220kV西泾智能变电站二次系统设计技术研究

娄 悦，秦 华

(江苏省电力设计院，江苏 南京 210011)

220kV西泾智能变电站二次系统设计技术研究

娄 悦，秦 华

(江苏省电力设计院，江苏 南京 210011)

针对智能变电站网络化信息共享的特点，根据220kV西泾智能变电站实施方案，提出“SV/GOOSE信息流图+SV/GOOSE信息逻辑配置表+装置光缆联系图”的智能化变电站二次施工图设计方法。SV/GOOSE信息流图表达逻辑原理，SV/GOOSE信息逻辑配置表将原理映射为虚回路的具体输入输出信号关联，装置光缆联系图描述物理介质连接方法。三者结合，准确指导了西泾变电站工程的数据模型配置、施工及调试。在此基础上提出加快开发智能站二次系统设计工具的需求。

智能变电站；二次系统；设计表达；信息流图；逻辑配置。

智能变电站以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求[1]，网络化信息共享是智能变电站的重要特征。基于IEC 61850标准的智能变电站通过数据模型配置及数据流连接实现功能，网络通信实现多路信息复用，少量光纤代替大量电缆。但与此同时，依赖于电缆接线的大量硬件回路的取消，也导致传统基于设备和回路的二次系统设计方式不再适用。本文基于220kV西泾变电站设计方案，在现有技术可支持的前提下，提出了“SV/GOOSE信息流图+SV/GOOSE信息逻辑配置表+装置光缆联系图”的智能化变电站二次施工图设计方法，使设计人员在智能化变电站施工图设计过程中能准确反映二次设备之间的逻辑关系和物理连接，同时根据实施经验分析目前设计方式的弊端并提出改进建议，为智能变电站设计技术的发展提供思路。

1 西泾变二次系统概况

220kV西泾变电站是国家电网公司首批智能变电站试点之一，自动化系统在逻辑功能上由站控层、间隔层和过程层三层设备组成，采用分层、分布式网络系统实现连接，整个体系为“三层设备两层网络”结构。220kV 过程层采样值采用点对点方式，GOOSE采用组网方式，220kV线路保护跳闸除组网方式另外增加直跳方式。110kV过程层采用采样值、GOOSE、IEEE1588三网合一方式。220kV、110kV系统均采用测控保护一体化装置，各间隔的过程层和间隔层设备下放布置于GIS现场智能控制柜。

2 二次设计表达需求

传统的变电站功能由设备和回路共同确定。设备具备特定的功能，且定义了外部的输入输出接口，在变电站建设时通过电缆回路实现了变电站需要的各种功能，而此后变电站生命周期内重要工作就围绕着这些设备和回路而展开[2]。

常规变电站中施工图一般通过电流、电压回路图，控制信号回路图等表达二次设备原理、功能及电气一、二次设备连接关系；通过端子排图、安装接线图及电缆清册等反映设备电缆接线情况，直接指导施工接线和运行检修维护。

信息的网络化传输使智能变电站的回路在视觉上变得抽象，变电站功能实现基于数据模型配置和数据流连接，数据模型包括反应一次接线的SSD文件和包含SSD、ICD及数据流配置的SCD文件，数据流连接包括通用面向对象的变电站事件GOOSE(Generic Object Oriented SubStation Event)和采样SV(Sampled Values)的虚端子连接。其中以包含全站虚回路[2]信息的变电站配置描述(SCD)文件为核心，SCD文件的生成来源于站内二次设备之间的逻辑关系和物理连接，而这种逻辑关系和物理连接又是传统继电保护、自动化等技术在智能变电站的应用。因此在智能化变电站施工图设计过程中，如何表达二次设备之间的逻辑关系和物理连接尤为重要。

逻辑关系体现继电保护和自动化方案，通过在IED制造厂商提供的装置原理图和虚端子图基础上设计数据流连接体现，设计表达应能够指导厂商的ICD、SCD数据模型配置，满足调试信息需求，便于运维、扩建等对全站方案的理解。

物理连接主要反映为二次装置的光缆联系，少量光缆代替大量电缆是智能变电站的主要特点之一，也是施工当中与常规站的主要区别之一，设计表达应能准确指导施工接线，同时方便调试、运维中的接线核查。

3 220kV西泾变二次系统设计表达方法

为满足上述需求，依托220kV西泾变电站工程，本文提出通过“SV/GOOSE信息流图+SV/GOOSE信息逻辑配置表+装置光缆联系图”表述智能站二次设备间逻辑关系和物理联接的施工图设计方法，图纸按间隔划分，设计流程如图1所示。

