智能变电站二次系统改进及发展

杨文成 王仪轩 洪立强

摘 要：随着时代前进的步伐，我国的智能化技术水平日益提升。智能化技术在电力系统中的广泛应用，推动了电网的发展。分析目前智能变电站二次系统的组成和应用情况，确定将改进测控、保护装置，智能终端，信息一体化平台等方面作为革新二次系统的方案，并将该方案在实际情况中应用，同时提出二次系统的发展方向，为智能变电站二次系统革新和应用提供参照。

关键词：智能变电站；二次系统；改进；发展

中图分类号：TM91 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）31-0138-02

Abstract： With the advance of the times， the level of intelligent technology in our country has been improved. The wide application of intelligent technology in power system has promoted the development of power grid. Based on the analysis of the composition and application of the secondary system in intelligent substation， it is determined that the improvement of measurement and control and protection devices， intelligent terminals， information integration platform and so on will be taken as the scheme to renovate the secondary system， and this scheme will be applied in the actual situation. At the same time， the development direction of secondary system is put forward， which provides reference for the innovation and application of secondary system in intelligent substation.

Keywords： intelligent substation； secondary system； improvement； development

智能变电站二次系统功能丰富，在变电站系统中扮演着举足轻重的角色，它将多种设备的大量监测数据自动采集、分类、计算，这些功能很好地提升了供电系统的自动化水平，所以智能变电站二次系统是智能变电站的中枢和核心，它的运行状况决定着电网的健康状况。现对智能变电站二次系统的改进方法进行浅析。

1 背景介绍

电力系统中大部分大面积停电事故都与二次系统有着直接或间接的关系。例如，2003年北美东北部“8.14”大面积停电事故，先是一条345kV线路发生故障跳闸，调控中心没有监视到该线路的故障状态，导致设备状态估计不准确，紧接着又有3条345kV线路先后跳闸，但因为调控中心的监控机故障，监控人员没有及时采取正确的应急措施，导致主要线路跳闸，造成连锁反应，因为系统的潮流发生改变，导致保护误判，扩大了停电范围，最终导致事故总损失负荷高达61800MW，近500万人口的生产与生活受到极大程度的影响；2005海南省玉洲侧某条线路保护拒动致使故障线路未能及时跳开，继而导致越级跳闸，最终导致电网全面崩溃，造成了严重的经济损失；2006年西欧“11.4”大面积停电事故，因为继电保护装置整定值不一致导致事故发生；2012年发生的有史以来影响范围最广、影响人口最多的印度“7.30”、“7.31”大面积停电事故，根据事故报告显示，两次事故过程中，保护装置动作不正确是导致事故连续发展的直接原因。由此得出，如果二次系统动作不正确，尤其是二次系统误动作，将会增加故障的严重性。

2 概述

2.1 智能电网

电是基本能源，居民生活需要用电，生产要用电，社会的发展更需要用电。目前，国家经济发展迅速，生活、生产和社会步入了电气化时代。变电站可以变换电压，接收并分配电能，同时控制电流流向和调整电压，它作为输电和配电的集结点，通过变压器联系各电压等级电网，所以，变电站在优化电网、安全稳定地供输电能方面起着非常重要的作用。目前，伴随着国民经济的发展，我国电力发展迅速，不断更新电网结构，不断加强电网建设，不断提高电力设备技术，在这个大环境下，保障电力系统能够安全、稳定地传输、分配电能，是目前电力员工的研究方向，如何延长电力系统的使用寿命和周期，提高管理自动化水平，也成为主要的研究课题。在传统变电站的二次系统中，重复采集信息、运行维护投资大、相关制度不太规范、保护装置误动、拒动等问题普遍存在，在这种电力情况下，以设备智能化、信息传输网络化、信息模型及通信协议标准化为特点的由广域保护系统、测量系统、通信系统以及广域监控系统融合成的复杂的一体化的智能变电站二次系统已是必然的趋势，这指明了未来电力系统的发展方向，同时新设备、新资源的理念也得以广泛实施。

2.2 智能变电站系统

运行设备在智能化的基礎上，对自己进行管理和监控，自我管理和监控能从根本上保证供电系统的安全可靠，同时，自动识别系统的薄弱环节、在线故障预警这些功能，是当前智能系统运行的核心。当前，智能的一、二次设备，自动化管理的通信系统以及相应的管理工序是变电站运维管理最基本的管理措施和应用方式。伴随着不断发展的科学技术，智能变电站技术也日趋成熟，为目前智能电网的发展提供保障。

