智能变电站过程层二次设备调试技术研究进展

李少华等

【摘 要】智能变电站调试是智能变电站建设的重要内容，与传统变电站相比，智能变电站调试技术更复杂、更抽象。三层两网结构中的过程层是智能变电站二次系统中最基础的部分，其调试效率也对二次系统的整体调试效率有着决定性作用。从过程层二次设备自身功能特点入手，分别对一次设备在线监测系统、智能终端、互感器与合并单元系统的调试步骤和调试要点进行分析总结，并对当前智能变电站过程层二次设备调试存在的突出问题提出了改进建议。

【关键词】智能变电站；过程层；在线监测系统；智能终端；合并单元

【Abstract】The debugging is an important part of smart substation construction， Compared with the traditional substation， the secondary system of the smart substation debugging technology is more complex， more abstract. The process layer of the network structure is the basic part then the debugging efficiency of it has a decisive role on the secondary system debugging. This paper obtains from the process layer functions with the device itself， respectively analyzed the debugging steps and debugging points of the on-line monitoring system、smart terminal and the transformer merging unit system then it put forward the improvement suggestions.

【Key words】Smart substation； The process layer； The on-line monitoring system； Smart terminal； Merging unit

0 引言

随着智能电网建设的加速，智能变电站也越来越普及，与传统数字式变电站相比，智能变电站具有数据互换性好，组网灵活等优点。因智能变电站基于IEC61850协议，实现了电力系统和设备数据格式的统一，减少了大量电缆连接，便于设计施工，但是，数据以数字信号形式在光纤组成的网络间传输，与传统电缆连接相比，直观性较差，给整个变电站的调试工作带来一定的困难[1]。目前，国家电网公司新建智能变电站二次系统多采用三层两网结构，其中，过程层处于变电站二次网络最底层，在调试过程中，过程层设备调试效果对二次系统整体调试至关重要。因此，需对智能变电站过程层设备调试技术进行研究，采用效率较高的调试方法和手段，有效促进智能变电站的推广和应用。

1 智能变电站二次系统结构

目前，智能变电站采用三层两网结构，智能变电站二次系统如图1所示，主要包括过程层智能一次设备集成的二次设备和上层（间隔层和站控层）二次设备两大部分。

过程层二次设备主要包含智能一次设备在线监测装置、控制装置（智能终端）以及信号采集装置（合并单元）。其中，一次设备在线监测装置，通过采集安装于一次设备本体的传感器信号，对一次设备状态进行监测，并对设备状态进行判断。以高压开关为例，目前，在线监测主要实现断路器分合闸时间、行程、分合闸线圈电流大小以及SF6气室内部气体密度、微水等状态信息的监测。控制装置实现对一次设备的网络化控制，例如，断路器智能终端设备能够接收保护装置、测控装置的分合闸命令，并在短时间内实现断路器的分合闸操作。信号采集装置，实现对电力系统实时信号的采集与转换，例如，电子式电流互感器采集电力系统实时电流就地数字化处理后将数据传给合并单元，合并单元完成电流信号的同步，并安装IEC61850协议要求，传输给继电保护装置和测控装置以及其它二次设备。

间隔层二次设备主要包含继电保护设备、测控装置等。继电保护装置通过接收合并单元的电流、电压信号，实时计算，在电力系统出现故障时，及时发出分合闸命令信号，实现对电力系统的保护。测控装置完成二次系统的测控功能。

站控层是智能变电站自动化系统的后台，其二次设备主要包含有监控后台、远动装置、保护信息子站以及在线监测主站系统等[2]。

2 智能变电站过程层二次设备调试

2.1 一次设备在线监测装置调试

第一，传感器调试，传感器是将监测量的变化转换为电量的装置，应用于电力系统在线监测的传感器在使用前需经检测，检测项目包括：安全性、气密性、精确度等。安全性检测主要是检测传感器的绝缘设计是否符合要求，一般有耐压、雷电冲击等；气密性主要是检测传感器的安装结构是否对一次设备本体的气密性造成影响；精确性主要检测传感器的测量准确度是否能够满足相关要求。

第二，监测IED配置，根据整站二次设计文件，编辑相关配置文件对监测IED与传感器通信的参数、监测IED在网络中的通信参数等进行设置。部分监测IED具有数据分析等应用功能，还需通过配套的后台软件对应用功能进行调试。完成相关配置后，测试其通信功能是否正常。

第三，系统接线及调试

由于被监测量较多，相关传感器的型式也多种多样，不同的传感器对应的输出信号也不相同。常见的4-20mA电流信号、RS-485串行通信等，从传感器到监测IED的接线多用电缆或屏蔽双绞线。从监测IED到站内后台系统的接线，由于采用以太网技术，多采用光纤进行连接。

