模块化智能变电站二次设备集成优化设计研究

模块化智能变电站二次设备集成优化设计研究

发表时间：2016-04-29T11:41:04.267Z 来源：《电力设备》2015年第11期供稿作者：张龙伍秀清[导读] 国网陕西省电力公司咸阳供电公司本专题结合智能变电站总体智能化方案，从而提出了本站二次系统优化整合的具体实施方案。

（国网陕西省电力公司咸阳供电公司）

摘要：根据智能变电站工程的实践经验及设备应用、运行情况，对二次部分功能单元的优化整合方案、监控一体化信息平台的优化整合及分步实施方案进行充分的论证和阐述，达到节地、节材、节能、节资的目的，同时通过整合，达到信息共享，增强功能。本专题结合智能变电站总体智能化方案，从而提出了本站二次系统优化整合的具体实施方案。关键词：智能变电站；二次系统；模块化建设

引言

智能变电站与常规变电站相比，实现了“一次设备智能化、二次设备数字化”和“信息传输网络化”，站内二次电缆数量减少，同时自动化技术水平、通信技术水平和智能化水平有了显著提高。但仍旧存在以下几个问题：（1）智能变电站中所有二次设备的数据采集均通过网络获取，二次设备数量较多，导致交换机数量配置增多，网络接线复杂，网络通信压力较大；

（2）不同的功能由不同的装置实现，导致数据源不单一，难以实现同一时标下电力系统不同状态过程间的精准对比分析；

（3）与常规变电站相比，智能变电站的二次设备数量和屏位数量减少不明显，在设计、施工、调试和维护运行方面无显著优势；

（4）目前变电站结构的设计理念是面向间隔和元件，所制定的稳定控制决策具有一定的局限性，不利于基于变电站层面的整体协调控制；

（5）智能变电站技术的发展主要体现在信息数字化、传输网络化等基础建设方便，内部原理仍沿用旧思路，未充分利用信息数字化、网络化等优势，造成了资源浪费。

综上所述，智能变电站亟需改变现有的架构，在现有技术的基础上深入研究变电站内部运行机理，使其功能更完善、结构更紧凑、布局更合理。间隔层二次设备作为变电站的保护控制核心，设备技术的改进直接关系到智能变电站的发展水平和方向。

1 二次设备功能集成分析

1.1 二次设备集成可行性分析

根据设备集成的发展历程可知，功能多样化、结构精细化、成本集约化是自动化设备的发展目标，由于空间等资源的有限性，随着技术的发展，时机成熟时，设备必然会朝着集成化的方向发展。技术上而言，决定设备集成发展方向的因素主要包含硬件、软件、通信等，下面从以上几方面对其进行可行性分析。

1.2 二次设备集成形式

智能变电站间隔层二次设备一般按间隔、按功能划分，由此可推出可能存在的集成整合形式包括：①单间隔相近功能集成；②单功能跨间隔集成；③单间隔多功能集成；④多功能跨间隔集成；⑤单间隔跨层多功能集成。

1.2.1 单间隔相近功能集成

二次设备按间隔分专业进行集成，如将本间隔内各种类型的保护进行整合，该种整合方案在常规变电站中就已大量应用，如主保护集成后备保护，220kV母线保护集成断路器失灵判据功能等。智能变电站由于信息采用网络传输取代常规变电站的硬接线，使二次设备按间隔按功能进行整合得到进一步扩展并得到广泛应用：线路保护集成过电压及远跳就地判据功能、边断路器保护可集成过电压及远跳就地判据功能。

1.2.2 单功能跨间隔集成

二次设备按功能跨间隔集成，该方案在常规变电站中已有应用，如录波装置、PMU装置，不同间隔的录波、PMU信息均接入同一台装置。而集中式保护、集中式测控、集中式计量系统均有研究，并有部分设备在试点站试用。

1.2.3 单间隔多功能集成

二次设备按间隔多功能进行集成，即将本间隔内保护、测控、相量测量、计量等装置进行整合。如110（66）kV保护测控一体化装置，35（10）kV保护测控计量多合一装置、测控装置集成相量测量、录波功能等等。