图1 智能站二次施工图设计流程

首先根据间隔设计方案，通过分析设备类型，保护原理及自动化方案，绘制SV信息流图及GOOSE信息流图，表达设备间逻辑关系。类似常规变电站的保护原理图、电流电压回路图及控制信号回路图，SV信息流图反映了设备间电流电压数据流的连接，GOOSE信息流图反映了设备控制原理和信号传输要求等内容，即设计方案的逻辑原理。在SV/GOOSE信息流图基础上，再根据IED制造厂商提供的具体设备虚端子图及原理接线图，分别绘制SV/GOOSE信息逻辑配置表和装置光缆联系图。前者结合设备输入输出的确定数据模型，以表格形式具体体现上述逻辑关系，为厂商完成全站数据模型配置及工程调试提供依据。后者根据具体的设备物理端口配置，反映设备间光缆接线，直接指导施工接线。

以下以220kV西泾变电站110kV线路间隔施工图设计为例，说明本方法的具体实施。

3.1 SV/GOOSE信息流图

SV/GOOSE信息流图包括两部分：信息传输回路图和信息流向表。前者表示SV和GOOSE信息的实际传输路径，包括中间环节交换机，为使信息流向清晰，以信息集编号代表装置A至装置B的所有信息。后者包括每个信息集编号对应的发送方、接收方及信息内容。两者结合，既包括了保护原理和控制、信号、闭锁等自动化信息，也表示出了信息在网络中传输的具体路径。

以110kV线路SV信息流图为例，如图2所示，本间隔线路OCT电气单元电流、EVT合并单元电压、母线EVT合并单元均经线路OCT合并单元数据汇总后接入线路过程层交换机。保护测控装置所用保护测量电流电压、电能表所用计量电流等数据取自该交换机，故障录波器及母线保护所需保护电流数据、网络记录分析仪所需全部电流电压取自和过程层交换机级联的110kV过程层中心交换机。以信息集SV-A01为例，它包括线路保护电流、测量电流、切换后的母线压和线路EVT抽取电压，就原理而言，它表示保护测控装置所需的所有采样值信息由线路OCT合并单元提供；就数据传输路径而言，采样值信息经由线路过程层交换机实现从合并单元到保护测控装置的传输。

图2 110kV线路SV信息流图

3.2 SV/GOOSE信息逻辑配置表

SV/GOOSE信息流图表示出保护及自动化方案，而要生成变电站数据模型文件，还需结合厂商提供的虚端子图，提供装置具体的开入开出虚端子连接关系，SV/GOOSE信息逻辑配置表的作用就是把方案映射为具体输入输出信号的关联。

SV/GOOSE信息逻辑配置表参考常规二次回路按照模拟量开入、开关量开入、开关量开出的分类，将智能设备之间的虚端子通过表格的形式连接起来。表格共设置信息集编号、信息内容、起点设备名称、起点设备虚端子号、起点设备数据属性、终点设备名称、终点设备虚端子号、终点设备数据属性八列。信息集编号与SV/GOOSE信息流图中信息集编号对应，设备数据属性为系统集成商根据IEC61850规范建模后形成的数据。每条信息为配置表一行，通过起点设备虚端子号与终点设备虚端子号将智能设备关联。仍以图2中SV-A01信息集为例，共有采样额定延迟时间、采样额定延迟时间品质、每相保护电流、每相保护电流品质等32条信息内容，对应SV信息逻辑配置表的32行。以采样额定延迟时间为例：

信息集编号——SV-A01；

信息内容——采样额定延迟时间；

起点设备名称——110kV线路OCT合并单元；

起点设备虚端子号——SVOUT01；

起点设备数据属性——MU3261/MU.LLN0.DelayTRtg.instMag.i；

终点设备名称——110kV线路保护测控装置；

终点设备虚端子号——SVLD01:SIN01、SVLD02:SIN01；

终点设备数据属性——S V L D 0 1/SVINGGIO1.DelayTRtg1.instMag.i，

SVLD02/SVINGGIO1.DelayTRtg1.instMag.i。

SV/GOOSE信息逻辑配置表是生成SCD文件的关键，是智能变电站虚回路的具体体现，厂商根据表中的虚端子号即可关联虚回路并生成数据模型文件，设备数据属性同时为调试提供了必要信息。

3.3 装置光缆联系图

装置光缆联系图主要反映二次设备之间光缆连接关系，其前提条件为网络方案和设备光接口配置。设备之间的光缆通过柜内光配单元来进行配线，根据SV/GOOSE信息流图，以屏柜为单位，先分析光缆走向并选择光缆类型，再根据站内智能设备装置插件和光接口配置，完成光配单元配置图并关联相应信息集。

图3为110kV线路间隔光缆联系图，大部分二次设备均安装于就地智能控制柜，因此选择以智能控制柜为出发点绘制光缆联系较为清晰。每个不同去向采用1根光缆，先根据SV/GOOSE信息流图表示的收发需求确定光缆规格，对纤芯编号(通过纤芯套管颜色区分)；再分配接入的光配单元端子号；然后完成实际接入的柜内设备配线，内容包括装置名称、尾纤编号和具体的装置插件/端口号；最后通过使用说明，描述纤芯对应的信息集编号或信息内容，与SV/GOOSE信息流图或信息逻辑配置表产生关联。以图3中智能控制柜至110kV电能表柜的光缆为例，具体去向为过程层交换机至电能表的光缆，编号为Y-G101A，规格4芯(用2芯备2芯)，交换机收发端口利用端口12，传输信息集SV-A04，根据SV/GOOSE信息流图可知传输内容为计量电流、计量电压，根据信息集编号可查阅SV/GOOSE信息逻辑配置表获取具体设备数据属性。

