智能化变电站在寺河煤矿中的实践应用

马 薇

（山西省晋城无烟煤矿业集团有限责任公司供电分公司，山西 晋城 048000）

随着网络通信技术、软件智能化技术与高压供电一、二次设备数据控制集成技术的持续发展，智能化变电站技术的应用已经非常成熟，西方发达国家乃至我国国家电网公司、南方电网公司10kV至500kV各电压等级以及煤矿高压电网调度管理上已实现了一定的范围应用实例。智能化变电站技术在煤矿电力调度系统的应用大大提高了煤矿复杂供配电环境下电力调度运行的可靠性和高效性，且在晋煤集团寺河矿电力调度中心一定程度上实现了煤矿电力调度的智能化管理。

1 矿井供电现状

晋煤集团寺河煤矿有110kV变电站1座，东风井、北区、山水沟35kV变电站3座，10kV变电所23座，除两趟110kV进线外还有一座35kV自供瓦斯电厂。原有电力调度仅能实现就地区域负荷或者同电压等级的电力监控调度管理，而智能化变电站技术在煤矿电力调度系统应用后将原有就地区域负荷或不同电压等级配电系统监控调度集中到统一的智能化调度管理中心，实现了涵盖全矿井上下高压供配电集中智能化管理，井上下变电所的无人值守，电力系统各类保护智能化监控报警和分析处理体系。同时通过OPC系统向矿井大调度和所需单位提供监控数据。本文对寺河矿三座35kV智能变电站的实践应用进行分析研究。

2 智能变电站总体技术方案

2.1 系统结构

寺河煤矿35kV智能变电站以往采用单线分段接线方式，每段母线备带1条35kV进线，而该系统采用分层分布式结构，即三层结构两级网络，这是我国大部分煤矿用智能变电站采用的网络结构，具体见图1所示。GOOSE网络和SV网络同属过程层网络，但由于该两种网络上传递的信息数据量大且互相独立，所以通常将这两种不同的信息用不同的物理网络传送。但如果物理网络设备硬件足够可靠，带宽足够大，设计中才会考虑将GOOSE网络和SV网络通过同一个物理网络层来传递，而仅仅从逻辑层面上将其区分开来。

图1 变电站系统结构图

站控层由主机、操作员站、远动通信装置、继电保护和故障信息子站等构成，能够实现管理控制间隔层、过程层设备等功能。间隔层由保护、测控、计量、录波、相量测量等若干子系统组成，独立完成间隔层设备的就地监控功能。过程层由光电瓦感器、合并单元、智能终端等构成，完成与一次设备相关的功能。

2.2 一体化信息平台总体结构

一体化信息平台贯穿于整个智能变电站，能够将变电站各种系统和数据进行有机融合，并在此基础之上满足高级应用功能需求。一体化信息平台是智能变电站的主要特征之一，通过站建立一体化信息平台，并将一体化电源部分、智能辅助控制部分、高压电气设备状态监测部分都接入了站控层网络。

一体化信息平台的建设将促进变电站信息的融合和利用，不仅强化站内的各种功能，同时有利于电网的安全运行、优化调度、经济运营和优质服务，同时也为高级应用功能的开发应用打下了坚实基础。一体化信息平台有如此强大的功能，主要依靠全景数据库技术、通信标准化技术的支撑。

2.3 电力调度智能化系统

电力调度智能自动化技术对原有的一、二次供配电设备进行智能化改造，进行系统的改造后形成了由电子互感器和智能化设备执行终端组成的一次设备和智能网络化控制传输二次设备（由数字化光纤传输技术组成的过程层、整合过程层后的一体化逻辑顺序监控间隔层以及信息智能化中心监控层），上述构架全部建立在IEC61850标准和通信规范基础上。

一次设备执行终端的改造范围包括了各型的10kV及以上电压等级出线柜等附属设备，一次设备内部与区域调控处理环节工作配合紧密。原有的区域供电综自后台电脑通过数据交换服务器加设区域调控处理环节，在现场加设数据智能化处理分站，将类似于设备执行终端里装配的山源电子、南瑞继保等厂家的微机保护装置数据由数据智能化处理分站迅速按照预先编制的规范化执行程序处理，并发出指令或者监控信号，所有数据全部通过光纤网络与上级信息智能化管控中心实现交互式连接。

3 过程层组网技术方案

采用南京南瑞继保电气公司生产的6kV、35kV电子式电流电压互感器。35kV电子式电流互感器、35kV电子式电压互感器经过合并单元然后接入到过程层网络，由传统开关和智能终端方式实现开关设备智能化。6kV电子式电流电压互感器为一体化结构，就地安装于开关柜内。6kV保护和组网方案，由电子式电压电流互感器组合单元提供数字接口，将采样值直接接入装置。信号采用电缆接入装置，提供一个数字接口输出信息到过程层总线供其他设备使用，PT的电压信息可以通过合并器接入其他间隔。过程层组网示意图如图2所示。

图2 组网示意图

4 IEC 61850标准的应用

该智能变电站采用了完善的IEC 61850通信标准。该标准对智能变电站的作用表现在以下两方面。

4.1 面向变电站对象的统一建模

IEC-61850将变电站对象分为13类92种逻辑节点，基本囊括了目前变电站的一次、二次设备及相关功能。IEC-61850-7-3、7-4部分对变电站对象（即一次、二次设备及相关功能）分类进行了统一描述，建立了统一的数据模型。这种统一建模的规定，使得连接于网络上的数字化变电站对象得以互相认识，为设备间的互操作奠定了基础。

4.2 变电站功能应用与网络具体实现的分离

所谓应用是指变电站的各种自动化功能，网络具体实现是指数字化变电站的通信网络和通信技术。IEC-61850是通过2个重要功能ACSI、SCSM来实现应用与具体实现的分离。ACSI为数据模型提供了一个连接于真实网络的虚拟通信接口；SCSM将数字化网络中不同的信息映射到真实网络的不同层次，实现数字信息的传输。站控层信息通过IEC-61850-8-1的规定映射到站控层以太网应用层的MMS。过程层信息则是通过IEC-61850-9-1、9-2的规定映射到过程层以太网的数据链路层，实现信息的快速传输。当通信网络发生变化后，通过改变SCSM的映射方法与之对应即可，而抽象通信接口和设备功能模型则无需变动，保证了变电站功能应用的稳定性。

变电站的功能应用是相对稳定的，在智能变电站中自动化功能的最终完成必须依赖通信网络。IEC-61850实现了应用和网络具体实现的分离，使得变电站功能应用不再随着通信网络技术日新月异的发展而疲于应对，而是能够从通信网络技术的进步和发展中直接受益。

5 结 语

寺河煤矿风井、北区、山水沟三座35kV智能化变电站已于2015年8月工程建设完工，并投入使用。直至当前时间，35kV智能化变电站运行正常，各项试验数据达到设计要求，有效地降低了变电站运行中的维护量，同时变电站也实现了无人值守。35kV智能化变电站的改造及实践应用为寺河煤矿数字化煤矿的建设提供了基础。