第三代智能变电站二次系统分析

摘要：随着智能电网的不断发展，将会給电力系统的运维带来全方位的变革。同时，随着大数据、物联网等新技术的在电力系统的应用，发展建设第三代智能变电站已成为一个迫切的需求。本文对第三代变电站二次系统进行分析，以说明发展第三代智能变电站的重要性。

关键词：第三代智能变电站;二次系统

第三代智能变电站是将大数据、云计算、物联网、移动互联、人工智能等一系列新技术与变电站和变电运检工作相结合;坚持电网安全是基础、供电可靠是核心、运检高效是关键、全寿命成本更低是目标的基本原则，建设的具有一键顺控、自动巡检、主动预警、智能决策等功能的智能变电站。

第三代智能变电站二次设备继承 IEC61850 技术体系，坚持数字化方向，简化系统架构，提高硬件集成度，减少装置数量。设计模块化、标准化硬件装置，规范软件种类及信息模型，软件逻辑清晰可视，按设备解耦 SCD文件，部署软件在线管控系统，实现软件网络装载、在线校核，方便运检一线等一系列的整改、创新技术措施，使二次设备的运维水平更加可靠。[1]

一、架构设计

目前智能站大多采用“三层两网”结构，在常规站构架上增加了过程层网络及合并单元、智能终端等过程层设备。导致新增智能二次设备数量成倍增长。同时，智能站使用大量交换机用于实现信息共享，交换机作为信息传递的枢纽，牵涉范围广，一旦故障将影响多套测控、保护和安全自动装置，给运维人员带来很大的困难。

同时，相比常规站，智能站保护采样环节和出口环节均有步骤增加，导致整体动作固有时间延长，保护速动性和可靠性降低。

针对以上情况，三代智能变电站在架构设计上纵向简化网络层次，采用“两层一网”架构，大幅减少二次设备数量;横向减少交叉互联，弱化对交换机的依赖，通过站控层网络实现数据集中和共享。“两层一网”架构由间隔层、站控层及站控层网络构成，结构扁平、网络简单。

测控采用“两层一网”系统架构，由间隔层、站控层及站控层网络构成，通过数字化就地模块与一次设备连接。

间隔层采用测控主子机冗余配置模式，测控子机完成相应间隔的测量、控制与联锁功能;站控主机实现对测控子机运行状态的监视、诊断与切换。一次设备侧布置就地模块与操作模块，就地模块实现模拟量与开关量信息的数字化采集，操作模块实现与一次设备的分合闸回路接口。

保护采用就地化保护方案，由就地化保护、保护专网和智能管理单元构成，通过电缆或数字化就地模块与一次设备连接。

就地化保护包含就地化线路、变压器及母线保护等。线路保护独立完成线路所有保护功能;变压器及母线保护采用分布式模式，配置保护子机。

二、数字传输

常规变电站采用大量电缆，电缆材质成本高，易松动、发热、开路、短路、接地，且无法自检。数字传输技术适用范围广、精度高、稳定高效，便于数据共享。光纤作为数字传输载体，具有传输容量大、损耗低、距离远、抗干扰能力强，防雷性能好、经济环保等优势，可有效隔离一、二次回路，消除过流、过压现象，提高人员、设备安全性。

数字化和光纤化是前两代智能站的主要特征之一，且代表了未来发展方向，应继续继承发扬。

三、模块继承

智能站内二次设备厂家多、硬件种类多、插件互不兼容，维护更换方式各异，大幅增加了运维检修难度，现场备品备件难以准备，严重影响设备缺陷处理的及时性。例如某110kV某站二次设备厂家数量多达12个，仅主变间隔二次设备就由4个不同厂家组成，当发生异常或故障时厂家责任界面不清、协调困难，影响消缺进度。

因此在第三代智能站需要规范硬件种类，按功能分别设计电源、开入、开出、采集、逻辑运算、通讯处理等标准模块，全站硬件设备根据需求由标准模块“积木式”搭建，灵活进行修改、组合。研究继电保护更换式检修。研究继电保护装置一体化、集成化设计方案。

四、在线管控

智能站配置文件主要由二次设备厂家配置和维护，厂家人员水平参差不齐、安全意识差，现场调试过程中普遍存在边调边改、随意修改等现象，无法保证文件的唯一性和正确性。投运后的配置文件通常由运维单位人工保管，容易出现文件丢失、损坏、新旧版本难以区分等问题。

第三代智能站通过软件在线管控系统对全站装置程序/文件进行全寿命周期管控，应用软件集中在线管控系统，纳入运行设备管理，作为管控的唯一人机接口。规范配置软件全过程管控流程，投运前将经过传动验证的配置软件上传管控模块，运行中在线校核比对软件版本，操作痕迹全程记录，责任可追溯。

五、信息共享

智能站二次设备按间隔独立配置，保护、测控、安全自动装置未能充分实现信息共享，造成同一数据多回路重复采集，二次回路复杂，硬件数量增加。站内全景数据未有效融合，一键顺控、状态预警、智能决策等高级应用无法开发。

第三代智能站站级控保主机汇集站内全景数据，实现信息高度融合，保护与监控信息共享，跨设备、跨间隔数据实时交换。方便开发自动控制、智能调节、站域保护、频率电压控制装置、在线分析决策、协同互动等高级应用。

六、方便一线

第三代智能变电站按照简单方便，免维护、易更换的原则设计二次系统，大幅减轻一线工作负担，减少出错风险。研究设计结构层次清晰、展现形式丰富、信息清晰明了、操作安全可靠、维护简单便捷，适用于运维一线人员的人机界面。

总之，第三代智能变电站需要有平台先进、功能强大、灵活配置、易于扩展的二次系统，满足一键顺控、自动巡检、主动预警、智能决策等高级应用功能，提升运维检修效率;满足面向未来的新能源接入、分布式发电、多元化用户、供需互动、输配电侧与用户侧协调优化运行等需求，实现智能电网安全、灵活、清洁、经济的发展目标。

参考文献：

[1]严涛. 第三代智能变电站的应用研究[D].南昌大学，2019.

[2]周鑫.智能变电站的发展前景探究[J].电子制作，2016（19）

[3]赵晓东.新一代智能变电站二次系统研究与应用[D].华北电力大学，2017（06）[1]苟旭丹.

[4]新一代智能变电站技术的研究应用与发展[J].四川电力技术，2015（04）

[5]李彦.智能变电站的发展前景分析[J].山东工业技术，2015（04）

作者简介：侯艳真，1984年10月出生。