胡九龍，楊昀，徐銀鳳，彭靜，鄒丹

(國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司株洲供電分公司，湖南 株洲412000)

智能變電站采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動(dòng)完成信息采集、測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量和檢測(cè)等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)功能，是未來電網(wǎng)發(fā)展的趨勢(shì)〔1〕。2012 年11 月，湖南省第1 座220 kV 智能變電站都塘變順利投產(chǎn)。

為了反映各種故障和異常，智能變電站配置了不同信號(hào)，以便檢修維護(hù)人員及時(shí)排查。如果所有的信號(hào)上傳至調(diào)控中心，將給調(diào)控人員帶來極大的不便，尤其是隨著電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，問題日益突出。因此有必要對(duì)智能站的調(diào)控信號(hào)進(jìn)行篩選、分類、合并，減少其數(shù)量，以保證變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 智能變電站結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

現(xiàn)階段的智能變電站采用“三層兩網(wǎng)”結(jié)構(gòu)〔1〕。

1)站控層:站控層包括站級(jí)監(jiān)視控制系統(tǒng)、站域控制、通信、對(duì)時(shí)系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)面向全站設(shè)備的監(jiān)視、控制、告警及信息交互功能，完成數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制(SCADA)、操作閉鎖以及同步相量采集、電能量采集、保護(hù)信息管理等相關(guān)功能。

2)間隔層:間隔層設(shè)備一般指繼電保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、故障錄波裝置等，實(shí)現(xiàn)保護(hù)、運(yùn)行監(jiān)視、操作與控制等功能。

3)過程層:過程層設(shè)備包括合并單元、智能終端等，實(shí)現(xiàn)電壓、電流信號(hào)的采集和模數(shù)轉(zhuǎn)化、一次設(shè)備告警信號(hào)的采集、一次設(shè)備的操作、控制等功能。

4)站控層網(wǎng)絡(luò):站控層網(wǎng)絡(luò)是指站控層設(shè)備與間隔層設(shè)備之間信息交互的網(wǎng)絡(luò)，它傳輸?shù)氖荕MS 和GOOSE 報(bào)文，用于站域的監(jiān)視與控制。

5)過程層網(wǎng)絡(luò):過程層網(wǎng)絡(luò)是指間隔層設(shè)備與過程層設(shè)備之間信息交互的網(wǎng)絡(luò)，它傳輸?shù)氖荢MV 采樣值報(bào)文、GOOSE 報(bào)文，過程層網(wǎng)絡(luò)對(duì)實(shí)時(shí)性、可靠性要求很高，并且為了實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置的可靠運(yùn)行，要求保護(hù)裝置與相應(yīng)的合并單元、智能終端之間采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式光纖連接，也就是“直采直跳”。

2 智能變電站信號(hào)分析

2.1 過程層設(shè)備的特有信號(hào)

常規(guī)變電站直接將電壓、電流二次模擬信號(hào)通過二次電纜上傳至保護(hù)、測(cè)控裝置，保護(hù)、測(cè)控裝置的控制命令也通過二次電纜傳輸至相應(yīng)斷路器。而智能變電站是通過合并單元就地將TV，TA 二次模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，通過光纖上傳至間隔層設(shè)備;間隔層設(shè)備的控制命令也是通過光纖傳輸至相應(yīng)智能終端，控制相應(yīng)斷路器。因此和常規(guī)變電站相比，智能變電站就多了過程層設(shè)備相關(guān)信號(hào)。

變電站的合并單元、智能終端都有2 個(gè)硬接點(diǎn)信號(hào)，分別是“裝置異?！焙汀笆щ姼婢?。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)，設(shè)備告警燈點(diǎn)亮，同時(shí)發(fā)送GOOSE 告警自檢信號(hào)，并根據(jù)其嚴(yán)重程度決定是否閉鎖裝置功能，防止事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。合并單元、智能終端還定義了豐富的邏輯GOOSE 信號(hào)，以便于調(diào)控人員運(yùn)行監(jiān)視，也便于檢修人員排除故障〔4〕，見表1。

表1 DBU-814 開關(guān)智能終端GOOSE 信號(hào)

2.2 間隔層設(shè)備的特有信號(hào)

為了監(jiān)視光纖中的鏈路及傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是否正常，間隔層的保護(hù)、測(cè)控裝置定義了一些特有信號(hào)。

