)化前后對(duì)比如表8：

表8 110 kV線路屏柜集成優(yōu)化前后對(duì)比表

從上表可以看出，在變電站110 kV線路不存在關(guān)口計(jì)量點(diǎn)的情況下，采用110 kV線路保護(hù)測(cè)控計(jì)量一體化裝置，對(duì)于預(yù)制艙的屏柜布置優(yōu)化具有顯著的作用，而且節(jié)約的設(shè)備投資及光纜數(shù)量。

2.4 故障錄波及網(wǎng)絡(luò)記錄分析裝置整合

為了提高硬件集成度，本工程采用故障錄波及網(wǎng)絡(luò)記錄分析一體化裝置，按照電壓等級(jí)和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置，不配置獨(dú)立的主變故障錄波裝置。

故障錄波裝置與網(wǎng)絡(luò)記錄分析裝置都是第三方監(jiān)視裝置。故障錄波裝置是監(jiān)視故障時(shí)保護(hù)動(dòng)作情況的第三方；網(wǎng)絡(luò)記錄分析裝置是正常情況下監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)報(bào)文通信的第三方。

故障錄波裝置與網(wǎng)絡(luò)記錄分析裝置都要采集過程層網(wǎng)絡(luò)的SV和GOOSE報(bào)文，在數(shù)據(jù)采集范圍上存在大量交集。

故障錄波裝置及網(wǎng)絡(luò)記錄分析裝置都需要配置采集設(shè)備和管理設(shè)備，采集設(shè)備都需要按照雙網(wǎng)相互獨(dú)立配置。

綜上所述，對(duì)故障錄波裝置和網(wǎng)絡(luò)記錄分析裝置進(jìn)行整合是完全可行的，而且，目前故障錄波及網(wǎng)絡(luò)記錄分析一體化裝置在國內(nèi)智能變電站中已得到廣泛應(yīng)用，國內(nèi)主流廠家亦有完備的生產(chǎn)線及售后服務(wù)。故本工程配置1面故障錄波及網(wǎng)絡(luò)記錄分析柜，內(nèi)含4臺(tái)故障錄波及網(wǎng)絡(luò)記錄分析單元、1臺(tái)管理主機(jī)。不配置獨(dú)立的主變故障錄波柜，將主變信息分別接入到220 kV和110 kV電壓等級(jí)的故障錄波及網(wǎng)絡(luò)記錄分析單元。由此，可減少1面主變故障錄波柜，亦避免了主變故障錄波裝置同時(shí)跨接220 kV及110 kV過程層網(wǎng)絡(luò)，保證了兩個(gè)電壓等級(jí)過程層網(wǎng)絡(luò)物理上的獨(dú)立性。按照遠(yuǎn)期規(guī)模配置，故障錄波及網(wǎng)絡(luò)記錄分析屏柜集成優(yōu)化前后對(duì)比表9：

表9 故障錄波及網(wǎng)絡(luò)記錄分析屏柜集成優(yōu)化前后對(duì)比表

從上表可以看出，由于故障錄波與網(wǎng)絡(luò)記錄分析裝置的整合，在實(shí)現(xiàn)原有功能的基礎(chǔ)上，裝置的工程造價(jià)大大降低，方案投資節(jié)約了24萬，同時(shí)節(jié)省了3面屏柜。從全壽命周期來看，整合集成方案具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

3 過程層設(shè)備集成優(yōu)化

過程層設(shè)備主要由合并單元、智能終端、狀態(tài)監(jiān)測(cè)IED等智能組件構(gòu)成。

過程層設(shè)備集成優(yōu)化有兩種方案：

方案一是將合并單元與智能終端的整合。

方案二是將合并單元、智能終端、狀態(tài)監(jiān)測(cè)IED三者集成。

方案一目前在國內(nèi)智能變電站中已普遍應(yīng)用，且廠家產(chǎn)品成熟可靠。方案二目前國內(nèi)主流廠家均無相關(guān)產(chǎn)品，缺少實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。故本工程過程層集成優(yōu)化內(nèi)容為將合并單元與智能終端的整合。

合并單元對(duì)來自互感器的電流和電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間相關(guān)組合并數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的物理單元。合并單元可以是互感器的一個(gè)組件，也可以是一個(gè)分立單元。兩者均能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)傳輸方式。智能終端主要完成斷路器、隔離刀閘的位置和狀態(tài)信號(hào)等數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)發(fā)，并完成保護(hù)測(cè)控單元經(jīng)GOOSE網(wǎng)絡(luò)下發(fā)的分、合閘命令。

目前國內(nèi)已投運(yùn)的智能變電站的合并單元和智能終端一般就地布置，以實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備的相關(guān)信息的就地?cái)?shù)字化。根據(jù)保護(hù)裝置的需求，220 kV及以上電壓等級(jí)按雙重化配置，110 kV及以下電壓等級(jí)按單套配置。故本站220 kV電壓等級(jí)及主變各側(cè)需要放置2套合并單元、2套智能終端、以及相關(guān)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)IED設(shè)備等，如此就會(huì)使智能控制柜或者開關(guān)柜的使用空間較為緊張。如果把雙重化配置的設(shè)備安放

