智能变电站虚拟二次回路监视方案设计及应用

姜伶俐

（国网南通供电公司，江苏 南通 226001）

0 引 言

目前，社会经济发展不断加快，我国对于能源产业的发展提出了新的要求，同时科学技术发展也已经逐步融入到人们的日常生活中。随着技术的不断深入改革，智能化变电站也开始在我国电网建设中显现出非常重要的作用，现在所应用的智能变电站也实现了全面的信息化，同时信息平台网络建设以及信息共享也在不断推广。智能变电站的智能设备已经可以完善地进行信息的采集、监测、处理以及整体控制等基本功能，变电站的发展方向也在不断向自动控制倾斜，进行线上的问题信息处理[1-3]。

近几年，计算机技术和网络通信技术发展非常迅速，自动化变电站也对相应通信网络系统的发展有了相应的标准和要求。目前，智能电网的发展已经受到了欧美等西方发达国家的重视，成为了重要的发展战略，我国也正在大力研究智能电网建设的相关技术。智能变电站的建设作为电网建设的关键节点，也成为了目前非常重要的工程。对于智能变电站的数据采集、数据分析、数据处理以及事故问题预处理等功能的研究也是越来越深入，如何通过智能变电站对广域电网提供命令指令也是目前研究中比较关键的话题。

1 当前智能变电站技术研究的现状

目前，西方发达国家在智能变电站的建设已经处于非常先进的水平。例如，西门子等高端公司一直在研发一系列的智能化变电站设备，而且使用的技术也已经非常成熟，还有一些专门的技术研究人员进行专门的设计，并取得了非常先进的研究成果。但是在这些研究成果当中还是存在一定的问题。ABB公司及其他公司已经将智能断路器和互感器进行了集成制作，尤其是针对线路的简易性保护和对线路的检测，而且对于间隔层设备的交互测试中已经实现了对复杂工作的简化实施。

我国智能电网建设研究的开展相对于西方国家较晚，电网公司出台了相应的政策和标准，来推动与规范智能变电站的实际发展。而且我国也在积极地吸收西方发达国家在智能电网建设所应用到的先进技术，通过不断对技术进行更新，也研制出了独立的智能变电站标准集成系统。这种集成系统也在向着智能变电站硬件集成与功能集成的方向发展，在信息交互和功能控制几方面也在不断研究。而在IEC61850的功能上，将智能变电站进行分层，分为变电层、间隔层以及过程层，主要是通过网络系统将3个层级进行连接。

我国的智能变电站虽然发展起步比较晚，但是目前的发展速度是非常快的。而且我国不断借鉴西方发达国家在智能变电站方面的研究成果，我国的智能变电站的智能化已经成为目前发展的重要方向。最近几年我国也在全国范围建立了多座智能变电站。虽然目前已经取得一定的成果，但是我国还在加大力度研究智能变电站的相关技术，为我国智能电网的发展奠定基础[4-8]。

当前智能变电站二次回路如果出现问题，主要的解决办法就是定期、定时让维修人员进行检修。这种方法并不能满足更高层次智能化的需求，而且定期检修并不能考虑到设备的实时运行状态，也不能对全部的线路问题进行全面检修。与此同时，这种的监测和维修方式需要大量的人力物力以及较长的处理时间，甚至会增加出现连带故障的风险，造成生产事故。智能变电站虽然会在设备发生故障时产生对应的警告信息，但是大量的错误数据需要工作人员进行分析，很难快速定位故障位置，只能通过经验进行故障排查，工作量非常大，而且对于施工维修人员有非常高的要求。

2 二次回路监视方案系统

智能变电站的二次回路监视系统是根据线路反馈的错误数据，通过网络对于数据报文进行分析，再通过分析的数据进行检测，完成问题点的定位和反馈，主要的系统如图1所示。

图1 二次回路监视系统方案

整个的监视系统包括3个层级，也就是智能变电站的过程层、间隔层以及控制层。数据管理单元是二次回路监测的主要构成部分，其中还有保护设备和智能终端的数据采集单元等，所获得的数据都是来自于过程网层。保护设备和数据采集单元也直接连接着CT获取模拟量数据，而智能终端则直接连接着跳闸信号。数据管理单元通过获取A、B两网的数据报文，可以收集分析整个站点的数据，得到全站的运行状态，如果发生问题就会传出相应的信号，快速定位故障点，然后再传送出故障问题的相应参数，从而快速确定故障类型并解决故障，恢复生产。