例如WXH-803BG 微機(jī)線路保護(hù)裝置中定義了SV 采樣丟幀、TV 和TA 品質(zhì)異常、SV 中斷閉鎖、直跳口一GOOSE 斷鏈、對(duì)時(shí)信號(hào)異常等異常信號(hào)。

2.3 過程層網(wǎng)絡(luò)及站控層網(wǎng)絡(luò)信號(hào)

過程層網(wǎng)絡(luò)及站控層網(wǎng)絡(luò)只有一些交換機(jī)的硬接點(diǎn)信號(hào)，比如失電告警、裝置異常等，至于光纖中的鏈路信息、數(shù)據(jù)是否正常等，都由相應(yīng)的保護(hù)、測(cè)控裝置判斷并發(fā)出相應(yīng)信號(hào)。

3 智能變電站調(diào)控信號(hào)的精簡(jiǎn)

3.1 規(guī)范智能變電站信號(hào)

電力系統(tǒng)目前還沒有針對(duì)智能變電站的調(diào)控信號(hào)規(guī)范，但根據(jù)文獻(xiàn)〔2〕中的220 kV 線路保護(hù)相關(guān)“智能信號(hào)”，總結(jié)其精簡(jiǎn)思路和方法，并將其推廣應(yīng)用至全站的篩選、分類、合并〔2〕。

〔2〕可知，除了合并單元、智能終端的硬接點(diǎn)信號(hào)、對(duì)時(shí)異常等信號(hào)外，主要是SV 數(shù)據(jù)異常、SV 鏈路中斷、GOOSE 數(shù)據(jù)異常、GOOSE 鏈路中斷信號(hào)。

3.2 確定目標(biāo)信號(hào)

對(duì)于合并單元、智能終端，由于其自檢告警、過程層網(wǎng)絡(luò)異常、串口通訊異常、網(wǎng)口中斷時(shí)，會(huì)導(dǎo)致過程層設(shè)備發(fā)“裝置異?！毙盘?hào)，同時(shí)相應(yīng)的保護(hù)、測(cè)控裝置會(huì)發(fā)“鏈路中斷”、“數(shù)據(jù)異?！毙盘?hào)，所以對(duì)于過程層設(shè)備只取其“裝置異?！?、“失電告警”硬接點(diǎn)信號(hào);對(duì)于保護(hù)、測(cè)控裝置，在分析其二次結(jié)構(gòu)之后，找出與其相關(guān)的所有鏈路，每一鏈路取“鏈路中斷”和“數(shù)據(jù)異?！毙盘?hào)。這樣就可以確定每一間隔的目標(biāo)信號(hào)。本文以都塘變220 kV 線路為例，介紹智能設(shè)備目標(biāo)信號(hào)的確定方法。

1)都塘變220 kV 線路一二次設(shè)備工作原理:

都塘變220 kV 線路二次結(jié)構(gòu)如圖1，有2 套合并單元，分別采集線路TA 的2 個(gè)二次保護(hù)繞組電流，并且分別轉(zhuǎn)接來自2 套母線合并單元的電壓，通過光纖分別傳輸?shù)? 套線路微機(jī)保護(hù)裝置。保護(hù)裝置判斷故障需要跳閘時(shí)，直接將跳閘命令分別傳輸?shù)骄€路智能終端，驅(qū)動(dòng)跳閘線圈實(shí)現(xiàn)跳閘，真正實(shí)現(xiàn)保護(hù)“雙重化配置”和“直采直跳”。同時(shí)線路合并單元及母線合并單元、智能終端分別將采集的信息傳輸?shù)? 個(gè)220 kV 過程層網(wǎng)絡(luò)中，220 kV線路測(cè)控裝置從過程層網(wǎng)絡(luò)獲取遙測(cè)、遙信信息，并傳輸給變電站后臺(tái)機(jī)進(jìn)而傳輸?shù)秸{(diào)控中心。同樣，調(diào)度的遙控命令傳輸?shù)秸究貙雍?，也由測(cè)控裝置傳輸?shù)竭^程層網(wǎng)絡(luò)，線路智能終端從過程層網(wǎng)絡(luò)獲取跳閘或者合閘命令后，驅(qū)動(dòng)斷路器跳合閘線圈，實(shí)現(xiàn)遙控操作。

