对智能变电站二次设备运维关键技术的思考

李慧琴

摘要：随着智能变电站的推广实施，二次设备运维方面的问题逐渐暴露，如SCD文件管控薄弱，新装置运行状态缺乏监视，二次回路不可视，装置调试可能给运行设备带来较大风险等。现分析了二次设备运维技术现状，提出了站内二次设备统一配置、多环节清晰解耦以及在线版本比对的模型文件管控方法，给出了基于网络报文记录分析装置实现二次设备在线监测和回路可视化的技术方案，还研究了装置的离线仿真、在线仿真等调试技术。该研究着眼于智能变电站的痛点问题，可显著降低运行和改扩建过程中的风险，解决二次设备运维困难的问题，为智能变电站发展进行了有益的探索。

关键词：智能变电站;二次设备运维;关键技术

引言

智能电网是当前电网发展的趋势，智能变电站作为智能电网的重要组成部分，是智能电网的网络架构核心。智能电网通过智能变电站实现了对运行数据的采集并执行相关的命令单元，确保智能电网相关功能的实现。因此，智能变电站的设计不但需要体现智能电网的主要特征，而且还要能够体现出智能电网关键设备的应用。本文对智能变电站二次设备关键技术进行了探讨[1]。

1二次运维现状

1.1 文件管控

智能变电站自动化系统配置以SCD文件为基础，在实际工程配置过程中模型文件管控方面存在几个问题：一是缺乏统一管控的理念和设备;二是缺乏版本比对工具和方法;三是缺乏二次设备运行模型的在线校验工具，存在模型更新后忘记下载或装置解析出错的风险。

1.2二次设备状态监视

相比常规变电站来说，智能变电站间隔层和过程层装置的信号能提供丰富的装置运行自检信息，但是二次设备运行状态监视研究还不深入，这些信号还没有被充分利用起来。

1.3运行设备调试

二次设备调试主要还是沿用常规变电站的调试方法，站内模型修改后缺乏全面的离线验证手段，运行状态的设备和调试状态的设备必须进行物理隔离，装置间功能无法进行在线验证。智能变电站设备均基于IEC61850规范，使用统一的数据模型，具备引入新的离线仿真调试和在线仿真调试方法的条件[2]。

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、健康评估和状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]。

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[4]。

3.2更换式检修方案

为了适应现场快速检修响应的需求，在检修片区枢纽站或地市级检修公司设置检修中心。在检修中心设置备用装置库，当现场就地化二次设备检修和故障更换时，在检修中心对备用装置配置和测试后发往现场，现场经整组传动后即可投运，现场作业时间大幅缩短。更换式检修方案主要涉及装置标准化接口、配置文件备份技术、设备状态监测等关键技术。就地化二次设备采用标准化接口，实现各个厂家同种类型设备的互换，提升了安装效率。标准化航插接口实现“即插即用”，现场作业简单高效，减少了停电时间，提高了工作安全性;设备接线采用航空插头预制，安装简单，设备检修和故障更换时的安装时间大幅缩短，避免了误操作;基于标准化接口采用自动测试技术可提高设备调试效率。

就地化保护采用保护智能管理单元进行配置管理。就地化保护投运后通过智能管理单元对保护设备相关的参数进行备份。备份文件包括CID、CCD、工程参数、定值等。智能管理单元发送启动备份命令，装置应答后启动备份，将需备份的所有内容形成一个数据文件后，上送备份文件生成报告，智能管理单元以MMS文件服务召唤备份数据文件。

采用无液晶的就地化二次设备后，保护装置的状态监测功能集中在就地化保护智能管理单元完成，自动化装置的状态监测功能集中在监控后台完成。二次设备状态监测系统接收装置保护动作、告警信息、状态变位和监测信息，在线分析采集的各种数据信息，对收集到的数据进行过滤、分类、存储等，最终实现实时监视分析二次设备及保护信息专网的网络通信状态。二次设备状态监测系统能以直观的方式将智能变电站保护系统的运行状况反映给变电站运检人员和调度人员，为智能变电站二次系统的日常运维、异常处理及电网事故智能分析提供决策依據[5]。

结束语

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”。

参考文献：

[1]庄研，李成栋，胡绍谦.智能变电站二次设备运维管控技术研究与实现[J].机电信息，2019（18）：22-24.

[2]曹宝玉.智能变电站二次设备运维关键技术研究[D].湖北工业大学，2017.

[3]石敏.新一代智能变电站集成化二次设备关键技术的应用研究[D].华北电力大学（北京），2016.

[4]潘勇，袁涤非，梅玉成，季东方，顾锦书.室内智能变电站组合式二次设备方案及关键技术研究[J].华电技术，2014，36（04）：30-33+78.

[5]曾剑锋.智能变电站二次设备关键技术探析[J].中国电业（技术版），2014（01）：44-46.