智能變電站自動化系統(tǒng)結構及工程調試

徐偉

廣州南方電力技術工程有限公司 廣東 廣州 510100

引言

智能變電站在智能電網中占據重要位置，屬于支撐節(jié)點，穩(wěn)定的自動化系統(tǒng)是智能變電站乃至電網安全穩(wěn)定運行的重要保障。隨著新建的智能變電站越來越多，對智能變電站自動化系統(tǒng)結構進行深入剖析，并在此基礎上討論分析其工程調試問題，對于繼保調試工作顯得十分必要。

1 智能變電站概述

與常規(guī)站相比，智能變電站采用光纖代替二次回路中的電纜，降低了物料消耗、施工工程量，節(jié)約了工程投資費用。一次設備智能電子設備將設備運行信息就地數字化，然后通過網絡傳輸信息，同時通過網絡接收操作指令。一次設備智能化、信息共享標準化、全站信息數字化等是智能變電站的重要特征[1]。

2 自動化系統(tǒng)結構分析

依據標準IEC 61850，智能變電站選用“三層+兩網”的結構模式，其中的“三層”包括站控層、間隔層、過程層，“兩網”包括站控層和過程層網絡即[2]。

標準IEC 61850，具有使用面向對象的建模技術、分層分布的結構、抽象的通信服務接口和映射技術等特點，這些技術特點很好地解決了智能站自動化設備的互操作性和協(xié)議轉換問題，使各廠家的自動化設備能夠無縫連接，使系統(tǒng)便于集成，大幅降低了建設費用。

2.1 站控層

站控層主要設備有操作員站、監(jiān)控主機、服務器、通信網關等。站控層通過通信網絡與間隔層進行信息交互，以完成對一次設備和間隔層設備的本地監(jiān)控。此外，它還與遠動設備交換信息，以完成變電站的遠程監(jiān)控。站控層具有校驗數據、檢測故障以及自行恢復故障等功能。

2.2 間隔層

間隔層包括控制、保護以及監(jiān)視裝置等，比如保護裝置、測控裝置、故障錄波裝置等。實現(xiàn)收集一次設備位置狀態(tài)信息、控制一次設備分合、上送相關信息至站控層并接受其指令等功能。

2.3 過程層

過程層主要包括合并單元、智能組件等設備，反映了一次電氣設備智能化程度，過程層將交、直流模擬量本地轉換為數字量，再通過過程層網絡上送間隔層和站控層。

3 自動化系統(tǒng)的功能和特點

采用61850標準的分層分布結構，依托先進的高速以太網通信技術，智能變電站自動化系統(tǒng)主要可實現(xiàn)本地后臺監(jiān)控、遠方集控/調度監(jiān)控、繼電保護、在線監(jiān)測、故障信息分析決策、遠動通信等功能。

3.1 設備狀態(tài)可視化

可實現(xiàn)對全站一、二次設備的實時監(jiān)視，包括開關、刀閘等一次設備的位置、動作信息以及保護裝置的動作信息等，可記錄變電站事件，顯示、查詢報警狀態(tài)。

3.2 可視化網絡安全監(jiān)視功能

通信網絡是智能變電站自動化系統(tǒng)的命脈，可實現(xiàn)對網絡設備的運行狀態(tài)、異常信息進行實時、可靠、直觀的監(jiān)控。

3.3 故障信息綜合分析

建立故障診斷和分析模型，通過收集故障、告警以及保護動作時的故障波形、保護事件、順序記錄以及相量測量等相關信息，估計故障類別、位置等，提出故障恢復方式方法。

3.4 經濟運行和優(yōu)化控制

通過主變有載調壓開關擋位調節(jié)和電抗器、電容器組的投切，可以調節(jié)電壓和無功。智能變電站利用的經濟運行和優(yōu)化控制技術，綜合運用主變負荷調節(jié)、VQC電壓無功控制裝置投切以及備自投投切的方式，選擇最優(yōu)控制策略，達到經濟運行，降低損耗的目的。

4 工程調試分析

4.1 工程概況

廣州某新建變電站按智能站設計，于2021年1月投產，該站自動化系統(tǒng)主要包含站控層、間隔層、過程層三部分，該站依據標準DL/T 860（即對應IEC 61850標準）組網，具體結構如圖1所示。

4.2 操作員/工程師站

操作員/工程師站是變電站內監(jiān)控和維護的人機界面，實現(xiàn)對全站所有設備的本地監(jiān)控和控制，逐項驗證測試其功能，如歷史事件記錄、歷史告警信息、設備狀態(tài)查看，遙控操作，報警點的退出/恢復等[3]。