2)確定都塘變220 kV 線路“目標(biāo)信號(hào)”:

根據(jù)文獻(xiàn)〔2〕以及調(diào)控實(shí)際工作，確定都塘變220 kV 線路的“目標(biāo)信號(hào)”，其中智能設(shè)備相關(guān)的“目標(biāo)信號(hào)”如表2:

表2 線路智能設(shè)備“目標(biāo)信號(hào)”

3.3 信號(hào)精簡(jiǎn)具體實(shí)施

保護(hù)、測(cè)控裝置中并沒有直接的“鏈路中斷”、“數(shù)據(jù)異?！毙盘?hào)，所以需要對(duì)原始調(diào)控信號(hào)進(jìn)行分類、合并，將所有會(huì)導(dǎo)致鏈路中斷的信號(hào)合并為“鏈路中斷”，將所有會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)異常的信號(hào)合并為“數(shù)據(jù)異?！薄?〕。都塘變220 kV 線路A套保護(hù)“智能化”的信號(hào)見表3 所示。線路測(cè)控信號(hào)合并實(shí)施方法同理線路保護(hù)信號(hào)合并。

表3 線路A 套保護(hù)“智能化”信號(hào)

3.4 跨間隔保護(hù)裝置信號(hào)精簡(jiǎn)

對(duì)于母差保護(hù)、主變保護(hù)，其采集的信息是來自多個(gè)間隔，控制的斷路器也是多間隔的?？梢栽趯⑾嚓P(guān)信號(hào)合并為“鏈路中斷”、“數(shù)據(jù)異?！敝?，對(duì)相同影響的信號(hào)進(jìn)行再次合并。如220 kV母差保護(hù)，當(dāng)A 套保護(hù)的某一個(gè)間隔至母差的電流鏈路中斷，那么A 套保護(hù)將閉鎖，所以可將A套母差保護(hù)至每一個(gè)間隔相同性質(zhì)的鏈路中斷合并為1 個(gè)“鏈路中斷”信號(hào)，這樣可以大大減少信號(hào)數(shù)量〔5〕。都塘變220 kV 母線A 套保護(hù)“智能化”信號(hào)整理舉例見表4 所示。

表4 母線A 套保護(hù)“智能化”信號(hào)整理舉例

4 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)文獻(xiàn)〔2〕規(guī)定，結(jié)合220 kV 都塘一次設(shè)備規(guī)模，可計(jì)算出都塘變應(yīng)有的信號(hào)數(shù)量為1 724個(gè)，而都塘變驗(yàn)收投運(yùn)時(shí)實(shí)際的信號(hào)數(shù)量為4 712個(gè)。株洲調(diào)控中心通過對(duì)都塘變的調(diào)控信號(hào)進(jìn)行分析與精簡(jiǎn)后，最終的信號(hào)數(shù)量為1591 個(gè)，減少了66.2%，大大提高了調(diào)控人員的信號(hào)篩選效率，降低了電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

隨著電網(wǎng)規(guī)模的越來越龐大，尤其是智能變電站的推廣與普及，精簡(jiǎn)調(diào)控信號(hào)顯得非常重要。應(yīng)積累智能變電站的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，為智能變電站信號(hào)點(diǎn)表規(guī)范的出臺(tái)提供依據(jù)。

參 考 文 獻(xiàn)

〔1〕國(guó)家電力公司. Q/GDW 383—2009 智能變電站技術(shù)導(dǎo)則〔S〕. 北京:中國(guó)電力出版社，2009.

〔2〕國(guó)家電網(wǎng)公司國(guó)家電力調(diào)度控制中心. 變電站調(diào)控?cái)?shù)據(jù)交互規(guī)范(試行)調(diào)自〔2012〕101 號(hào)〔S〕. 2012.

〔3〕國(guó)家電力公司. Q/GDW 678—2011 智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)功能規(guī)范〔S〕. 北京:中國(guó)電力出版社，2011.

〔4〕張海波;陶文偉;地區(qū)電網(wǎng)設(shè)備異常和事故信號(hào)智能處理系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)〔J〕. 電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)，2009，24 (2):35-40.

〔5〕王加友;無人值班變電站安全運(yùn)行集中監(jiān)控問題的探討〔J〕.電力安全技術(shù)，2007 (4):32-34.