齊 煒，陳科技

（1.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)浙江省電力設(shè)計(jì)院有限公司，杭州 310012；2.寧波市電力設(shè)計(jì)院有限公司，浙江 寧波 315000）

0 引言

隨著智能變電站的不斷發(fā)展，社會(huì)的不斷進(jìn)步，對(duì)變電站的設(shè)計(jì)要求不斷提高，數(shù)字化技術(shù)已經(jīng)融入到社會(huì)生產(chǎn)、建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域。在國(guó)內(nèi)以數(shù)字化技術(shù)為基礎(chǔ)，開(kāi)展電網(wǎng)數(shù)字化研究，進(jìn)行數(shù)字化變電站設(shè)計(jì)已經(jīng)進(jìn)入了推廣階段[1]。

目前變電站二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式普遍采取的是一種全授權(quán)人工工作模式，原理圖、端子排圖人工繪制，虛端子設(shè)計(jì)工作完全依賴于二次系統(tǒng)集成商，配置工作結(jié)果完全由集成商現(xiàn)場(chǎng)修改、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，這樣帶來(lái)了設(shè)計(jì)和配置的一致性和標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題，很難保證設(shè)計(jì)藍(lán)圖與最終變電站實(shí)際情況保持一致。并且不同階段設(shè)計(jì)資料移交不充分，缺乏統(tǒng)一的管理手段，給現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作以及以后的運(yùn)行維護(hù)、工程改擴(kuò)建都留下很多隱患。

1 常規(guī)變電站二次系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計(jì)

1.1 常規(guī)變電站二次系統(tǒng)CAD設(shè)計(jì)內(nèi)容

常規(guī)變電站二次系統(tǒng)CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）設(shè)計(jì)范圍的內(nèi)容主要有：

（1）原理接線圖，包括交流電流、電壓回路，控制、信號(hào)回路，保護(hù)回路等，是對(duì)二次設(shè)備原理及功能的表達(dá)，同時(shí)反映電氣一次、二次設(shè)備的連接關(guān)系。

（2）二次系統(tǒng)安裝圖，主要包括了一次設(shè)備機(jī)構(gòu)的二次回路端子接線圖，反映了二次設(shè)備的電纜接線情況，用于直接指導(dǎo)施工接線和運(yùn)行檢修維護(hù)。

（3）電纜清冊(cè)及電纜敷設(shè)圖，反映了電纜接線的起止點(diǎn)，用于指導(dǎo)施工單位敷設(shè)電纜用。

以往變電站的設(shè)計(jì)方式是面向?qū)ο蟮娜跈?quán)人工模式，完全依賴于人工操作、接線、檢查，差錯(cuò)率較高。

1.2 常規(guī)變電站二次系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計(jì)流程

針對(duì)變電站設(shè)計(jì)模式的改善，提出采用ELEC軟件設(shè)計(jì)，ELEC軟件是上海欣電信息技術(shù)有限公司（前身為上海鷗蓮信息技術(shù)有限公司）針對(duì)電氣二次系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的作圖軟件，該軟件是針對(duì)變電站集成設(shè)計(jì)模式開(kāi)發(fā)，軟件具有文件管理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、自動(dòng)交叉連接、自動(dòng)開(kāi)列電纜清冊(cè)、自動(dòng)生成端子排等智能模塊，這些模塊不僅能滿足現(xiàn)有變電站二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的范圍，同時(shí)能極大的提高設(shè)計(jì)效率。

采用變電站二次系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行變電站設(shè)計(jì)流程如下：

（1）首先錄入人員信息，工程信息均記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)中，便于管理，電纜型號(hào)、芯線功能、設(shè)備標(biāo)識(shí)（名稱）和卷冊(cè)名稱等通用數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫(kù)中管理。設(shè)計(jì)時(shí)由設(shè)計(jì)人員從數(shù)據(jù)庫(kù)選擇，實(shí)現(xiàn)信息統(tǒng)一。設(shè)備編號(hào)及編碼規(guī)則有利于在處理過(guò)程中簡(jiǎn)化手續(xù)，加快信息傳遞速度，提高工作效率。