系统调试时，采用分层调试的方法。

首先，确认各传感器的输出信号是否正常；

其次，连接好传感器与监测IED的接线，依次给传感器和监测IED供电，通过监测IED读取传感器数据，如果能够正常读取，则接线正确，如果读取数据时出现异常，则分析原因并解决知道监测IED能够正确读取其连接的所有传感器数据，则该部分调试完成；

最后，待监测IED与传感器调试完成后，连接监测IED与站内监测服务器，检测通信是否正常，如果正常则接线调试完成，如果不正常，检查接线，重新调试。

2.2 智能终端调试

在完成智能终端的配置文件下载后，其调试重点是分合闸命令执行的实时性。因此，其调试主要是进行动作时间的测试和位置信号传送测试。

按照图2所示，连接智能终端和数字继电保护测试仪，由测试仪发送出一组网络分、合闸命令，同时，测试仪接收智能终端发出的分、合闸的触点状态信息，记录报文发送与硬触点输入的时间差，该时间差需满足标准规定的要求。

位置信号传送测试，通过数字继电保护测试仪硬接线分别给智能终端输出相应的分、合信号，并且接收智能终端所发出的GOOSE报文，解析相应的虚端子信息，观察其状态与实端子状态是否一致。

2.3 电子式互感器与合并单元调试

近年来，随着智能电网建设的推进，电子式互感器逐渐开始应用，与传统互感器相比，电子式互感器有较好的抗饱和性能，是未来互感器发展的方向。在智能变电站工程中，电子式互感器与合并单元配套使用，组成一个系统，对系统的电压、电流进行实时测量，并将测量数据提供给保护、测控、计量等。在调试过程中，一般把二者分开单独调试，待单个系统调试完成后，再进行总体调试。

电子式互感器的调试内容包含：互感器基本功能调试、回路检测、互感器稳定性检测以及电压、电流信号同步性检测与调试等。合并单元需要调试的内容包含：发送的SV报文检测、失步再同步性能检测以及电压合并单元的电压切换/并列功能的检测与调试。

3 智能变电站过程层二次系统调试存在的问题及展望

3.1 问题及建议

智能变电站二次系统与传统变电站二次系统相比，在连线上，由原来的电缆连接变为光纤连接，且整个系统运行更依赖于IEC61850协议，因此在调试过程中，依然存在一定的问题。主要有以下三个方面：

第一，IEC61850协议的细节方面有待完善。虽然该协议对变电站信息进行了统一规范，但是，在实际工程中，由于各个厂家对协议的理解不同，在细节上有一些差别，这样，在二次系统调试过程中，不同厂家装置之间的互联就存在一定的障碍，给整个系统的调试带来一定的困难。因此，今后还需要根据智能变电站实际情况，针对IEC61850协议自身的特点对其进行进一步完善。

第二，装置单台数量较多，且功能分散，不利于组网调试。虽然智能变电站实现了二次设备功能模块化设计，但是，由于各个功能模块分散在不同的单台物理装置上，各台装置间信息互联共享性较差。从技术角度分析，目前，单个间隔的二次设备功能可以整合到单台物理装置内，例如，可在现有合并单元装置内整合一次设备状态监测功能，从而简化工程设计，方便调试运行。

第三，传感装置与信息处理装置间通信协议不一致。例如，气体状态传感器与状态监测IED通信，普遍采用RS-485方式，但是，各家协议细节有差别，给工程应用带来一定困难。再例如，电子式互感器与合并单元间的通信协议，目前也没有实现统一，这些都需要有统一的规范，便于智能变电站调试。

3.2 发展趋势

随着智能变电站建设的加快，对过程层二次设备调试效率要求越来越高。目前，过程层设备调试的发展方向是：集成化、网络化、可视化。采用一体化设计的集成调试平台，通过生动直观的可视化界面一次完成所有设备的设置、调试及验证工作，将大大提高过程层设备调试效率。

4 结语

智能变电站过程层二次设备是智能变电站调试的基础和重点，目前，采用分系统调试的方法分别对一次设备在线监测系统、智能终端、电子式互感器与合并单元系统进行调试。随着技术的进步，未来过程层设备调试将向集成化、网络化、可视化方向发展。

【参考文献】

[1]郑玉平.智能变电站二次设备与技术[M].中国电力出版社，2014.

[2]王天锷，潘丽丽.智能变电站二次系统调试技术[M].中国电力出版社，2013.

[3]黄新波，等.变电设备在线监测与故障诊断[M].2版.中国电力出版社，2013.

[4]何建军.智能变电站系统测试技术[M].中国电力出版社，2013.

[5]曹团结，黄国方.智能变电站继电保护技术与应用[M].中国电力出版社，2013.

[6]罗承沐，张贵新，等.电子式互感器与数字化变电站[M].中国电力出版社，2012.

[责任编辑：汤静]