3 二次回路监测的数据采集

二次回路监测中故障点的定位系统所需要的数据主要是由数据管理单元来进行获取与处理。数据单元从智能变电站的控制层和过程层的网络中获取，然后通过逻辑分析形成针对性的故障排查。这些都是数据管理单元将庞大且冗杂的数据进行整合分析，通过不断筛选与过滤最终得出相应的结果[9]。

实现二次回路的监控系统需要采集设备自身所具备的运行保护状态信息、警告信息、保护动作信息以及线路状态信息的输出情况。也就是要在保护运行状态的基础上采集和分析自身的硬件、压板、开关、温度、光口光强以及电源电压等的数值。在警告信息状态上包括异常值的采集和异常警告信息的分析，然后通过自我保护的动作信号进行保护动作的指令输出。进行整条线路上的运行状态收集，包括各个设备接收报文的状态以及报文格式是否异常的信息。

上述的信息都是站点控制层的MMS数据和过程层的SV/GOOSE数据。MMS数据可以通过数据管理单元直接在站点控制层上面获取，或者可以通过选择周期性的发送方式从保护设备发出的MMS报文处获取数据。过程层具有大量的数据信息，而且这种SV/GOOSE信息可以直接应用在二次回路监控系统中，所用的数据比较少。因此数据采集单元在监控过程层的过程中要实时记录和保存过程层相应的SV和GOOSE报文。

4 二次回路监控可视化的需要

目前，现有的智能变电站都在使用IED设备进行标准建模。智能变电站全部的信息集成系统都建立在SCD配置文件中，其中的二次回路信息包括SV、GOOSE以及DO的内部地址、物理端口描述等。为了实现这种二次回路监控系统的可视化，也需要将这些信息显示在过程层。从过程层网络端口进行信息和物理光纤的信息连接，然后将建模图显示在软件显示器上，借助二次回路的可视化设备，精准确定故障位置，从而可以更快地分析出现问题的原因[10]。

二次回路监控系统的可视化主要包括两部分，一部分是通过图形进行建模IED与二次回路中虚端子和物理光纤的连接。在IED的图形建模中，压板、开关量、采集量、各设备运行状态灯等信息以图形的元素在软件界面中模拟显示出来，通过不同设备的装置运行状态栏还可以监控到设备所处的实际运行状态和运行参数，以进一步规避风险，如果出现异常可以及时在问题发生前对设备进行维护和维修[11]。

虚端子和物理光纤连接的建模中，根据SCD过程层的数据和变电站光纤连接的状态进行表达，通过显现设备虚端子之间的物理连接，得到变电站的光纤连接情况，而且还可以清楚地看出光纤的连接状态。同时可以显示光纤的数据传输，也就是传输报文的接收情况。另外在接口处也设有相应的标志，工作人员可以通过图文分析数据的接收和发出状态。二次回路的第二部分指的是二次回路的界面动态单元与控制层的MMS信号相连接，通过获取MMS报文来反馈相应的工作状态。通过不断的动态变化，让工作人员可以清楚地观测出二次回路的具体运行状态。而且当设备出现问题，触发自我保护机制时，可以及时从动态图标上表现出来。将大量的报错数据和报错问题转化成为简单的问题信号进行输出，然后工作人员就可以根据操作界面快速定位问题点，进行问题故障点的维修处理。操作流程框架如图2所示。

图2 二次回路可视化流程

5 结 论

近年来，各个企业都在接受数字信息化转型，以应对当下的社会经济发展劲头。因此，国家电网产业也要顺应潮流，学习西方的先进技术，并在引进技术的同时注重自我分析。通过智能变电站信息化和全自动化方向的研究，为我国建立更加完善的电网系统做出更大的贡献。与此同时，还可以优化电网工作人员的工作流程，通过设计智能变电站虚拟二次回路监视方案，使工作人员检测和维修更易操作，节约时间和金钱上的成本。而且通过可视化的显示可以将信息符号和显示的状态相连接，这样更能提高工作效率。此外还可以通过分析错误点，对一些问题常发生的点进行专门的检测和维修，以避免出现更大的问题，对规避事故风险也是有着重要意义。