3 智能变电站二次系统应用

目前智能电网的发展过程中，智能变电站二次系统是分层分布式结构，整体分为三层，包括站控层、过程层和设备层，它与非常规互感器、继电保护装置、测控装置、报文记录装置、故障录波装置、合并单元、智能终端、应用服务器、实时采集终端、非实时采集终端、同步向量测量装置和电能量采集终端等元件共同运行，这一套系统在运行时能够实现各种信息交换。而传统的变电站运行时各方面都存在局限性，在运行期间不系统、不统一，控制流程也不完善，在管理工作的理念和流程方面存在着不足，这是影响二次系统运行的消极因素，在一定程度上影响供电可靠性。智能变电站作为电网的基础，承担着上级控制中心所需数据的采集，同时完成上级控制中心发出的命令。作为智能电网的核心要素，智能变电站是智能电网的基石，它把一、二次设备智能化、信息传输数字化作为改进目标，把加快信息传输网络建设作为技术支撑，统一通信模型，共享全局实时信息，完成全站范围内的测量监视、信息管理、保护控制等自动化功能。

4 智能变电站二次系统改进

4.1 测控保护改进

传统的变电站中，保护装置与测控装置是相互独立的，而智能变电站的建立是基于IEC61850体系，由此实现了信息共享网络化和标准化，在这个技术条件下，保护装置和测控装置实现了共享实时信息，为成立一体化平台奠定良好的基础。测控单元基于测控保护实现了双重化配置。保护测控装置将收集到很多不同来源的系统链路信息，这时，自动化系统应合并、筛选多重化信号。

4.2 智能终端改进

智能终端是智能变电站二次系统的主要设备，智能终端在一次设备和二次系统间起到纽带作用，智能终端重组从二次转换器采集的电流和电压数据，并将重组的数据传递到保护测控装置。智能终端接收断路器和隔离开关等一次设备发出的位置信号，还有提示其他相关设备运行状态的信号等，它还能够实现分相跳闸、重合闸三相跳闸和遥控分合等GOOSE指令。

4.3 构建一体化信息平台

传统变电站通过单一设备完成数据采集和逻辑判断，所以需要不同设备或不同的系统配置来实现保护装置、测控装置、电能量采集装置、同步相量测量装置、行波测距装置等功能。而智能变电站通过共享信息，实现了站与调控中心、站与站、站与用户间的信息交换，最终实现了综合一体化信息平台。

4.4 故障录波与网络记录分析应用

目前，智能变电站由网络报文记录装置和故障录波装置相互配合来记录故障，网络报文记录装置主要是建立原始报文记录，故障录波装置主要是记录原始报文记录，从而实现记录和诊断一次设备异常数据，当站内发生故障时，综合分析二者采集到的故障数据，能够更准确地分析出故障原因。网络报文的预警记录和暂态录波信息通过统一的数据源，不但节约了变电站内的屏柜空间，而且实现了暂态录波与原始报文数据的分析对比，报文记录子系统记录了过去发生的异常报文日志，这些历史数据可以实时提取，这样就建立了原始报文数据与暂态录波数据之间的索引关系，实现了对比数据后对数据的综合分析。

5 智能变电站二次系统的发展趋势

IEC61850体系中，智能变电站二次系统由过程层、间隔层、站控层组成，过程层设备与间隔层设备通过过程层网络保持信息流畅，间隔层设备与站控层设备以站控层网络为中介保持通信畅通，从而形成了智能变电站的三层设备、两层网络结构。过程层设备与一次设备直接连接。它实现了与一次设备在一定程度上的集成，所以需要站控层设备就地化配置。过程层设备将一次设备信息数字化后传递给二次系统。过程层设备与间隔层设备的信息交换以过程层总线为媒介，同时通过GPS保持全系统的时钟同步。间隔层设备包括保护、测控、报文记录及故障录波、安全自动、电能表等装置。其主要实现保护、控制等功能；实现汇总采集到的实时信息功能；完成操作联闭锁功能；完成和过程层、站控层间网络通信的功能；实现承上启下的数据通信功能。间隔层网络作为桥梁使间隔层设备间达到信息共享，在此过程中将各种功能分布于过程层内，达到资源的优化配置。站控层设备包括应用服务器、实时采集终端、非实时采集终端、同步相量测量装置和电能量采集终端，其主要汇集实时数据信息，实时更新数据库，将数据定时存入历史数据记录库，并按照要求给调度端和各级中心输送实时数据和历史数据，同时间隔层与过程层接收调控中心命令，对相关设备参数进行修改及维护。

6 结束语

智能变电站搭建了共享全站信息的数字化平台，通过智能化的一次设备、网络化的二次设备，实现自动采集、整理、分析各类设备海量的监测数据，从根本上提升变电站的自动化水平。智能变电站与传统综自变电站相比发生很大的变化，在电网发展中具有很大优势，但目前智能变电站存在例如智能化一次设备配套方面的滞后、设备的状态监测功能实用性、可靠性等方面存在不足等问题。

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