智能变电站二次施工图设计的标准化技术

秦建松，傅三川，俞永军，邢 琦

（1.浙江大学电气工程学院，杭州 310007；2.绍兴电力局，浙江 绍兴 312000）

IEC 61850标准的应用和智能变电站的建设正在中国电力系统快速发展，但目前尚缺乏基于IEC 61850标准和智能变电站的系统设计、制造、调试、运行和维护的技术标准、技术规范和经验，需要研究智能变电站一次、二次设备优化整合技术及标准化应用方案，研究智能变电站二次施工图标准化设计手段，提高智能变电站通用设备集成度，优化一次、二次设备参数及配置，规范设备间接口技术。

1 智能变电站常规组态及二次图形式

1.1 智能变电站常规组态

IEC 61850配置文件是利用变电站配置描述语言SCL描述变电站设备对象模型后生成的文件，用于在不同制造商的配置工具之间交换配置信息，实现互操作。配置文件是基于IEC 61850标准的数字化变电站实现系统功能的基础。如图1所示，SCL基于XML语言，是信息集成的描述工具和转换工具，专用于变电站IED设备、变电站系统和变电站网络通信拓扑结构的配置。

图1 智能变电站SCL配置文件

二次设备厂家根据传统设计规范设计并提供其装置的输入/输出端子定义（通过在ICD文件中预定义数据集和控制块、预定义INPUTS实现）；设计院根据该定义以表格或其他方式设计虚端子；系统集成商通过组态工具和设计文件组态形成SCD文件；二次设备厂家使用装置配置工具和全站统一的SCD文件，提取虚端子配置信息并下发到装置；调试人员进行测试。智能变电站组态模型如图2所示，其中：ICD为装置模板配置文件，SCD为全站系统配置文件，SSD为一次系统配置文件。由于没有实现图模转换，目前几乎没有厂家实现SSD文件配置，即不能把SSD导入系统组态工具形成变电站主线图，导致一次系统配置工作量较大，无法发挥IEC 61850减少调试工作量的优势。

图2 智能变电站组态模型

1.2 智能变电站二次施工图主要形式

智能变电站中二次电缆的设计和连接工作变成了虚端子通信组态和SCD等配置文件下载的工作。通过各试点项目的实践可以看到，对于每一台装置而言，其虚端子输入/输出与传统端子排仍然存在对应的关系。因此，目前各厂家和设计院往往用Excel表格（如图3）或常规CAD文件（如图4）描述虚端子。由图3和图4可见，Excel表格不够直观，常规CAD文件描述不方便，不利于制作和维护管理。

1.3 当前存在问题

（1）现有设计模式无法适应智能变电站技术需求，智能变电站二次虚拟回路设计无规范可循；智能变电站图纸设计模式无法实现设计和配置的有机结合；设计和配置工作重复，无法保证设计与配置的一致性。

图3 智能变电站Excel虚端子图（母差保护）

图4 智能变电站常规CAD虚端子图（110 kV线路保护）

（2）智能变电站建设期间系统配置复杂、管理难度大，二次虚拟回路种类多、数量大，缺乏有效管理手段；设计和配置无法实现信息化沟通，SCD文件配置的一致性难以保证；SCD文件配置管理难度大。

（3）智能变电站运行维护缺乏相应规范和有效工具，SCD文件管控不充分，无法融入现有运行管理；SCD文件资料不能贯穿设计、基建、运行阶段，资料检索困难；在智能变电站全生命周期内，SCD文件维护和管理缺乏有效手段。

2 智能变电站二次施工图标准化技术

智能变电站的工程化流程已经对现阶段的变电站自动化系统实施过程提出了挑战，现有的设计、施工、试验、维护的方法将不再完全适用，这将涉及到管理模式、思路以及产业配套等问题。

首先要解决设计院由电缆连接的设计图纸到逻辑连接的电子文档转换问题。随着IEC 61850的工程推广，相信会出现类似于目前AutoCAD这样占统治地位的工具软件，用来解决变电站自动化系统配置以及逻辑接口功能。这样的软件应该由专业的第三方来完成，不适合使用系统集成商以及IED制造商提供的私有工具，否则会造成标准不统一等问题。目前，已有二次电力设备制造厂家着手研究SCD可视化配置工具。

2.1 创新智能变电站组态

首先，需要实现SCD文件的可视化编辑和校验，实现设计和配置的一体化，将SCD文件的XML描述转为图形化的CAD文件，便于二次施工图设计。如果能实现SCD文件的可视化编辑，再利用SVG（伸缩矢量图形）技术，将有助于SSD一次系统配置文件导入系统，从而提高IEC 61850的应用程度，进一步提升变电站智能化。

若进一步融合，则可以在整个变电站建模过程中取消ICD和SCD等文件，直接以类似于设计二次施工图的形式进行导入/导出组态，新的施工图形式要能比较方便地提供电子文档和纸质文件，这是对IEC 61850的重构，需要增加IEC 61850接口部分的新规范，如图5所示。

图5 创新智能变电站组态

2.2 实现新组态需解决的问题

（1）XML语言文件与图形文件的转换。此转换必须是双向的，图形文件能直接导入到系统组态中，且能够逆向导出，以便于设计、施工、制作与校对。

（2）新的二次施工图形式必须严格统一，即此二次施工图形式应类似于选择性编辑而非传统CAD软件的全画面图形编辑。

（3）XMLSpy及 SCL Checker等测试软件是根据IEC 61850-6的要求对SCD等配置文件进行检测，新的二次施工图形式需要有新的测试软件，且IEC 61850需增加新施工图形式的接口部分规范。

2.3 二次施工图标准化技术的优点

（1）智能变电站二次施工图标准化技术能使现有设计模式逐步适应智能变电站新设计要求，适应过程比较平滑，有利于整个电力系统稳定。新智能变电站组态使得设计和配置有机结合，减少工作重复性，保证设计与配置的一致性。

（2）智能变电站二次施工图标准化技术提升了智能变电站全寿命周期内的管理水平。新施工图形式取消了庞大难懂的SCD文件，实现SSD一次系统配置文件导入系统，便于设计、建设、运行、检修、管理等人员掌握整个变电站信息，从而提高智能变电站的安全性。

（3）智能变电站二次施工图标准化技术能很好地补充IEC 61850的内容。

（4）智能变电站二次施工图标准化技术使二次施工图便于总结、提高，形成较好的智能变电站配置模式，提高了智能变电站的标准化水平。

3 结语

设计工具软件的逐步完善，可以增加IEC 61850所缺乏的逻辑内容，即增加关于变电站防误逻辑和程序控制逻辑的模型。智能变电站高效的数据传输方法和功能的分布化实现，预示了智能变电站技术必然会有极其光明的发展前景。同样，智能变电站二次施工图标准化技术也显得越来越重要，将会在建设坚强电网、智能电网中发挥积极作用。

[1]任雁铭，秦立军，杨奇逊.IEC 61850通信协议体系介绍和分析[J].电力系统自动化，2000，24（8）：62-64.

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