智能变电站二次系统的安全优势分析

潘柏辰

（广西博阳电力工程建设有限责任公司　广西　南宁　530022）

智能变电站二次系统的安全优势分析

潘柏辰

（广西博阳电力工程建设有限责任公司广西南宁530022）

本文简要地分析了智能变电站的发展状况以及其二次系统的网络构架，及对比智能变电站与常规变电站二次系统的区别，并对智能变电站二次系统的安全优势进行深入地分析。

智能变电站；二次系统；安全优势

1　智能变电站发展现状

1.1智能变电站二次系统结构

对于智能变电站二次系统，其基本结构主要是对分层分布式变电站结构进行一种改进与继承。智能变电站结构一般包括三层：站控层、过程层以及间隔层。在逻辑关系上，过程层网络属于过程层与间隔层之间相关设备信息交流的媒介，而变电站层网络则属于间隔层和变电站层之间相关设备通信交流的中介，进而构建了智能变电站现有的三层设备与两层网络结构。基于IEC61850标准分层的变电站结构，在过程层网络上传输着两种较为重要的数据：①SMV采样值报文；②GOOSE报文。二者报文技术对变电站的全部信息进行有效传输。其中，交流量的上送，即电流、电压值由前者完成，而上送开关量和下发分合闸控制命令则由后者来完成。

1.2通信模式的网络构架

智能变电站，也被称作数字化变电站，是一类现代化特质极浓的变电站，是建立在“IEC61850通信规划”基础上，由网络二次设备分层以及包含智能终端、智能断路器、智能变压器等的智能化一次设备构建而成，各项智能电气设备之间可以实现交互操作以及互相分享信息。

智能变电站二次系统由过程层、间隔层、站控层三者构成，运用分布式网络结构和开放式分层结构，以IEC61850为标准。间隔层以点对点的模式与过程层相连；然而与站控层则之间则以双以太网相连，被行内称作“三层两网”结构；OOSE系统则使用网络通讯模式。

1.2.1站控层

由打印机、通讯监控系统、远动系统、变电站监控系统等构成，实时数据运用两级高速网络来实现刷新操作，并进一步汇合集中整站的数据信息。根据有光规约给控制调度中心发送数据并从中心接收相关命令，发送给过程层和间隔层去执行。

1.2.2间隔层

由测控装置、保护装置以及其他职能设备组成，各间隔设备间相对独立，直接下放到开关柜和职能控制柜上，通过通讯网互相联系。间隔层的功能主要有：承上启下的通信功能，快速实现与其他层的网络通信；将本间隔过程层接收到的实时信息汇合集中。

1.2.3过程层

由过程层网络设备、智能开关设备、电子互感器等组成，作为二次设备以及一次设备的结合体，运用100M光纤以太网，以光纤传输介质，不仅可以操作控制的驱动和执行，还能实时检测电气量。其中操作控制不但包括隔离开关，还包含断路器合分控制、电容投切控制等等。

2　智能变电站与常规变电站二次系统的区别

作为智能变电站的核心，二次系统跟常规变电站的比较，主要在改变了以下几个方面：

（1）常规变电站通过运用电缆连接传输信号，电缆跟信号一一对应；而智能变电站二次系统中通过智能装置传输信号，光缆或电缆没法描述真实的功能互操作关系，只能反应出装置的物理连接关系。

（2）常规变电站中，智能装置具有一定的功能，决定了产品的版本以及型号，决定了功能的配置状况；智能变电站二次系统中的智能装置不能反应功能的配置，只是一个通用的运行平台。

（3）智能变电站二次系统中，通过配置数据承载、描述功能之间的通信关系以及部署情况，智能电网中每个环节也都重点关注这类配置数据。然而，常规变电站不用这类的数据。

3　智能变电站二次系统的安全优势

与普通传统的变电站相比，智能变电站二次系统有着明显的优势，尤其是安全生产工作便显得极为重要。

3.1减少继电保护装置中的安全隐患

110kV及其以上的系统经过最近几年的不断改造，继电保护技术突飞猛进，大致上实现了系统的微机化，在很大程度上地提高了继电保护的正确动作率，但是仍然没能做到持续、长期地提高，主要有以下七个原因：