在兩個(gè)獨(dú)立的智能控制柜內(nèi)，這無疑增加了占地和變電站建設(shè)成本，具體見圖2、圖3。

目前國內(nèi)已有多個(gè)廠家生產(chǎn)合并單元智能終端一體化裝置，并且在多個(gè)變電站投入運(yùn)行，運(yùn)行情況良好。合并單元智能終端一體化裝置一般采用雙CPU方式，通用平臺(tái)化的插件和靈活的組合，可以滿足不同電壓等級(jí)智能變電站的需求。合并單元和智能終端一體化裝置采用功能獨(dú)立的兩塊CPU，CPU選用實(shí)時(shí)性處理能力強(qiáng)大的PowerPC和FPGA。兩塊CPU中，一塊用于智能終端的處理，一塊用于合并單元的處理，功能獨(dú)立的設(shè)計(jì)可以有效防止當(dāng)采樣環(huán)節(jié)CPU故障導(dǎo)致該間隔主保護(hù)退出時(shí)，跨間隔保護(hù)對(duì)該間隔的故障切除，保證智能終端的優(yōu)先可靠性。合并單元和智能終端一體化裝置可靈活適用于的各種組網(wǎng)方案，CPU可以獨(dú)立對(duì)外進(jìn)行直采直跳的網(wǎng)絡(luò)連接或者組網(wǎng)連接（GOOSE網(wǎng)絡(luò)或者SV網(wǎng)絡(luò)）。當(dāng)網(wǎng)口使用數(shù)量大于CPU本板網(wǎng)口數(shù)量時(shí)，可采用CC插件對(duì)網(wǎng)口進(jìn)行擴(kuò)展。當(dāng)采用三網(wǎng)合一的組網(wǎng)方案時(shí)，雙CPU之間通過高速總線進(jìn)行通信。該數(shù)據(jù)總線由FPGA構(gòu)建而成，速率可達(dá)20 Mbps以上，保證跨CPU間通訊實(shí)時(shí)可靠，接入網(wǎng)絡(luò)的CPU板通過網(wǎng)口將SV、GOOSE、對(duì)時(shí)報(bào)文進(jìn)行分流處理，以減少單CPU的負(fù)荷。

圖2 合并單元智能終端整合前后布置圖

圖3合并單元智能終端一體化裝置實(shí)物背板圖

采用合并單元智能終端一體化裝置后，將節(jié)約智能控制柜和開關(guān)柜的寶貴空間和交換機(jī)端口，特別是有效減少戶外智能控制柜內(nèi)設(shè)備的散熱量。故本工程采用合并單元智能終端一體化裝置。按照遠(yuǎn)期規(guī)模配置，合并單元智能終端集成優(yōu)化前后對(duì)比如表10：

表10 合并單元智能終端集成優(yōu)化前后對(duì)比表

從上表可以看出，采用合并單元智能終端一體化裝置后，過程層設(shè)備數(shù)量幾乎減少了一半，按單臺(tái)設(shè)備3萬來算，遠(yuǎn)期節(jié)省投資近192萬。更為重要的是，合并單元智能終端的集成，對(duì)于減少戶外智能控制柜的散熱量有著積極作用，而散熱量一直是影響戶外智能控制柜全壽命周期的重要因素。合并單元智能終端的集成對(duì)降低變電站全壽命周期運(yùn)行成本具有重要意義。

4 結(jié)語

本工程按照國網(wǎng)集成優(yōu)化設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想和意見，結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)各層設(shè)備功能進(jìn)行優(yōu)化整合，減少裝置數(shù)量，降低設(shè)備投資。二次設(shè)備集成優(yōu)化方案如下：

站控層一體化平臺(tái)主機(jī)集成監(jiān)控主機(jī)、操作員站、工程師工作站、保護(hù)及故障信息子站、數(shù)據(jù)服務(wù)器、綜合應(yīng)用服務(wù)器及高級(jí)應(yīng)用功能。

220 kV測(cè)控裝置集成計(jì)量、PMU采集功能。

主變測(cè)控裝置整合。

110 kV線路保護(hù)測(cè)控計(jì)量裝置集成。

故障錄波與網(wǎng)絡(luò)記錄分析裝置整合。

合并單元與智能終端的整合。

本工程通過對(duì)二次設(shè)備的集成優(yōu)化和屏柜布置優(yōu)化，僅二次設(shè)備屏柜就減少24面，二次設(shè)備投資直接節(jié)約315.4萬元。而裝置數(shù)量的減少，還帶來了光口和設(shè)備間連接光纜數(shù)量的優(yōu)化；屏柜的減少還減少了預(yù)制艙的數(shù)量，優(yōu)化了預(yù)制艙的屏柜布置。

二次設(shè)備的集成優(yōu)化，體現(xiàn)了全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化的特征，是智能變電站發(fā)展的必然結(jié)果，提高了二次設(shè)備的可靠性、經(jīng)濟(jì)性，為大運(yùn)行創(chuàng)造了條件。