预制舱内电力二次组合设备的优化研究

安 博，周勋甜，戚 为

（1.国网浙江省电力公司宁波供电公司，浙江 宁波 315000；2.国网浙江宁波市鄞州区供电公司，浙江 宁波 315000）

0 引言

预制舱式二次组合设备是国家电网公司在标准配送式智能变电站建设中首次提出的重点应用。二次设备布置在预制舱内，舱内接线及设备调试在工厂完成，最大程度实现工厂内规模生产、集成调试，减少现场接线和调试工作，提高建设效率。预制舱的应用可有效缩减主控室面积，利用配电装置场地空隙分散布置，为变电站的总平优化创造条件。

设备信息数字化、功能集成化、结构紧凑化是二次设备预制舱内设备的重要特征。然而，变电站主控制室设备涵盖了继电保护、调度自动化、通信、电气二次等不同专业，各个专业管理分工不同，相关管理和运行部门也不同，各专业根据自己的要求提出设备配置要求，专业间部分功能要求相同，但相互间又要求独立配置，造成二次设备出现冗余和重复设置情况，不利于在空间有限的二次设备预制舱内布置。

针对上述问题，研究探讨了预制舱内二次设备的优化整合方案，有效利用了舱内空间，精简了二次设备数量，智能变电站二次系统设备整合也符合IEC 61850功能自由分配理念。

1 网络化备自投优化方案

110-A3-3通用设计方案[1]中，备用电源自投（简称备自投）功能大多由专用的备自投装置完成，需要在现场接入较多的光缆，不能有效利用空间。

研究采用新型的网络备自投装置，110kV备自投由母分测控装置、进线测控装置、进线智能终端和母设测控装置协同完成。进线测控装置、进线智能终端和母设测控装置完成进线备自投检测，判断本间隔电流、电压，通过GOOSE（面向通用对象的变电站事件）规约将判断后的信息发送给母分测控装置作为动作逻辑。母分测控装置完成备自投功能的集中处理，备自投功能的动作执行由母分测控装置通过GOOSE信息实时传送到110kV线路的断路器智能终端完成。备自投的所有动作逻辑和常规备自投相同，装置还引入1个闭锁备自投信号（通过GOOSE信息得到），原理如图1所示。

图1 网络化备自投原理

2 110kV测控装置与计量整合方案

110kV电压等级多采用独立计量，对于普通计量点，电能表数据仅用作系统内电量考核，将其整合进保护测控装置从管理上是可行的。数字式电能表利用合并单元送来的采样值数据直接进行计算形成计量数据，其结构较常规电子式表计省去了交流插件、A/D转换等元件，更为简单[2]。数字式电能表的计算量较测控量的计算更小，由测控装置完成计量数据的计算并不会带来额外的负担，非关口采用测控计量合一装置，技术上完全可行。

结合110-A3-3通用设计方案，电量平衡计量点设置在110kV线路和内桥间隔，采用测控计量合一装置，此装置通过MMS（制造报文规范）将电能计量信息接入站控层网络；配置1台电能计量转发装置直接从站控层网络收集电能计量数据，上传电能信号。

3 取消独立的故障录波器和网络报文分析仪

网络报文记录分析仪各种应用功能的实现都基于其对MMS，GOOSE和SMV（采样测量值）报文的记录，其实质和故障录波器的录波是一样的，两者的区别仅在于网络报文记录分析仪是即时、完整地记录全站的网络报文。

在110kV电压等级的智能变电站中，故障录波器和网络报文记录分析仪都是基于网络报文录波，再加上后台的分析处理，实现各自的功能。而110-A3-3通用设计方案中无过程层网络，报文所取的信号也与保护所取的信号出自不同的网口，不是同一信号，网络分析的作用在过程层的作用并不大，故可取消网络分析仪。

故障录波器记录录波启动情况下的GOOSE报文和SMV报文。故障录波器是基于报文录波，故障录波功能完全可以分散到各个保护测控装置中，故可取消独立的故障录波装置。上述装置优化后，所带来的优势将是非常明显的。

（1）节省二次设备预制舱内的安装空间。减少安装、维护工作量，简化系统网络结构。功能集成，使用简便。在智能变电站中，传统的故障录波已经不足以进行全面的事后故障分析，很多网络和报文异常带来的波形变化无法解释。通过分散的故障录波，能更全面地记录变电站各个层面的交互数据，实现进一步数据挖掘与应用。

（2）取消网络分析记录仪。故障录波与保护测控装置优化整合后，保护测控装置内设置独立的故障录波模块，实现故障录波需要的数据处理和存储功能。

（3）硬件设备性能的提高，使得装置集成所带来的高负荷不再成为整机性能的瓶颈。

目前国内的主流厂家已相继开发出系列的集成设备，并在相应的智能变电站获得应用。因此，将故障录波和保护测控装置进行整合，在更好地提高数据利用效率的同时有效优化了二次设备预制舱内的空间。

4 站控层设备的优化整合

根据智能变电站二次预制舱的实际情况，整合站控层各应用功能软硬件设备，强调系统的整合和集成，解决变电站站控层系统多、硬件设备多、接口多、数据共享程度差、数据综合应用困难的问题，建立数据服务器与监控主机结构，不仅有利于提高数据利用效率也有利于二次设备舱空间的优化。

数据服务器是全站数据采集、处理的基础，直接与变电站内各IED（智能电子设备）通信；数据总线负责多机间协同工作的高速数据交互，数据服务器通过数据交互总线共享平台实时/历史数据并实现数据交互；监控主机是变电站各应用功能集合，侧重于站内人机接口，包括组态、运行和维护等，监控主机与数据服务器整合后，能有效利用数据资源。

110kV智能变电站站控层优化整合后，预制舱内站控层二次设备配置包括：1台数据服务器（即监控主机，含操作员站、五防工作站等功能）、1台综合应用服务器。数据服务器是一体化平台的主体，统一从IED获取信息；远动直采直送；Ⅲ区数据服务器负责Ⅲ区数据综合展示；数据服务器通过隔离装置从Ⅲ区服务器获取数据，可进行数据全景展示。

5 结语

通过对网络化备自投优化、110kV测控装置与计量整合、故障录波器和网络报文分析仪优化整合以及站控层设备优化整合方案的研究，有效利用了二次设备预制舱内空间的同时，也节省了设备投资，更突出了智能变电站装配式设计的优势。

[1]刘振亚.国家电网公司输变电工程通用设计110～750kV智能变电站部分[M].北京：中国电力出版社，2011.

[2]周和.智能变电站的设计及其应用[D].北京：华北电力大学，2011.