（1）二次回路设计中，存在电缆老化严重接地、执行反措不到位、电缆太长、接线错误等现象，导致了保护误动。

（2）跳间矩阵与控制字的错误设置，过多的定值项。

（3）检查低压减载压板、季节性负荷等工作的量过于大，导致容易出现工作失误。

（4）缺少备自投保护、母差保护等保护装置的部分配电系统，导致上一级的保护很难起到保护的作用而使得事故扩大，中断了供电。

（5）CT特性不一致或者恶化导致了区外故障误动或者错过切除故障的最佳时机，延迟了最佳的切除时间。

（6）保护通道类存在问题。

（7）直流电源回路在变电站中故障接地，继电器保护误跳闸频频出现。

然而，相比之下，智能变电站二次系统中的二次电缆比较少，没有重复地收集交流信息和增多硬件设备，分散功能到对应的间隔保护单元当中，使得网络化低压低频减载功能、网络化备自投、保护网络化母线等得到有效实现，大致上消除了限制继电保护不断提高运行水平的因素。与此同时，有效地减少了运行维护工作者的“三误”事故和把手，有效地保护了按钮、压板、定值，简化了控制字。因为直接使用了数字量，所以反映出来的电气量信息相对比较真实。另外，为了有效地增强抗干扰的能力，增大集成度，应该在装置中运用更加先进的原理；同时，可以实施在线自动化检测修理、在线监测等措施来增强系统稳定性能，而设置光纤通道则在于解决由于通道设备以及通道故障而导致发生的高频保护误动。

取消大规模的电缆硬连接这一做法，有效地数字化了整个作业过程，智能变电站二次系统包含了更好的保护功能，二次接线方面操作也更为简洁易懂，变电站系统变得更为可靠安全。另外，智能变电站二次系统的设备的使用数量降低了许多，相应的维修工作量减少了许多，而且采用的标准是IEC61850，站内信息的孤岛模式消失了，不同厂家之间的设备互操作得以有效的实现，不仅优化了布局功能，而且二次系统得以简化，提升了大电网的灾害防治功能，也提升了大电网的安全稳定水平。

3.2增大变电站的可靠性

（1）二次系统中，通信网络不用规约转换，运用统一化的通信规约IEC61850，维护难度、调度难度、设计难度以及系统的难度减小了，通信速度增大了，所以系统的性能得到有效的提高。

（2）使用光缆传输，不仅能够使数字信号不再受到电缆电磁的干扰，而且可以减少发生传输中信号失真、信号衰减的情况，在提高测量系统、保护系统和计量系统的上精度起到重要作用。

（3）相关的保护装置针对电子式互感器暂态性能较好、较高精度、没有磁饱和的特点来优化有关的保护算法，保护性能得以有效的提高。

（4）按照GB/T14285中“除出口继电器外，保护装置内的任一元件损坏时，保护装置不应误动作跳闸”的要求，智能变电站二次系统内的过程层网络交换机、智能终端、光纤连接、合并单元、二次转换器等一系列设备中，除了出口继电器之外的任何一个元件损坏时，不会引发保护误动。实现了这个要求才能有效地增强保护装置的可靠性能。

（5）设备有着较强的自我检测能力。互感器发生故障或者通讯故障时，合并器收不到数据而发出警告信号，可以实时检测MMS网、SV网、GOOSE网，不仅减少了运行工作人员的工作量，而且增强了运行系统的可靠性。

3.3提升了变电站安全性

（1）由于采用了电子式互感器，与常规普通的互感器不同，智能变电站二次系统中没有二次开路、谐振、磁饱和、二次接地短路等问题，数字量输出、动态范围宽、绝缘简单，低压部分使用光电隔离、电子式互感器高，有效地增强了安全性，消除了二次短路等设备不安全或者危害身体的问题。除此之外，没有限制的二次输出容量以及不会饱和的ECT，使得因CT饱和而产生的保护误动、拒动的现象不复存在，整个电网也因此变得更加安全。

（2）在智能变电站二次系统中，电缆运用用光缆来代替，避免了电缆破损、人员误碰引发的CT回路两点接地出现保护拒动或误动的问题出现，并且由于直流接地，回路发生接地或短路的现象减少了许多，传统普通的电缆中出现的接线端子短路、开路、发热、松动的危险不复存在，由于直流接地导致的断路器偷跳或者保护装置误动的现象也不再发生，有效的减小了二次回路出现缺陷的概率，系统及变电站的安全运行水平得以整体地提升。

4　总结

智能变电站由网络二次设备和智能化一次设备两种设备组成，智能变电站二次系统由过程层、间隔层、站控层三者构成，其中，间隔层与过程层、站控层间的连接方式不同，分别是双以太网连接和点对点连接。与普通常规的变电站相比，智能变电站二次系统有着明显的安全优势，不仅可以减少继电保护装置中很有可能出现的安全隐患，也能够有效地增大变电站的可靠性能，还能够有效地提升变电站的安全性能。

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TM63

A

1673-0038（2015）30-0278-02

2015-7-1

潘柏辰（1978-），男，工程师，本科，主要从事电力工程建设管理工作。