智能变电站的调控信号分析与精简

胡九龙，杨昀，徐银凤，彭静，邹丹

(国网湖南省电力公司株洲供电分公司，湖南 株洲412000)

智能变电站采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，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，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和检测等基本功能，并可根据需要支持电网实时实现自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能，是未来电网发展的趋势〔1〕。2012 年11 月，湖南省第1 座220 kV 智能变电站都塘变顺利投产。

为了反映各种故障和异常，智能变电站配置了不同信号，以便检修维护人员及时排查。如果所有的信号上传至调控中心，将给调控人员带来极大的不便，尤其是随着电网规模不断扩大，问题日益突出。因此有必要对智能站的调控信号进行筛选、分类、合并，减少其数量，以保证变电站的安全稳定运行。

1 智能变电站结构简介

现阶段的智能变电站采用“三层两网”结构〔1〕。

1)站控层:站控层包括站级监视控制系统、站域控制、通信、对时系统等，实现面向全站设备的监视、控制、告警及信息交互功能，完成数据采集和监视控制(SCADA)、操作闭锁以及同步相量采集、电能量采集、保护信息管理等相关功能。

2)间隔层:间隔层设备一般指继电保护装置、测控装置、故障录波装置等，实现保护、运行监视、操作与控制等功能。

3)过程层:过程层设备包括合并单元、智能终端等，实现电压、电流信号的采集和模数转化、一次设备告警信号的采集、一次设备的操作、控制等功能。

4)站控层网络:站控层网络是指站控层设备与间隔层设备之间信息交互的网络，它传输的是MMS 和GOOSE 报文，用于站域的监视与控制。

5)过程层网络:过程层网络是指间隔层设备与过程层设备之间信息交互的网络，它传输的是SMV 采样值报文、GOOSE 报文，过程层网络对实时性、可靠性要求很高，并且为了实现保护装置的可靠运行，要求保护装置与相应的合并单元、智能终端之间采用点对点方式光纤连接，也就是“直采直跳”。

2 智能变电站信号分析

2.1 过程层设备的特有信号

常规变电站直接将电压、电流二次模拟信号通过二次电缆上传至保护、测控装置，保护、测控装置的控制命令也通过二次电缆传输至相应断路器。而智能变电站是通过合并单元就地将TV，TA 二次模拟信号转换成光信号，通过光纤上传至间隔层设备;间隔层设备的控制命令也是通过光纤传输至相应智能终端，控制相应断路器。因此和常规变电站相比，智能变电站就多了过程层设备相关信号。

变电站的合并单元、智能终端都有2 个硬接点信号，分别是“装置异常”和“失电告警”。当设备出现异常时，设备告警灯点亮，同时发送GOOSE 告警自检信号，并根据其严重程度决定是否闭锁装置功能，防止事故的进一步扩大。合并单元、智能终端还定义了丰富的逻辑GOOSE 信号，以便于调控人员运行监视，也便于检修人员排除故障〔4〕，见表1。

表1 DBU-814 开关智能终端GOOSE 信号

2.2 间隔层设备的特有信号

为了监视光纤中的链路及传输的数据是否正常，间隔层的保护、测控装置定义了一些特有信号。

例如WXH-803BG 微机线路保护装置中定义了SV 采样丢帧、TV 和TA 品质异常、SV 中断闭锁、直跳口一GOOSE 断链、对时信号异常等异常信号。

2.3 过程层网络及站控层网络信号

过程层网络及站控层网络只有一些交换机的硬接点信号，比如失电告警、装置异常等，至于光纤中的链路信息、数据是否正常等，都由相应的保护、测控装置判断并发出相应信号。

3 智能变电站调控信号的精简

3.1 规范智能变电站信号

电力系统目前还没有针对智能变电站的调控信号规范，但根据文献〔2〕中的220 kV 线路保护相关“智能信号”，总结其精简思路和方法，并将其推广应用至全站的筛选、分类、合并〔2〕。