施工单位根据本图即可完成光纤熔接及光缆接线，调试或运维当中，如有问题也可根据使用说明查阅具体信息对应的物理传输介质。

图3 110kV线路间隔光缆联系图

4 实施效果分析及建议

220kV西泾变电站全站二次系统施工图设计采用上述“SV/GOOSE信息流图+SV/GOOSE信息逻辑配置表+装置光缆联系图”的方法，实施结果表明：SV/GOOSE信息流图对站内智能设备进行了结构性描述，并用信息集方法描述相关逻辑关系，对于组网或点对点等不同自动化系统方案，信息集的描述方法具有一定的通用性；SV/GOOSE信息逻辑配置表采用EXCEL表格实现，接口通用简单，便于厂商数据模型文件配置，同时可以通过筛选、排序等简单方法，实现设计校核、施工调试中的问题核查；装置光缆联系图过对装置端口、插件及信息集的关联，将每条信息记录关联至装置端口、光缆纤芯，方便了调试、运行等生产环节。

但值得注意的是，本设计方法建立于现有技术条件，且适用于现有的设计方式：即与原有的常规变电站的方式类似，由IED制造厂商提供装置原理图和组屏图，由设计院负责根据工程规划绘制一、二次系统接线图、网络接线图等工程图纸，再由系统厂商二次输入生成系统模型文件，并完成模型配置。但这种设计方式本身有以下弊端：一是严重依赖设备厂商，由于设计院提供的图纸不直接涉及模型文件，必须由厂商辅助完成站内数据信息流的设计及模型配置，基本上由厂商掌握联调工作进度和工程进度，带来大量厂商协调问题及工作；二是带来对照图纸人为输入信息的重复劳动和可能差错，设计院提供的工程图纸交由集成商生成模型文件过程中，不可避免需要多次人工输入信息，增加了出错可能性；三是限制变电站改扩建灵活性，由于系统集成由设备厂商完成，且装置配置工具和系统配置工具缺乏通用性，改扩建时若更换厂商则原有的配置继承非常有限。

因此，建议加快智能变电站二次系统设计工具的开发，将智能变电站设计及系统集成工作融合，将施工图中的网络系统图、SV/GOOSE信息流图及SV/GOOSE信息逻辑配置表等与各设备厂商提供的ICD模型文件通过数据库关联，实现由设计工具自动生成全站完整的数据模型配置和变电站的数据流连接。从而不仅能够大大降低施工、调试、维护中对厂商的依赖，避免二次输入的差错可能性，同时由于设计人员直接设计并生成模型文件，扩建时也不再局限于原工程厂商的配置工具，厂商选择更为灵活。

5 结语

智能变电站以网络化信息共享替代了传统的二次回路，导致传统设计图纸难以指导变电站的二次施工调试，本文依托220kV西泾智能变电站二次系统设计方案，从基于IEC 61850的智能变电站功能实现基础——数据模型配置和数据流连接出发，提出了“SV/GOOSE信息流图+SV/GOOSE信息逻辑配置表+装置光缆联系图”的二次系统设计方法，实施结果表明，施工图方案表述清晰，正确指导了厂商对设备及全站数据模型的配置、工程施工及调试。本文同时根据实施经验，针对现有设计方式弊端，提出加快智能变电站二次系统设计工具的开发，从而实现设计直接完成变电站数据模型的建议，为今后智能变电站的二次系统设计提供了参考和借鉴。

[1]Q/ GDW 383 —2009，智能变电站技术导则[S]．

[2]胡道徐，沃建栋．基于IEC61850的 智变电站虚回路体系[J]．电力系统自动化，2010，34(17)．

Research on Secondary System Design Technology of 220kV Xijing Smart Substation

LOU Yue, QIN Hua
(Jiangsu Electric Power Design Institute, Nanjing 210011, China)

Considering characteristics of network information sharing in smart substations, this paper provides a design method according to the implementing scheme of 220kV Xijing smart substation, that is “SV/GOOSE informationfl ow charts+ SV/GOOSE information logic con fi guration tables+Optical cable connection charts”method. SV/GOOSE information-flow charts describe logical principle of virtual circuit. SV/GOOSE information logic configuration tables map the principle to concrete link between input and output signals. Optical cable connection charts describe physical connection of equipments. This method gives the solution of data model configuration, construction and commissioning of the Xijing project accurately. Based on this implementation experience, this paper also pionts it out that it is necessary to speed up the developing of design tools for the secondary system of smart substation.

smart substation; secondary system; design express; information- fl ow charts; logic con fi guration; SV/GOOSE.

TM63

B

1671-9913(2011)02-0060-05

2010-02-28

娄悦(1983- )，女，江苏南京人，硕士，工程师，主要从事变电站电气设计工作