王 欣 賈 杰 王靜濤

（江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042）

0 引言

目前，3D 可視化技術已經(jīng)在電力、化工、軍事等多領域中被廣泛地應用[1-2]。 在我國電力行業(yè)中，3D 可視化技術在火電廠、變電站亦有相關應用[3-4]，但在核電站領域應用較少。雖然國內(nèi)某些科研機構(gòu)已引進了3D 設計軟件， 但其大多作為展示工具， 未與系統(tǒng)相連。所以亟待開發(fā)核電站涉網(wǎng)保護二次回路可視化系統(tǒng)，使其更加清晰直觀地展現(xiàn)在屏幕中，以降低核電站運維人員的工作壓力[5]。

與其他領域注重設備布置不同，核電站涉網(wǎng)保護二次回路可視化系統(tǒng)在設備布置上的工作量相對較少，主要涵蓋涉網(wǎng)保護智能控制機柜、二次回路屏柜等室內(nèi)機柜，但核電站涉網(wǎng)保護監(jiān)測量眾多，其二次回路接線復雜，大大增加了核電站涉網(wǎng)保護二次回路可視化系統(tǒng)建設的工作量，因此，本文基于虛端子和光纖對其開發(fā)核電站涉網(wǎng)保護可視化技術， 依據(jù)IEC61850 準則將其二次回路使用可視化技術更加簡潔、直觀地呈現(xiàn)給運維人員，方便其查看與調(diào)用，進而降低核電站涉網(wǎng)保護設備故障率。

1 涉網(wǎng)保護可視化技術原理與實現(xiàn)

核電站涉網(wǎng)保護主要利用通信協(xié)議、控制設備以及服務器和工作站，對核電站涉網(wǎng)電氣設備、測量設備、一次及二次回路等進行控制和保護。 運用信息技術替代傳統(tǒng)核電站繼電保護模式，從而保證核電站電氣設備的安全運行。

核電站涉網(wǎng)保護二次回路可視化系統(tǒng)含有：智能處理終端、數(shù)據(jù)合并單元、網(wǎng)絡交換機等設備，核電站涉網(wǎng)保護設備所監(jiān)測的數(shù)據(jù)通過IEC61850 準則接入核電站電氣設備總通信網(wǎng)絡，實現(xiàn)核電站內(nèi)部不同電氣設備的信息的共享。

2 核電站涉網(wǎng)保護二次回路結(jié)構(gòu)設計

核電站涉網(wǎng)保護的控制系統(tǒng)由終端CPU 完成數(shù)據(jù)處理及下發(fā)指令，具備故障診斷能力，在保證對核電站涉網(wǎng)保護設備高精度監(jiān)控的同時，充分規(guī)避了來自運維人員的干擾，極大限度地提升了核電站安全運行的可靠性。使用模塊化理念的核電站涉網(wǎng)保護二次設備，具備易搭建、易拓展、高穩(wěn)定等優(yōu)勢。 每一個功能模塊均配備了獨立電源對其進行單獨供電，同時功能模塊的其輸入、輸出線路也相互獨立，沒有耦合，從而保證了故障僅局限于故障模塊，不會影響整個二次可視化系統(tǒng)。

測量監(jiān)控系統(tǒng)是對核電站涉電氣設備及其二次設備運行工況進行監(jiān)測，并將數(shù)據(jù)進行存儲，并以此作為相關運維人員的故障處理依據(jù)。該系統(tǒng)包括電氣設備測量裝置、監(jiān)控裝置以及二次線路，使用光纖進行通信，降低了接線的復雜度，同時配有虛端子，可轉(zhuǎn)化為多種接口模式， 對軟件及硬件的兼容性較高，同時支持SV、GOOSE、IEC61850-9-2、IEC60044-8 等多種協(xié)議。

間隔層主要包括保護裝置、測控裝置以及通信總線等，采用同步時鐘技術，實現(xiàn)各臺設備采樣數(shù)據(jù)的同步處理，進而實現(xiàn)過程層接口協(xié)議的簡化。 站控層基于IEC61850 協(xié)議，采用網(wǎng)絡化通信方式，以實現(xiàn)對核電站涉網(wǎng)保護二次設備的通信管理以及軟件管理。核電站涉網(wǎng)保護二次回路的結(jié)構(gòu)及連接方式如圖1所示。

圖1 核電站涉網(wǎng)保護二次回路結(jié)構(gòu)

