智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)計方法研究

簡輝

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智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)計方法研究

簡輝

湖南華晨工程設(shè)計咨詢有限公司，湖南 長沙 410007

隨著人們對電力的需求越來越大，為了保證用電需求能夠得到切實滿足，必須切實提升變電站的運行效率及安全可靠性。從變電站運行的實際情況來看，自動化技術(shù)、電子技術(shù)、計算機技術(shù)等均得到了充分的應(yīng)用，而這也就使得電力系統(tǒng)的復(fù)雜性提高了很多，二次系統(tǒng)設(shè)計顯得尤為重要。主要以老龍井110?kV變電站作為研究案例，對智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)計方法予以探討，以期使智能變電站的運行更具實效性。

智能變電站；二次系統(tǒng)；設(shè)計方法

引言

智能化手段應(yīng)用在電力系統(tǒng)中能夠提升電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以智能電網(wǎng)的建設(shè)已成為電力行業(yè)的發(fā)展趨勢，智能變電站也越來越多地出現(xiàn)在電力系統(tǒng)中。本文結(jié)合筆者的工作實踐經(jīng)驗，分析了智能變電站的二次系統(tǒng)設(shè)計方法等內(nèi)容，為今后的智能變電站應(yīng)用提供參考。智能化之后的變電站主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸方面，從模擬信號升級到了數(shù)字信號，相應(yīng)的一些配套設(shè)備也進行了升級換代。這樣的改變能夠提升系統(tǒng)的運行效率和安全性。通信上的差異及智能化裝置的加裝，往往需要搭建通用的運行平臺，做到信息的共享與安全。

1 智能變電站及老龍井110kV變電站概述

在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)越發(fā)成熟之際，將這些技術(shù)予以充分應(yīng)用可解決變電站存在的問題，并提高變電站的智能化程度。所謂智能變電站，即要確保智能化設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化設(shè)備能夠切實整合起來，從而完成信息的收集、處理工作，確保數(shù)據(jù)更為完整，并保證相關(guān)的數(shù)據(jù)得到共享，從而使電網(wǎng)決策更為準確，并對電力設(shè)備運行的具體狀況予以有效管控。電網(wǎng)的運行需要大量的數(shù)據(jù)進行狀態(tài)監(jiān)控，這樣才能實現(xiàn)對整個電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制。智能變電站能夠在正常運行的狀態(tài)下采集大量的實時數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)傳遞給電網(wǎng)之后，電網(wǎng)就能夠更好地進行狀態(tài)決策，所以智能變電站是推動智能電網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)所在。所以智能變電站的設(shè)計及建設(shè)至關(guān)重要，應(yīng)重視并不斷提高變電站的智能化程度。老龍井110?kV變電站是新建變電站，按110?kV、10?kV兩個電壓等級設(shè)計，根據(jù)110?kV接入系統(tǒng)方案，本期老龍井110?kV出線2回：由現(xiàn)已架橫店村220?kV變-解放路110?kV變的110?kV線路剖進至老龍井變。老龍井-橫店村線路長度約為7.6?km，老龍井-解放路線路長度約為2.25?km。具體建設(shè)規(guī)模詳見表1。

2 智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

從功能角度來說，變電站主要包括站控層、間隔層以及過程層。站控層的組成設(shè)備主要是監(jiān)控主機、遠程通信設(shè)備、數(shù)據(jù)網(wǎng)服務(wù)器等，通過其能夠?qū)﹂g隔層、過程層展開有效的控制。在整個智能變電站系統(tǒng)中，站控層能起到一定的監(jiān)管作用，也可以和遠程控制方進行通信，其作用是很大的。間隔層的組成系統(tǒng)呈現(xiàn)出多樣性，比如有保護系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)以及計量系統(tǒng)等。在系統(tǒng)發(fā)生故障時，間隔層能夠獨自進行控制。過程層必然會發(fā)展成智能一次設(shè)備，確保設(shè)備的接口呈現(xiàn)出數(shù)字化特征。當(dāng)前，智能變電站采用的設(shè)備為一次設(shè)備加上智能組件這樣的方式，能監(jiān)控智能變電站的二次設(shè)備運行。

表1 老龍井110?kV變電站建設(shè)規(guī)模一覽表

2.2 虛端子

在對智能變電站二次系統(tǒng)進行設(shè)計時，相關(guān)人員必須關(guān)注保護裝置間的信息傳輸、分合閘出口傳輸，數(shù)據(jù)信息也要完整記錄。如果這些信息是通過一根光纜傳輸?shù)模敲淳筒恍枰獋鹘y(tǒng)的接線端子。當(dāng)然，二次系統(tǒng)回路原理并未因網(wǎng)絡(luò)傳輸出現(xiàn)變化。從智能裝置需實現(xiàn)功能的角度來說，SV采樣信號和GOOSE輸入輸出信號與傳統(tǒng)二次回路是有著明顯對應(yīng)關(guān)系的。這些智能裝置一般是涵蓋ICD文件的，因而在SV信號進行傳輸之時，應(yīng)依據(jù)常規(guī)模擬量來定義智能裝置的虛端子，而GOOSE輸入輸出信號和開關(guān)量輸入輸出端子是相互對應(yīng)的。為了能夠?qū)V、GOOSE信號予以有效的傳輸與應(yīng)用，在智能裝置ICD文件上建立與這些信號相對應(yīng)的“端子”，就是所謂的虛端子。