〔2〕可知，除了合并单元、智能终端的硬接点信号、对时异常等信号外，主要是SV 数据异常、SV 链路中断、GOOSE 数据异常、GOOSE 链路中断信号。

3.2 确定目标信号

对于合并单元、智能终端，由于其自检告警、过程层网络异常、串口通讯异常、网口中断时，会导致过程层设备发“装置异常”信号，同时相应的保护、测控装置会发“链路中断”、“数据异常”信号，所以对于过程层设备只取其“装置异常”、“失电告警”硬接点信号;对于保护、测控装置，在分析其二次结构之后，找出与其相关的所有链路，每一链路取“链路中断”和“数据异常”信号。这样就可以确定每一间隔的目标信号。本文以都塘变220 kV 线路为例，介绍智能设备目标信号的确定方法。

1)都塘变220 kV 线路一二次设备工作原理:

都塘变220 kV 线路二次结构如图1，有2 套合并单元，分别采集线路TA 的2 个二次保护绕组电流，并且分别转接来自2 套母线合并单元的电压，通过光纤分别传输到2 套线路微机保护装置。保护装置判断故障需要跳闸时，直接将跳闸命令分别传输到线路智能终端，驱动跳闸线圈实现跳闸，真正实现保护“双重化配置”和“直采直跳”。同时线路合并单元及母线合并单元、智能终端分别将采集的信息传输到2 个220 kV 过程层网络中，220 kV线路测控装置从过程层网络获取遥测、遥信信息，并传输给变电站后台机进而传输到调控中心。同样，调度的遥控命令传输到站控层后，也由测控装置传输到过程层网络，线路智能终端从过程层网络获取跳闸或者合闸命令后，驱动断路器跳合闸线圈，实现遥控操作。

2)确定都塘变220 kV 线路“目标信号”:

根据文献〔2〕以及调控实际工作，确定都塘变220 kV 线路的“目标信号”，其中智能设备相关的“目标信号”如表2:

表2 线路智能设备“目标信号”

3.3 信号精简具体实施

保护、测控装置中并没有直接的“链路中断”、“数据异常”信号，所以需要对原始调控信号进行分类、合并，将所有会导致链路中断的信号合并为“链路中断”，将所有会导致数据异常的信号合并为“数据异常”〔3〕。都塘变220 kV 线路A套保护“智能化”的信号见表3 所示。线路测控信号合并实施方法同理线路保护信号合并。

表3 线路A 套保护“智能化”信号

3.4 跨间隔保护装置信号精简

对于母差保护、主变保护，其采集的信息是来自多个间隔，控制的断路器也是多间隔的。可以在将相关信号合并为“链路中断”、“数据异常”之后，对相同影响的信号进行再次合并。如220 kV母差保护，当A 套保护的某一个间隔至母差的电流链路中断，那么A 套保护将闭锁，所以可将A套母差保护至每一个间隔相同性质的链路中断合并为1 个“链路中断”信号，这样可以大大减少信号数量〔5〕。都塘变220 kV 母线A 套保护“智能化”信号整理举例见表4 所示。

表4 母线A 套保护“智能化”信号整理举例

4 结束语

根据文献〔2〕规定，结合220 kV 都塘一次设备规模，可计算出都塘变应有的信号数量为1 724个，而都塘变验收投运时实际的信号数量为4 712个。株洲调控中心通过对都塘变的调控信号进行分析与精简后，最终的信号数量为1591 个，减少了66.2%，大大提高了调控人员的信号筛选效率，降低了电网运行风险。

随着电网规模的越来越庞大，尤其是智能变电站的推广与普及，精简调控信号显得非常重要。应积累智能变电站的运行经验，为智能变电站信号点表规范的出台提供依据。

参 考 文 献

〔1〕国家电力公司. Q/GDW 383—2009 智能变电站技术导则〔S〕. 北京:中国电力出版社，2009.

〔2〕国家电网公司国家电力调度控制中心. 变电站调控数据交互规范(试行)调自〔2012〕101 号〔S〕. 2012.

〔3〕国家电力公司. Q/GDW 678—2011 智能变电站一体化监控系统功能规范〔S〕. 北京:中国电力出版社，2011.

〔4〕张海波;陶文伟;地区电网设备异常和事故信号智能处理系统研究与设计〔J〕. 电力科学与技术学报，2009，24 (2):35-40.

〔5〕王加友;无人值班变电站安全运行集中监控问题的探讨〔J〕.电力安全技术，2007 (4):32-34.