3 核電站涉網(wǎng)保護二次回路可視化設計

本文涉設計采用數(shù)字保護裝置技術代替?zhèn)鹘y(tǒng)的交換機芯片技術，以降低監(jiān)測模塊發(fā)回的采樣報文通過各個裝置所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)延時。數(shù)據(jù)保護裝置主要由高清熒屏和人機交互系統(tǒng)構(gòu)成，核電站涉網(wǎng)保護二次回路可視化的本質(zhì)就是讓運維人員通過熒屏簡潔地觀測電力設備的各種工況參數(shù)、繼電保護裝置監(jiān)控值以及保護動作行為，采用保密接口將數(shù)據(jù)傳輸至核電站電氣設備監(jiān)測總網(wǎng)絡，實現(xiàn)對核電站涉網(wǎng)保護設備的工況監(jiān)測。各個裝置之間的傳輸接口均采用插件模型，可依據(jù)具體核電站實際工況進行配置，具有高度的可拓展性。

互感器是核電站電氣設備監(jiān)測的重要裝置之一，它是聯(lián)絡著核電站的一次設備和二次設備，通過二次回路向各種二次設備上傳核電站電氣設備的實時工況數(shù)據(jù)。要實現(xiàn)對核電站涉網(wǎng)保護的二次回路可視化設計，就必須對互感器采樣模塊進行設計。

互感器采樣模塊由CPU 芯片、供電模塊、數(shù)字/模擬信號轉(zhuǎn)換器、 電壓/電流濾波器以及各種接口等構(gòu)成。 每種互感器的數(shù)量及參數(shù)應滿足核電站電氣設備、運維手冊、接口協(xié)議、控制器計算量程等多方面的要求。 若系統(tǒng)的短路電流較大，則電流互感器應按照三相形式進行配置；若系統(tǒng)的短路電流較小，則電流互感器應按照兩相形式進行配置。 同時，為充分保證核電站涉網(wǎng)保護設備的靈敏度，存在一些特殊回路亦需要按照三相配置電流互感器，如發(fā)電機機端、變壓器的兩側(cè)等。 各個互感器將采取的數(shù)據(jù)進行數(shù)字轉(zhuǎn)換，通過結(jié)構(gòu)傳輸至測量、控制等二次設備。

電壓是衡量電能質(zhì)量的關鍵技術指標，也是核電站涉網(wǎng)保護需要重點關注的要點，核電站的每個電氣設備都必須嚴格按照額定電壓設計，在該改善電能質(zhì)量的同時亦能保證節(jié)能環(huán)保，進而提高核電站安全運行的穩(wěn)定性。因此，對核電站電源進行監(jiān)控勢在必行，以此來保證核電站涉網(wǎng)保護的安全性能。二次設備測量核電站主變壓器的實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對其功率的實時監(jiān)控，當其傳輸?shù)墓β蚀笥陬~定值時，變壓器的位置信息以及備用電源的狀態(tài)將會被上位機進行分析，確認核電站是否需要進行降功率運行，若達到降功率運行條件，則依據(jù)實際功率方向?qū)嵤┙倒β蚀胧?，控制主變壓器、線路的電流，保證核電站電氣部分的安全、穩(wěn)定運行。

在工作過程中，互感器采樣模塊還將配合核電站的涉網(wǎng)保護裝置和自動回路裝置，實現(xiàn)全網(wǎng)監(jiān)控。 當采樣模塊發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)后，通過可視化設備向運維人員發(fā)出預警，并啟動開關裝置自動切除故障，以保證其他設備的安全運行。 因此，采樣模塊通過對硬件設備模塊和軟件系統(tǒng)的優(yōu)化和集成，可以有效地對核電站涉網(wǎng)保護設備進行在線監(jiān)測和保護。其強大的通信功能可將電氣設備的視頻監(jiān)控和在線監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸至集中控制中心，對核電站電氣設備的運行維護具有重要的參考價值。核電站涉網(wǎng)保護保護二次回路監(jiān)測系統(tǒng)采集的各種數(shù)據(jù)和信息通過網(wǎng)絡系統(tǒng)傳送到繼電保護監(jiān)測中心。 在繼電保護監(jiān)控中心，可以遠程監(jiān)控核電站涉網(wǎng)保護設備的運行狀態(tài)，為狀態(tài)檢修提供條件。

4 結(jié)論

本文將3D 可視化技術應用于核電站涉網(wǎng)保護二次回路監(jiān)測系統(tǒng)，解決了核電站電氣設備運維難度大的問題。 首先，分析了核電站涉網(wǎng)保護二次回路可視化的功能需求；其次，基于光纖通信和虛端子技術對核電站涉網(wǎng)保護二次回路進行設計；最后，對核電站涉網(wǎng)保護二次回路可視化系統(tǒng)進行設計，并著重介紹了連接一次及二次設備的互感器模型建設方法。運用該檢測系統(tǒng)能夠有效提升核電站電氣設備運行的穩(wěn)定性。