目前按间隔跨专业集成将向着更高电压等级设备集成、集成更多专业的方向发展。

1.2.4 多功能跨间隔集成

二次设备多功能跨间隔集成，即将不同间隔的保护、测控、计量等功能进行集成，如故障录波及网络分析一体化装置，集成了不同间隔的录波、网络分析功能。

2 二次设备集成影响分析

2.1 二次设备集成优点分析

设备集成可用更少的设备完成更多的功能，可获得以下效益：（1）减少二次设备及屏位数量，减少变电站占地面积

（2）减少交换机数量，简化网络，增强网络可靠性

（3）变电站结构变得更简单紧凑，提高运行可靠性

（4）可实现全站范围内的协调控制

（5）简化装置间的接线，进一步减少电缆和光缆数量

（6）实现资源共享，节省软硬件资源和变电站的总体造价

2.2 二次设备集成可能带来的问题

设备集成在带来经济效益的同时也存在如下问题：

2.2.1可靠性问题

单台设备集成了多种不同的功能，当设备出现故障时，将会有多项功能受到影响；而对于跨间隔的集成设备，设备故障时，将影响到多个间隔。因此，要提高设备集成可靠性，一方面需优化装置结构设计、采用高质量的硬件，增强设备本身的可靠性，另一方面在设计时可采用双重化配置方案以增加可靠性。

2.2.2运行维护问题

电力系统传统的管理机制一般按专业分配，保护、测控、计量分别由不同的人员进行管理，如将不同专业的设备进行集成，相应地需重新调配管理人员，给运行带来不便。

3 二次集成设备集成原则

3.1 总体技术原则

通过对智能变电站间隔层二次设备集成的发展历程、集成条件、可行性、集成形式、集成影响及集成现状分析，可提炼出如下集成原则：

3.1.1 可靠性原则

设备集成应以不降低智能变电站运行可靠性为前提。对于某类集成设备，需考虑其在电网不同运行方式下的可靠性，并保证在电网不同类型故障情况下不影响电力系统稳定性。

3.1.2 功能优化原则

设备集成不是单项功能的简单相加，集成后应当带来相应的收益，如减少设备间的接线、加快数据交换、优化装置功能等。

3.1.3 适度性原则

设备集成应当以当代科学技术发展为支撑，对于发展较为成熟的技术，可积极引用到电力系统中，应尽量避免使用处于发展中善欠成熟或应用经验不足的技术，引入新的技术时，应当进行充分的实验和试点应用方可推广。

3.1.4 整体性原则

设备集成不仅需从技术上考虑可行性，同时还应考虑变电站的施工、调试、运营、扩建等，应从是否有相应的规范作为支撑，是否有相应的调试方法，是否会影响运行维护等整体上统筹考虑。

3.2 二次集成设备实施细则

根据二次设备调研情况，结合集成的总体原则，可归纳出现阶段智能变电站间隔层二次集成设备实施细则：

对于110kV及以下电压等级：

（1）宜采用保护测控一体化装置。

（2）对于非关口计量的电度表，测控装置可集成电度表功能。

（3）宜采用集成多个间隔的近后备保护的站域后备保护装置。

（4）宜采用站域备自投装置。

（5）可采用保护、测控、备自投一体化装置。

（6）可采用保护、测控、计量、智能终端、合并单元多合一装置。

4 结论

本专题主要对间隔层、过程层二次设备集成整合原则进行研究，首先梳理了间隔层与过程层设备的功能定位和配置原则，提出了二次设备集成的硬件、软件和通信条件，在此基础上阐述智能变电站的关键技术发展，并分析了智能变电站二次设备集成的可行性和可能的集成形式。最后，总结智能变电站二次设备的集成现状、既有条件，并综合考虑变电站的固有特点和要求，提炼出二次设备集成整合的“可靠性、功能优化、适度性和整体性”四大原则，并归纳出现阶段间隔层与过程层二次集成设备实施细则和实施方案。在实施细则的基础上，提出了宁夏牛首山330kV智能变电站的二次设备集成配置方案。

参考文献

[1]宋璇坤，沈江，李敬如，等.新一代智能变电站概念设计.电力建设，2013 （6）.

[2]林传伟，陈盼，尹元.220kV单间隔多功能测控装置研究与应用[J].中国电业，2014（9）.

[3]蔡小玲，王礼伟，林传伟.等.电力系统及其自动化学报[J]. 电力系统及其自动化学报，2012（6）.

张龙，男 1987年6月汉族籍贯～陕西咸阳职称助理工程师学历本科专业土木工程单位国网陕西省电力公司咸阳供电公司。

伍秀清：男，1983年10月，汉族，籍贯：江西宜春，职称：工程师，学历本科专业：机械设计制造及其自动化；单位：国网陕西省电力公司咸阳供电公司。