（2）利用二次設(shè)備設(shè)計(jì)編碼繪制原理接線圖，包括交流電流、電壓回路，控制、信號(hào)回路，保護(hù)回路等。以往原理圖設(shè)計(jì)方式是以回路為主、人工繪制端子及電纜。二次系統(tǒng)數(shù)字化軟件設(shè)計(jì)方式是以設(shè)備為主，對(duì)側(cè)設(shè)備、端子、電纜歸納由軟件自動(dòng)或半自動(dòng)生成。

（3）根據(jù)原理圖自動(dòng)生成端子排接線圖，在廠家端子排的基礎(chǔ)上自動(dòng)生成與原理圖完全一致的端子排接線圖，或生成格式標(biāo)準(zhǔn)的端子排接線圖，包括互聯(lián)端子、內(nèi)部配線、功能、回路及對(duì)側(cè)端子等，并且在原理圖修改后，端子排接線圖也可對(duì)應(yīng)自動(dòng)修改。

（4）自動(dòng)生成電纜清冊(cè)并導(dǎo)出。一鍵生成含有電纜編號(hào)、起終點(diǎn)、電纜型號(hào)的電纜清冊(cè)，并生成通用格式的成品。

2 智能變電站二次系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計(jì)

2.1 智能變電站二次系統(tǒng)CAD設(shè)計(jì)內(nèi)容

智能變電站電氣二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容除了上述常規(guī)變電站設(shè)計(jì)內(nèi)容之外，還增加了以下2個(gè)方面：

（1）過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，控制線路斷路器跳、合閘的二次設(shè)備類型沒(méi)有發(fā)生變化，仍然是測(cè)控裝置、線路保護(hù)裝置、母差保護(hù)裝置。但是其控制命令是通過(guò)過(guò)程層GOOSE（面向通用對(duì)象的變電站事件）網(wǎng)以數(shù)字信號(hào)的方式傳輸至智能設(shè)備，而不是通過(guò)控制電纜引接至一次設(shè)備。智能變電站與常規(guī)控制回路的區(qū)別是智能變電站間隔層的保護(hù)、測(cè)控裝置是通過(guò)以太網(wǎng)連接于過(guò)程層GOOSE網(wǎng)絡(luò)，過(guò)程層的智能設(shè)備也是通過(guò)以太網(wǎng)口連接于過(guò)程層GOOSE網(wǎng)絡(luò)。間隔層設(shè)備的控制命令是以數(shù)字信號(hào)（網(wǎng)絡(luò)報(bào)文）的方式通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸給智能設(shè)備，而不是通過(guò)常規(guī)控制電纜[2]。二次設(shè)備接口圖將取代常規(guī)的設(shè)備端子排圖來(lái)表示設(shè)備間的連接情況，增加了光纜連接圖。

（2）智能變電站常規(guī)電流互感器采用或者常規(guī)互感器就地?cái)?shù)字化模式，一般1個(gè)繞組可以供多個(gè)保護(hù)或測(cè)控、計(jì)量等裝置從網(wǎng)絡(luò)上獲取相關(guān)信息，非常規(guī)互感器通過(guò)互感器內(nèi)部的采集器將反映本間隔一次電流的模擬量通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào)接入合并單元，常規(guī)互感器通過(guò)電纜接入合并單元，然后經(jīng)光纖網(wǎng)絡(luò)將SV（采樣測(cè)量值）信息傳輸給間隔層保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、計(jì)量單元以及母線中心交換機(jī)。

（3）以網(wǎng)絡(luò)化信息共享替代了傳統(tǒng)的二次回路，原有的物理端子變成了與之對(duì)應(yīng)的虛端子，原有的大量信號(hào)硬接線電纜被交換式以太網(wǎng)為載體的軟連接方式—“虛回路”所代替，增加了虛端子排圖，圖中需注明接口名稱，對(duì)側(cè)設(shè)備，并需對(duì)接口采用的光纖或網(wǎng)線進(jìn)行編號(hào)，便于施工、調(diào)試和運(yùn)行單位工作。

2.2 智能變電站虛端子常規(guī)配置方法

針對(duì)IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)在變電站中的應(yīng)用帶來(lái)的新的變化，可采用GOOSE/SV“虛端子”反映智能裝置GOOSE/SV配置，解決IEC 61850變電站智能裝置GOOSE/SV信息無(wú)接點(diǎn)、無(wú)端子、無(wú)接線帶來(lái)的GOOSE/SV配置難以體現(xiàn)等問(wèn)題。