2.3 設(shè)計流程

從變電站二次設(shè)計來看，一般要從設(shè)備電壓等級、相關(guān)裝置的實際情況來完成設(shè)計工作。具體來說，要完成裝置物理連接圖、全站光纜清冊的繪制工作。此圖可以清晰地顯示所有的光纜布局，因此能夠迅速找到所有的光纜接口以及設(shè)備的具體布置位置，有助于對整個系統(tǒng)進行詳細的規(guī)劃與改進。要依據(jù)設(shè)計圖紙明確二次系統(tǒng)設(shè)計的具體技術(shù)方案，要確保二次設(shè)備到位，同時要依據(jù)各電壓等級的SV數(shù)據(jù)流程圖以及GOOSE流程圖來完成繪制工作。SV數(shù)據(jù)流圖能夠標(biāo)示變電站設(shè)備的電流和電壓數(shù)據(jù)之間的連接方式，并上傳信號。斷路器、隔離開關(guān)控制之間的聯(lián)系能夠利用GOOSE數(shù)據(jù)流來完善。

3 智能變電站二次系統(tǒng)安全防護設(shè)計

3.1 橫向安全防護

在安全Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)的中間要利用防火墻來進行隔離，而安全III區(qū)和以上兩區(qū)則要通過正/反向的隔離裝置來使得強隔離切實達成。本站各區(qū)信息分布如下。

在安全Ⅰ區(qū)中，利用中央計算主機獲取所有電網(wǎng)運行及設(shè)備狀態(tài)的信息，然后分析和處理數(shù)據(jù)，進而將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)調(diào)整電網(wǎng)穩(wěn)定的相關(guān)支持信息。網(wǎng)關(guān)機能夠通過調(diào)度中心交換數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)對指定主站的訪問及數(shù)據(jù)獲取，進而實現(xiàn)安全I區(qū)對整個電網(wǎng)系統(tǒng)的運行調(diào)度。在安全Ⅱ區(qū)中，利用中央計算機主機獲取到所有關(guān)聯(lián)設(shè)備的狀態(tài)信息，這樣就可以將安全、運行參數(shù)、潛在風(fēng)險等各方面的數(shù)據(jù)傳遞到服務(wù)器中，然后服務(wù)器對所有的基礎(chǔ)參數(shù)進行分析與預(yù)判，進而發(fā)出狀態(tài)調(diào)整指令。通信網(wǎng)關(guān)利用上述的數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)防火墻的有針對性篩選與過濾，保證遠程服務(wù)的安全性，確保服務(wù)器的數(shù)據(jù)交換安全性。然后Ⅲ/Ⅳ區(qū)的數(shù)據(jù)則利用正反向隔離來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全交換。這樣三個分區(qū)相互隔離，數(shù)據(jù)之間的傳遞都經(jīng)過安全驗證，在滿足了信息交互的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了系統(tǒng)的安全。

3.2 縱向安全防護

通過認證、加密這樣的方式能夠使數(shù)據(jù)縱向傳輸更為安全。安全Ⅰ、Ⅱ區(qū)計入電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)時，要配置好縱向加密認證裝置，這樣可使網(wǎng)絡(luò)層實現(xiàn)雙向身份認證，對數(shù)據(jù)進行加密處理，并對訪問予以有效管控，同時能夠和業(yè)務(wù)系統(tǒng)通信網(wǎng)關(guān)設(shè)備進行有效的配合，確保傳輸層、應(yīng)用層更安全。

4 結(jié)束語

總而言之，筆者從系統(tǒng)、信號傳輸及安防幾個方面對智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)計方法進行分析，并提出了相應(yīng)的解決措施。要做好從傳統(tǒng)變電站設(shè)計到智能變電站設(shè)計的轉(zhuǎn)變，就要求設(shè)計人員充分了解二次系統(tǒng)設(shè)備廠家的發(fā)展形勢，對這個環(huán)節(jié)的意義做到深刻理解，并嫻熟的掌握設(shè)計手段，利用虛端子的設(shè)計及其使用，對二次系統(tǒng)設(shè)計加以優(yōu)化，為變電站可以實現(xiàn)高品質(zhì)的供電及安全穩(wěn)定運行提供重要的保障。

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Research on Design Method of Secondary System of Intelligent Substation

Jian Hui

Hunan Huachen Engineering Design and Consulting Co., Ltd., Hunan Changsha 410007

With the increasing demand for electricity, in order to ensure that the demand for electricity can be met, the operational efficiency and safety of the substation must be improved. From the actual situation of substation operation, automation planning, electronic technology, computer technology, etc. have been fully applied, which makes the complexity of the power system much improved, and secondary system design is particularly important. Taking the Laolongjing 110?kV substation as a research case, the design method of the secondary system of the intelligent substation is discussed, in order to make the operation of the intelligent substation more effective.

intelligent substation; secondary system; design method

TM762

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