4.3 測控裝置檢驗

測控裝置定值依照給定的定值單執(zhí)行，通過監(jiān)控后臺進行“四遙”試驗。遙信試驗，測試遙信光字牌動作值和遙信信號的對應性。遙測試驗，采用虛負荷法，對電流、電壓、功率、頻率、溫度的精度及對應性進行校驗。遙控試驗，通過操作員站進行遙控操作，對隔離開關、接地刀閘、斷路器等進行傳動試驗；軟壓板投退試驗，遠方信號復歸試驗等。遙調試驗，對主變有載開關分接頭進行升降擋位試驗。

4.4 遠動通信檢查

遠動規(guī)約符合標準和技術協(xié)議，滿足現(xiàn)場設備接入要求。備機切換為主機、雙機切換、備機切換為主機以及雙機運行不出現(xiàn)搶主機現(xiàn)象，不丟失報文；單機運行時，通信路由正常，雙網故障后，運行主遠動裝置應能在30min內自動切換。通信主站雙通道切換功能檢查，主通道故障，可以自動切換到備用通道，通道切換時間≤30S，切換前和切換中發(fā)生的遙信變化上送調度不多發(fā)、不漏發(fā)。

與集控主站進行“四遙試驗”，遙信傳輸試驗，和集控主站進行遙信值測試。遙測傳輸檢查，和集控主站進行遙測值測試。遙控功能檢查，由集控主站下發(fā)遙控令，對現(xiàn)場的斷路器、軟壓板等進行遙控試驗。由集控主站下發(fā)指令，對主變有載開關分接頭進行檔位遙調。

4.5 交換機系統(tǒng)調試

目前智能變電站內的網絡通信設備主要是以太網交換機，按智能站“三層兩網”，包含站控層網絡交換機和過程層網絡交換機，間隔內及跨間隔的信息通過網絡交換機進行傳輸。

光纖通道測試，應當按一用一備配置光纖，當光纖發(fā)生損壞時，可以及時使用備用光纖，而不會對正常運行產生明顯影響。進行通光試驗，確保光纖通道暢通；通過光衰損耗儀對光纖進行光衰耗測試，光衰應不大于3dB。應對光纖彎曲程度進行重點關注，如果光纖彎曲的程度較大則要檢測內部纖芯是否出現(xiàn)斷裂。主光纖、備用光纖均應保持密封工作良好運行，并且光纖盒、光纖頭應密封良好。

對交換機裝置的指示燈和告警信號進行測試。通過網絡測試儀，對網絡交換機進行吞吐量試驗、丟包率試驗，丟包率為0；就網絡流量進行試驗，在不相同的網絡負載時，監(jiān)控后臺應保持運行正常；就網路傳輸延時進行試驗，存儲轉發(fā)延時＜10μs，先進先出延時＜200μs；驗證網絡風暴抑制功能以及相應的抑制策略；MAC地址緩存量試驗，≥8K，組播組學習能力≥512B。

4.6 時間同步系統(tǒng)調試

智能變電站一般選用主、備式時間同步系統(tǒng)，主、備式時間同步系統(tǒng)一般由兩臺主時鐘、信號傳輸介質、多臺從時鐘組成，被授時設備通過時間同步系統(tǒng)進行系統(tǒng)對時。授時順序為從時鐘通過主時鐘授時，然后從時鐘給被授時設備系統(tǒng)對時。對時方式主要包含有SNTP（簡單網絡時間協(xié)議）對時、直流IRIG-B碼對時等[4]。

同步時鐘調試，首先，對裝置進行調試，確保對時裝置對時精度滿足各系統(tǒng)設備要求。其次檢查對時裝置告警等信息，與裝置面板和監(jiān)控后臺一致。對時鏈路檢查，對智能遠動通信設備、站控層設備、保護和測控裝置、智能錄波裝置、智能終端等需要對時的裝置逐一檢查，確保對時鏈路通達。

5 結束語

自動化系統(tǒng)是智能變電站的大腦和神經，一個安全可靠的自動化系統(tǒng)，是智能變電站穩(wěn)定運行的重要保障。經過設計、安裝、調試等過程，驗證自動化系統(tǒng)功能達到設計預期，才能正式投運。有了合理的結構設計和完善細致的工程調試，才能確保智能變電站自動化系統(tǒng)安全可靠，為智能變電站的穩(wěn)定運行，甚至電力的穩(wěn)定供應提供堅強的保障后盾。