智能变电站二次设备模块化设计技术

魏传宇

摘 要：随着我国变电站搭建的越来越广泛，变电技术的不断提高，智能变电站目前在我国正在广泛地搭建，新型的智能变电站系统以高度集成和设计优化为目标，为推动变电站的创新发展，智能变电站的二次设备模块化设计技术需要通过发展需求和设备整合两个角度进行分析设备集成化思路和关键技术，因此，智能变电站的新设备集成优化方案出台。本文提出了针对智能变电站二次设备模块化的设计方案，然后体现二次设备模块化的设计原则，以供参考。

关键词：智能变电站 二次设备 集成方案 模块化设计技术

中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）11（b）-0053-02

随着我国经济和电力技术的快速发展，各项新型设备和技术创新都在变电站的建设过程中广泛应用。我国的智能变电站也随着科技水平的发展应运而生。传统的变电站包括综合自动化变电站、数字化变电站、智能变电站和目前新型的智能变电站。新型智能变电站的智能化特征比较鲜明，按照新型技术要求需要制定新一代的信息方案，通过对一体化业务平台的研制，具有系统可扩展性的提高，对于研制地域保护和集成二次设备都有崭新的突破。采用舱式二次组合的设备能够实现工厂的最大化加工、最小化的现场施工。此外，还可以采用电缆和设备之间进行连接和转化，从而实现一、二次设备的连接。

1 智能变电站二次设备的发展历程

在中国20世纪50年代之前，早期的变电站，二次设备采用模拟仪器仪表，就地监控和人工操作，不具备自动化能力；20世纪80年代以前，传统变电站采用机械电磁式、晶体管式、集成电路式二次设备，二次设备均按照传统方式布置，各部分独立运行；20世纪90年代，综合自动化变电站，通过对变电站二次设备的功能进行重新组合和优化设计，建成了变电站综合自动化系统，RTU、微机自动装置、计算机监控系统等二次设备和系统获得大面积推广应用，满足站内现场总线及以太网应用；2013年，在总结智能变电站建设经验的基础上，新一代智能变电站应运而生，提出了集成化二次设备和一体化业务平台应用，实现分散独立系统向一体化系统转变，强化了高级功能应用，全面提升了运行可靠性。

2 二次设备集成化思路及关键技术

2.1 需求分析

二次设备整合和集成是实现新一代智能变电站最终目标的首要任务及重要途径。从技术和产业发展需求的角度来分析，二次设备按面向间隔配置，每个间隔部署保护、测控、PMU、计量、录波等装置，各装置功能相互独立，可靠性高，维护方便。但二次装置硬件配置重复，全站接线复杂，信息共享不充分，缺乏全站系统层的协调和功能优化，整体投资成本较大。随着计算机技术发展及芯片集成化处理能力不断提高，在保障电网安全运行可靠的前提下，将现有成熟应用的功能、设备进行集成或整合。

2.2 整合方案

针对新一代智能变电站新技术的提出，可以采用面向多间隔进行同类功能集成；面向单间隔进行不同类的多功能集成；采用预置舱二次组合设备，工厂化预置，一体化安装、调试和供货。对于网络层来说，过程层设备集成方式采用合并单元智能终端集成装置，就地柜安装；间隔层设备集成方式采用多功能测控装置，多合一集成装置、保护测控装置、站域保护控制装置，集中式保护；而站控层设备集成则采用一体化业务平台，间隔层与站控层都是预制舱安装。

2.3 关键技术

新型二次设备的关键技术有以下几个方面。

（1）集成化二次设备硬件平台化技术。采用通用一体化硬件平台和插件式功能板件设计，达到“插件易更换，装置易互换”的应用效果；采用模块化的多CPU硬件架构+高速内部总线统一高效的数据采样、数据处理、数据存贮、数据传输处理。

（2）二次设备功能模块化和配置组态技术。通过装置支撑软件提供接口，将应用功能与硬件平台解耦；选配不同的插件和功能模块组建合适的应用装置；应用功能模块支持可视化编程和配置组态；具有结构清晰、集成度高、扩展性好、适应性强等特点。

（3）二次设备运行状态采集和监视技术。由自检信息扩展至物理板件、通信端口以及逻辑链路等监测；采用嵌入式采集方式；为二次设备可视化运维、健康评估和狀态检修提供数据支持。

（4）时间同步状态监测技术。闭环时间同步状态管理，监测量包括对时间状态测量数据和设备状态自检数据，采用SNTP基于乒乓原理问答机制进行时间同步状态监测；以告警直传上送时间同步状态给调度。

3 二次设备模块化设计

二次设备采用模块化设计，解决传统建设模式存在的现场施工量大、施工周期长、建设质量难以掌控、二次设备接线工作量大的问题。

3.1 模块化设计方案

3.1.1 组合二次设备的模块式设计

结合变电站标准配送式理念，针对组合式二次设备的特点，在现有硬件系统及生产工艺不需大改的基础上，设计组合式二次柜体，集成多个功能模块设备（后台、服务器、电源等），在厂家生产、拼装、调试后，以整体形式发往现场，减少现场施工量及施工周期。组合柜内采用固定模块式设计，方便后期更换及运维。

3.1.2 组合二次设备的即插即用

由厂家在柜内设置集中接线区，将柜间装置的输入输出信号及电源在集中接线区进行航空插头配置，通过与柜外的预制光缆和预制电缆直接连接，达到与系统沟通的功能。组合柜与外部预制线缆在现场可进行快速对接，实现即插即用。

3.2 模块化组屏及内部接线方案

3.2.1 模块柜即插式安装方案

（1）屏柜拼接方式。模块化屏柜包括顶盖组件、侧门组件、前门组件、后门组合和框架组合五大部分。屏柜采用框架结构，屏间采用“即插式”可插拔接口，由五大组件构成，所有组件均为可拆卸式，拥有插拔接口。（2）柜-线缆室拼接方式。屏柜本体与线缆室采用螺栓固定，从机柜内侧直接固定到滑动的插入螺母，不再需要紧锁螺母。

3.2.2 模块柜内线缆连接方案

在柜体下方布置线缆室，供电缆集中走线用。线缆室位于模块柜和小车之间，采用与柜体相同的材质，室高100mm，室内可供光缆、电缆走线使用。（1）柜内走线。通过采用一体化底座完成屏柜固定及预制线缆储纤功能，可在活动地板下空间内盘光缆或尾缆；通过屏间侧壁开孔，由生产厂家在厂内完成模块内部走线，避免从电缆沟或架空地板敷设，减少现场安装接线，提高了组合柜整体的装配式特点。（2）柜外走线。模块柜外走线采用柜内设备—线缆室—线缆配线架—电缆沟或架空地板—柜外设备，设备—线缆室—线缆配线架部分的配线由生产厂家在场内完成，线缆配线架—电缆沟或架空地板—柜外设备由现场施工单位完成。

4 结语

综上所述，智能变电站二次设备模块化集成的设计技术可以以模块化划分，模块化组合的二次设备方案体现了模块组合设计、工厂化安装和整体运输的特点，除了降低工地和接线任务量，需要大幅度提高建设效率。二次设备模块化设计属于智能变电站模块化建设的发展趋势，设计原则建议根据变电站的一次设备型式、布置和建设模式。随着智能变电站自动化系统的发展不断完善，对二次设备集成度要求越来越高，面向间隔的功能将逐渐就地化处理并与一次设备间进集成，最终实现真正意义上的“智能设备”。

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