智能变电站二次设备集成优化设计

云文兵 管 婷 张 延

（1.湖南省电力公司长沙供电分公司，湖南长沙410007；2.湖南省电力勘测设计院，湖南长沙410007）

1 概述

按照国家电网智能化规划，目前智能变电站已进入全面建设阶段。智能变电站以高速网络信息平台为信息传输基础，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，为实现智能设备功能集成，促进站内信息数据的深化应用奠定了基础。

2 合并单元、智能终端功能集成

2.1 技术现状

在现阶段智能变电站试点工程中，一般情况下，合并单元、智能终端大多为独立配置，为就地智能控制柜安装。在同一个间隔内对于双重化保护，一般需配置两套合并单元、两套智能终端，对于设备下放布置而言，设备过多会造成就地智能控制柜柜体空间相当紧张、散热不利，而且对于装置本身而言，存在着功能重复、数量冗余的弊端。

2.2 合并单元和智能终端整合可行性

合并单元最开始是针对数字化输出的电子式互感器而定义的，在IEC60044-7/8中首次给出了合并单元的定义。合并单元功能实例如图1所示。

合并单元的作用是同步采集多路电压、电流瞬时数据后按照标准规定的格式发送给保护、测控设备。在图1中，合并单元所采集的12路电流、电压信号均有明确的定义，合并单元将这些信息组帧发送给保护、控制等二次设备。值得注意的是，标准没有要求合并单元必须接入所有12路电压、电流，但如没有完全接入，必须在其提供给二次设备的信息中包含相应的状态标志位。

图1 合并单元示例

智能终端主要完成断路器、隔离刀闸的位置和状态信号等数据采集与转发，并完成测控、保护单元经GOOSE网络下发的分、合闸命令。

随着计算机处理能力的提高，合并单元和智能终端整合在硬件处理上已不存在问题。据了解，目前国内有多个厂家已生产出合并单元和智能终端一体化装置，合并单元和智能终端整合在工程中应用是可行的。

2.3 整合方案

合并单元和智能终端一体化装置一般采用双CPU的实现方式，一块用于智能终端的处理，一块用于合并单元的处理，功能独立的设计可以有效防止当采样环节CPU故障导致该间隔主保护退出时，跨间隔保护对该间隔的故障切除，保证智能终端的优先可靠性。

可以看出，合并单元和智能终端均为过程层设备，分别使用IEC61850—9—2和GOOSE传输数据，但都是通过光纤以太网组播发送的方式来传输数据，所以理论上物理端口双方是完全可以复用的，可以实现过程层SV/GOOSE共网共口，这样就不但节约大量的硬件资源，也使网络得以简化。合并单元和智能终端下放在就地智能汇控柜内，采用一个装置，以各自独立的接口面向互感器和开关设备，以单一的对外接口通过过程层网上传信息。采用一体化装置后接口的减少数量如图2所示.

合并单元和智能终端一体化装置可以共享一个机箱，一块电源板，可以共享CPU进行数据和报文处理，信息交换在装置内部实现，可以共享以太网光接口，可减少装置及过程层交换机端口，降低交换机投资。同时，改变就地安放智能控制柜的设备安装空间拥挤的现状，改善了设备运行条件。

3 故障录波及网络记录仪集成优化

3.1 技术现状

在现阶段智能变电站工程中，故障录波装置和网络记录仪一般独立配置和组屏。

3.2 故障录波及网络记录分析仪整合的可行性

图2 采用一体化装置后光接口数量对比图

故障录波装置通过接收、过滤GOOSE网络和SV采样值网络的报文来完成对站内电流、电压、开关状态、异常、故障等信号的记录、存储，并能自动或手动进行故障录波分析，直观的给出分析结果。故障录波装置记录分为稳态实时记录和故障记录。

网络记录仪通过对自动化系统通信网络的全过程进行报文接收、记录、存储，包括MMS网络、GOOSE网络和SV采样值网络的报文记录，并能自动或手动进行报文详细分析，并直观的给出分析结果，同时提供高效的查询手段和统计功能，帮助查找故障和对网络进行评估，以提高智能化变电站通信网络的运行安全。

据了解，目前国内的二次设备厂家已在研制和生产故障录波与网络记录仪一体化装置。可以看出，故障录波装置与网络记录仪功能单元采集内容一致，仅分析内容不一样，故障录波仅在故障时才记录、网络记录分析仪实时监视网络报文，在网络异常时发出告警信号。因此，对上述两者进行优化整合，可实现两者大部分采集单元的共享。

综上所述，故障录波与网络记录分析仪整合是完全可行的。

3.3 故障录波及网络记录分析仪优化整合方案

故障录波及网络记录分析仪优化整合方案推荐采用“分散采集和实时处理＋集中分析”的系统架构。整个系统由一个“分析管理单元”和若干个“过程层报文采集和暂态录波单元”、“站控层报文记录单元”组成，硬件结构上主要由过程层报文记录子系统、暂态故障录波子系统、站控层报文记录子系统、后台管理子系统组成，其具体系统的逻辑结构详见图3：

（1）过程层报文记录子系统

图3 故障录波及报文记录一体化装置图

过程层报文记录子系统直接接入到变电站的过程层网络交换机中，接收来自过程层网络的所有报文（主要包括SV、GOOSE、GMRP、PTP等）， 并 对这些报文进行实时解码分析和存储，在实时解码分析时检查如丢帧、错序、失步、超时、中断、无效编码、流量突变等各类异常状态，并实时给出异常事件告警。原始报文数据可根据事件标签在管理界面上随时调阅和分析。同时对SV和GOOSE报文的数据进行同步组合整理和打包，转发给暂态录波子系统。

（2）暂态录波子系统

暂态录波子系统接收过程层报文记录子系统转发的报文信息，进行录波判启动算法，当满足暂态录波启动条件时实现录波报文的存储记录。

（3）站控层报文记录子系统

站控层报文记录子系统直接接入到变电站的站控层交换机中，接收并记录来自站控层网络的所有原始报文（主要包括MMS报文），后台管理软件可根据时间标签随时调取原始报文数据进行报文序列分析。

（4）后台管理子系统

作为人机交互接口，实现对过程层报文记录子系统、暂态录波子系统、站控层报文记录子系统进行参数设置、录波定值整定等操作。实现报文分析、电压电流波形分析、综合故障分析等功能。

故障录波、网络记录装置整合后，数据处理和存储功能单元按报文记录、故障录波分别设置独立模块，可共享电源模块、数据采集模块、GPS时间基准模块、人机接口模块、数据远传模块，节省了屏柜，进而降低工程造价。

结语

本文通过对故障录波装置与网络记录分析装置功能整合、合并单元与智能终端功能整合进行研究分析，整合方案在工程实施中完全可行，充分发挥了智能变电站网络优势，体现功能集成化、结构紧凑化的特点。有效地整合软硬件平台资源，降低了造价，减少运维工作量。

[1]张东峰.智能变电站一、二次设备框架分析及配置方案[J].电气技术，2012（06）.

[2]智能变电站的设计及其应用[D].北京：华北电力大学，2011.