GOOSE/SV虛端子配置方法可通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：采用智能裝置虛端子、虛端子邏輯連線以及GOOSE/SV配置表[3-6]。

（1）虛端子：采用智能裝置GOOSE/SV“虛端子”的概念，將智能裝置的開(kāi)入邏輯與開(kāi)出邏輯分別定義虛端子屬性。

（2）邏輯連線：虛端子邏輯連線以智能裝置的虛端子為基礎(chǔ)，根據(jù)繼電保護(hù)原理聯(lián)系，將各智能裝置GOOSE/SV配置以連線的方式加以表示，虛端子邏輯連線以間隔為單元進(jìn)行設(shè)計(jì)。虛端子邏輯連線可直觀地反映不同智能裝置之間GOOSE聯(lián)系的全貌，供保護(hù)及相關(guān)專業(yè)人員參閱。

（3）配置表：GOOSE/SV配置表以虛端子邏輯連線為基礎(chǔ)，根據(jù)邏輯連線，將智能裝置間GOOSE/SV配置以列表的方式加以整理再現(xiàn)。GOOSE/SV配置表由虛端子邏輯連線及其對(duì)應(yīng)的起點(diǎn)、終點(diǎn)組成，其中邏輯連線由邏輯連線編號(hào)和邏輯連線名稱2列項(xiàng)組成，邏輯連線起點(diǎn)包括起點(diǎn)的智能裝置名稱、虛端子輸出編號(hào)以及虛端子的內(nèi)部數(shù)據(jù)屬性3列項(xiàng)，邏輯連線終點(diǎn)包括終點(diǎn)的智能裝置名稱、虛端子輸入編號(hào)以及虛端子的內(nèi)部屬性3列項(xiàng)。GOOSE/SV配置表對(duì)所有虛端子邏輯連線的相關(guān)信息系統(tǒng)化地進(jìn)行表達(dá)，既作為施工調(diào)試依據(jù)，也是為今后維護(hù)和擴(kuò)建留下可供追溯的書(shū)面信息。

在具體工程設(shè)計(jì)中，首先根據(jù)智能裝置的開(kāi)發(fā)原理，設(shè)計(jì)智能裝置的虛端子，其次，結(jié)合繼電保護(hù)原理，在虛端子的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)完成虛端子邏輯連線，最后，按照邏輯連線，設(shè)計(jì)完成GOOSE配置表。邏輯連線與GOOSE配置表共同組成了基于IEC 61850變電站GOOSE配置虛端子設(shè)計(jì)圖。

GOOSE/SV虛端子配置方法與現(xiàn)有的常規(guī)變電站保護(hù)設(shè)計(jì)相比，將基于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)腉OOSE/SV網(wǎng)絡(luò)報(bào)文以虛端子的形式一一表述在圖紙上，使得設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試以及運(yùn)維人員能夠直觀的閱讀智能裝置的輸入、輸出以及出口邏輯等。通過(guò)虛端子邏輯連線以及GOOSE/SV配置表的設(shè)計(jì)方法表現(xiàn)智能裝置之間的GOOSE/SV配合，在設(shè)計(jì)階段可實(shí)現(xiàn)保護(hù)測(cè)控等之間GOOSE/SV的表達(dá)，但此種表述方式是純手工操作，自動(dòng)化程度底，而1個(gè)500 kV變電站虛回路連接有近上萬(wàn)條，采用CAD圖紙和Excel表連接效率極低。

2.3 智能變電站二次數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用

通過(guò)變電站二次數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件除了可以生成相應(yīng)的物理回路端子排圖，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)以圖形化的方式完成物理回路和虛回路的回路設(shè)計(jì)，形成完整的具有虛回路和物理回路耦合關(guān)系的可編輯的可視化標(biāo)準(zhǔn)回路接線圖。

（1）首先繪制光纜接線圖，利用變電站二次數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件自動(dòng)生成光纜配線架接線圖，光配端口號(hào)自動(dòng)排列，每1根光纜的光纖定義、回路號(hào)、光配接口類型、去向，以及屏柜間尾纜的定義、去向表示清晰。

（2）利用變電站二次系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件將廠家提供的SCD/ICD格式的虛端子文件與光纜接線圖進(jìn)行鏈接綁定，自動(dòng)生成對(duì)應(yīng)的虛端子配置表[7-10]。

3 三維數(shù)字接口設(shè)計(jì)

