智能变电站虚拟二次回路可视化分析

刘涛　王寿星　黄兴　张建民

【摘要】智能变电站以网络化信息共享方式替代传统的硬电缆回路，光纤通信取代了大部分的传统站内电缆连接，站内采用数据通信实现保护采样、跳闸、发信等功能，保护装置“无接线、无端子”，二次回路“看不见、摸不着”，修改后检查确认困难。为了方便智能变电站日常维护检修，本文将IEC61850数据模型与传统图纸设计相结合，直观展示隐含在数据模型中二次设备间的物理连接和逻辑链路，使二次回路“看得见、摸得着”，提高检修调试工作效率。

【关键词】智能变电站；二次回路；虚端子；虚拟回路；SCD配置

引言

智能变电站与传统变电站相比在硬件上引入了智能终端、合并单元和过程层网络交换机等设备并采用了三层两网的架构体系，以数字信号光纤为介质的网络通讯方式替代传统变电站中模拟量及开关量信号电缆连接方式[1]，现行智能站二次图纸设计大都基于GOOSE/SV配置表、二次虚端子回路图、过程层网络结构图、交换机端口信息流图等[2]，未能區分回路中网采、直采链路关系，尤其是隐含在SCD文件中的通讯配置和虚拟逻辑连接无法可视化，检修人员在庞杂的配置文本中理清二次回路非常困难。

本文针对SCD文件结构和虚拟二次回路进行分析，提出了一种虚拟二次回路的表达方法，该方法将IEC61850信息模型与传统电气二次图纸相结合，将隐含在链路模型中的逻辑回路进行可视化展现[3]，可直观、全面地反映各智能设备之间的物理连接和逻辑关系，方便检修人员清晰理解和掌握智能装置之间的交互信息，降低智能装置调试安全风险。

1、二次虚拟回路可视化研究基础

与传统变电站相比，智能变电站在IEC61850通讯规约基础上通过SV/GOOSE数据流和SCD配置描述文件在数据模型中实现多路信息复用[4]，传统的点对点电缆连接取被光缆连接所取代。传统数字化变电站TV及TA采集到的一次电压、电流信号经端子箱、电缆进入保护测控装置，在CPU数据处理单元进行数据处理后转化为数字信号。断路器分合、遥控、遥信及闭锁等信号通过二次控制及信号回路传递到断路器设备，从而实现相应的保护、测控功能。

智能变电站引入了智能终端、合并单元和网络交换机等过程层设备，站内数据信息在IEC61850通讯规约下按照模型配置接入变电站通信网络，实现了站内二次设备间的信息共享和互操作。在图1所示原理图中，电子互感器ECT和EVT中的采样信号经合并单元同步合并之后形成数据输出模块，MCU数据处理单元再将处理的数据按照IEC61850-9-2的以太网帧格式传输到智能终端。

2、虚拟二次回路可视化表达方法

现行智能变电站二次图纸设计大都基于GOOSE/SV配置表、二次虚端子回路图、过程层网络结构图、交换机端口信息流图等，回路图设计未区分二次设备间组网及直采直跳逻辑连接，回路涉及到虚端子数量庞大，图纸冗余繁杂，不能清晰反映二次设备间的物理连接和逻辑关系，本文在总结国内智能变电站的设计、施工及检修经验的基础上对智能变电站虚回路进行分析，提出了一种智能变电站虚回路图形化可视方法，采用过程层设备网络结构图、SV/GOOSE信息流图和虚拟二次回路图展现智能设备间重要的虚端子连接关系，以直观、易阅读的方式展现隐含在信息模型中的逻辑回路，方便检修人员根据SCD文件的结构层次开展设备检修和状态维护，降低二次设备运维检修的难度，

（1）过程层设备网络结构图

智能变电站设备网络结构采用分布式、分层网络系统。图2为智能变电站过程层设备网络结构图，从图中可以看出，每个间隔合并单元和智能终端等过程层设备通过过程层网络交换机与间隔层设备进行数据交换，中心交换机汇总各间隔数据信息并将信息传递到网络分析及故障录波系统。过程层设备网络结构图主要为二次设备间的光缆联系，反映了网络数据交互和物理连接关系。

（2）SV信息流图

如图3所示，在220kV线路中，线路合并单元将采集到的电流、电压信息通过光缆通讯方式传递到线路及母线保护装置。线路测控、故障录波所需SV由过程层网络交换机提供。SV信息流图反映了设备间电压、电流数据流的网络传输路径。

（3）GOOSE信息流图

GOOSE信息流图反映了保护装置跳合闸、测控装置开入开出、开关刀闸位置及保护装置间闭锁等信息流的连接关系，如图4所示，GOOSE信息流图展现了各智能设备间物理连接及信息交互内容，但不能反映信息具体逻辑连接。

（4）虚拟二次回路图

智能变电站二次图纸设计中未涉及虚端子IED输入输出流向，作业人员在站内检修及维护过程中，无法在庞大的虚端子表中查询二次回路来龙去脉，基于IEC61850数据模型的虚拟二次回路图将装置SCD文件连接关系以图形化方式展现出来，解决了智能设备信息无接点、无端子和无接线带来的二次回路配置难以体现的问题，使检修及运维人员能够直观阅读智能装置的开入、开出及逻辑出口等。

虚拟二次回路图根据变电站主接线及各装置定义的虚端子确定虚端子起点、终点及逻辑路径。虚端子连接包括虚端子编号、信息名称、信息路径三部分内容，虚端子标号类似与传统变电站设计中的二次电缆及电缆线芯编号，信息名称类似于传统变电站设计中的回路说明。图6所示为某220kV线路虚拟二次回路图，信息模型中的逻辑回路、信息传递走向一目了然，解决了智能设备信息无接点、无端子和无接线带来的二次回路配置难以体现的问题。

3、结语

智能变电站二次回路设计无规范可循，其设计模式无法适应智能变电站技术需求，本文通过对虚拟二次回路进行的分析，采用过程层设备网络结构图、SV和GOOSE信息流图、虚拟二次回路图完整展现了智能装置间物理连接和逻辑连接。该设计方法在220kV北赵站施工图设计中实施，结果表明该设计方法有利于将修人员对设备及全站数据模型的配置及调试，提高现场工作效率。

参考文献

[1]Q/GDW383-2009 智能变电站技术导则[S].北京：国网电网公司，2009.

[2]刘振亚.国家电网公司输变电工程通用设计：110（66）- 750kV智能变电站部分[M].北京：中国电力出版社，2011.

[3]栾国军，丁希亮.智能变电站设计中虚端子、实光纤/光纤一体化设计方法：中国，102832715[P].2012-12-19.

[4]王增华，窦青春.智能变电站二次系统施工图设计表达方法[J].电力系统及其自动化，2014，25（6）：112-116.

作者简介

刘涛，男，学历：研究生，职称：工程师，研究方向：继电保护。