為了提高變電站二次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率，減少設(shè)計(jì)差錯(cuò)，更為直觀地實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο蟮膱D模一體化變電站設(shè)計(jì)，在實(shí)現(xiàn)變電站設(shè)計(jì)智能化的基礎(chǔ)上，提出建立變電站二維到三維的接口鏈接[11-12]。最終將三維成品整體移交至相關(guān)管理部門(mén)，接口建立可以分為以下幾個(gè)步驟進(jìn)行。

3.1 一次設(shè)備與二次設(shè)備的三維數(shù)字化接口

建立變電站的一次設(shè)備與二次設(shè)備接口，在三維軟件中編輯一次設(shè)備的屬性、定義、間隔編號(hào)，導(dǎo)入二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件中的二次設(shè)備型號(hào)、屬性到對(duì)應(yīng)的設(shè)備中。這樣無(wú)需查詢二次圖紙，通過(guò)選中不同的一次設(shè)備可以自動(dòng)查詢對(duì)應(yīng)的二次設(shè)備屬性。接口建立映射如圖1所示。

3.2 電纜敷設(shè)與數(shù)字化二次軟件的三維數(shù)字化接口

建立電纜與二次設(shè)備的接口，需要利用電纜通道定義、敷設(shè)規(guī)則定義、電纜外徑、電纜起點(diǎn)位置和電纜終點(diǎn)位置，實(shí)現(xiàn)電纜敷設(shè)以及電纜長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)。

數(shù)字化二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件中的光電纜表、設(shè)備表均為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，均可導(dǎo)出Excel并可按需定制，可提供電纜型號(hào)、電纜起點(diǎn)設(shè)備標(biāo)識(shí)和電纜終點(diǎn)設(shè)備標(biāo)識(shí)。

電纜通道定義、敷設(shè)規(guī)則定義均在電纜敷設(shè)軟件中實(shí)現(xiàn)。通過(guò)統(tǒng)一電纜型號(hào)命名，可將電纜型號(hào)轉(zhuǎn)換為電纜外徑。通過(guò)統(tǒng)一電纜起點(diǎn)終點(diǎn)設(shè)備標(biāo)識(shí)命名，可將電纜起點(diǎn)終點(diǎn)設(shè)備標(biāo)識(shí)轉(zhuǎn)換為電纜起點(diǎn)終點(diǎn)設(shè)備位置。

通過(guò)統(tǒng)一電纜型號(hào)命名規(guī)則、電纜起點(diǎn)終點(diǎn)設(shè)備標(biāo)識(shí)命名完全可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件與電纜敷設(shè)軟件的集成。

圖1 一次設(shè)備與二次設(shè)備的三維數(shù)字化接口映射

3.3 光纜/虛端子與二次設(shè)備的數(shù)字化接口

建立光纜清冊(cè)、虛端子配置表與二次設(shè)備的接口，導(dǎo)入二次系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件的光纜清冊(cè)、虛端子配置表至相應(yīng)的三維模型中的二次設(shè)備，用戶只需選中不同的二次設(shè)備即可看到對(duì)應(yīng)的光纜終點(diǎn)、功能、截面、長(zhǎng)度、虛端子屬性及走向示意圖，通過(guò)檢索可以快速查詢到所需虛端子信息。

4 結(jié)語(yǔ)

變電站二次系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程的智能化，所有設(shè)計(jì)圖紙可以自行檢查并提交至數(shù)據(jù)庫(kù)，避免數(shù)據(jù)丟失；不同設(shè)計(jì)卷冊(cè)的文件可以交叉鏈接，根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)自動(dòng)實(shí)時(shí)更新圖紙信息[13]。

自動(dòng)提交檢查功能可以減少校審核時(shí)間，原理圖差錯(cuò)率低，常規(guī)錯(cuò)誤能夠即時(shí)檢查，并快速定位方便修改。光/電纜清冊(cè)、虛端子表自動(dòng)生成，基本不占用設(shè)計(jì)時(shí)間。

直觀的實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο蟮膱D模一體化變電站設(shè)計(jì)，在實(shí)現(xiàn)變電站設(shè)計(jì)數(shù)字化的基礎(chǔ)上，建立變電站一次設(shè)備與二次設(shè)備之間、電纜清冊(cè)與三維模型之間、光纜/虛端子與設(shè)備之間的二維到三維的可視化接口[14-15]。

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