智能变电站自动化系统结构及工程调试

徐伟

广州南方电力技术工程有限公司 广东 广州 510100

引言

智能变电站在智能电网中占据重要位置，属于支撑节点，稳定的自动化系统是智能变电站乃至电网安全稳定运行的重要保障。随着新建的智能变电站越来越多，对智能变电站自动化系统结构进行深入剖析，并在此基础上讨论分析其工程调试问题，对于继保调试工作显得十分必要。

1 智能变电站概述

与常规站相比，智能变电站采用光纤代替二次回路中的电缆，降低了物料消耗、施工工程量，节约了工程投资费用。一次设备智能电子设备将设备运行信息就地数字化，然后通过网络传输信息，同时通过网络接收操作指令。一次设备智能化、信息共享标准化、全站信息数字化等是智能变电站的重要特征[1]。

2 自动化系统结构分析

依据标准IEC 61850，智能变电站选用“三层+两网”的结构模式，其中的“三层”包括站控层、间隔层、过程层，“两网”包括站控层和过程层网络即[2]。

标准IEC 61850，具有使用面向对象的建模技术、分层分布的结构、抽象的通信服务接口和映射技术等特点，这些技术特点很好地解决了智能站自动化设备的互操作性和协议转换问题，使各厂家的自动化设备能够无缝连接，使系统便于集成，大幅降低了建设费用。

2.1 站控层

站控层主要设备有操作员站、监控主机、服务器、通信网关等。站控层通过通信网络与间隔层进行信息交互，以完成对一次设备和间隔层设备的本地监控。此外，它还与远动设备交换信息，以完成变电站的远程监控。站控层具有校验数据、检测故障以及自行恢复故障等功能。

2.2 间隔层

间隔层包括控制、保护以及监视装置等，比如保护装置、测控装置、故障录波装置等。实现收集一次设备位置状态信息、控制一次设备分合、上送相关信息至站控层并接受其指令等功能。

2.3 过程层

过程层主要包括合并单元、智能组件等设备，反映了一次电气设备智能化程度，过程层将交、直流模拟量本地转换为数字量，再通过过程层网络上送间隔层和站控层。

3 自动化系统的功能和特点

采用61850标准的分层分布结构，依托先进的高速以太网通信技术，智能变电站自动化系统主要可实现本地后台监控、远方集控/调度监控、继电保护、在线监测、故障信息分析决策、远动通信等功能。

3.1 设备状态可视化

可实现对全站一、二次设备的实时监视，包括开关、刀闸等一次设备的位置、动作信息以及保护装置的动作信息等，可记录变电站事件，显示、查询报警状态。

3.2 可视化网络安全监视功能

通信网络是智能变电站自动化系统的命脉，可实现对网络设备的运行状态、异常信息进行实时、可靠、直观的监控。

3.3 故障信息综合分析

建立故障诊断和分析模型，通过收集故障、告警以及保护动作时的故障波形、保护事件、顺序记录以及相量测量等相关信息，估计故障类别、位置等，提出故障恢复方式方法。

3.4 经济运行和优化控制

通过主变有载调压开关挡位调节和电抗器、电容器组的投切，可以调节电压和无功。智能变电站利用的经济运行和优化控制技术，综合运用主变负荷调节、VQC电压无功控制装置投切以及备自投投切的方式，选择最优控制策略，达到经济运行，降低损耗的目的。

4 工程调试分析

4.1 工程概况

广州某新建变电站按智能站设计，于2021年1月投产，该站自动化系统主要包含站控层、间隔层、过程层三部分，该站依据标准DL/T 860（即对应IEC 61850标准）组网，具体结构如图1所示。

4.2 操作员/工程师站

操作员/工程师站是变电站内监控和维护的人机界面，实现对全站所有设备的本地监控和控制，逐项验证测试其功能，如历史事件记录、历史告警信息、设备状态查看，遥控操作，报警点的退出/恢复等[3]。

4.3 测控装置检验

测控装置定值依照给定的定值单执行，通过监控后台进行“四遥”试验。遥信试验，测试遥信光字牌动作值和遥信信号的对应性。遥测试验，采用虚负荷法，对电流、电压、功率、频率、温度的精度及对应性进行校验。遥控试验，通过操作员站进行遥控操作，对隔离开关、接地刀闸、断路器等进行传动试验；软压板投退试验，远方信号复归试验等。遥调试验，对主变有载开关分接头进行升降挡位试验。

4.4 远动通信检查

远动规约符合标准和技术协议，满足现场设备接入要求。备机切换为主机、双机切换、备机切换为主机以及双机运行不出现抢主机现象，不丢失报文；单机运行时，通信路由正常，双网故障后，运行主远动装置应能在30min内自动切换。通信主站双通道切换功能检查，主通道故障，可以自动切换到备用通道，通道切换时间≤30S，切换前和切换中发生的遥信变化上送调度不多发、不漏发。

与集控主站进行“四遥试验”，遥信传输试验，和集控主站进行遥信值测试。遥测传输检查，和集控主站进行遥测值测试。遥控功能检查，由集控主站下发遥控令，对现场的断路器、软压板等进行遥控试验。由集控主站下发指令，对主变有载开关分接头进行档位遥调。

4.5 交换机系统调试

目前智能变电站内的网络通信设备主要是以太网交换机，按智能站“三层两网”，包含站控层网络交换机和过程层网络交换机，间隔内及跨间隔的信息通过网络交换机进行传输。

光纤通道测试，应当按一用一备配置光纤，当光纤发生损坏时，可以及时使用备用光纤，而不会对正常运行产生明显影响。进行通光试验，确保光纤通道畅通；通过光衰损耗仪对光纤进行光衰耗测试，光衰应不大于3dB。应对光纤弯曲程度进行重点关注，如果光纤弯曲的程度较大则要检测内部纤芯是否出现断裂。主光纤、备用光纤均应保持密封工作良好运行，并且光纤盒、光纤头应密封良好。

对交换机装置的指示灯和告警信号进行测试。通过网络测试仪，对网络交换机进行吞吐量试验、丢包率试验，丢包率为0；就网络流量进行试验，在不相同的网络负载时，监控后台应保持运行正常；就网路传输延时进行试验，存储转发延时＜10μs，先进先出延时＜200μs；验证网络风暴抑制功能以及相应的抑制策略；MAC地址缓存量试验，≥8K，组播组学习能力≥512B。

4.6 时间同步系统调试

智能变电站一般选用主、备式时间同步系统，主、备式时间同步系统一般由两台主时钟、信号传输介质、多台从时钟组成，被授时设备通过时间同步系统进行系统对时。授时顺序为从时钟通过主时钟授时，然后从时钟给被授时设备系统对时。对时方式主要包含有SNTP（简单网络时间协议）对时、直流IRIG-B码对时等[4]。

同步时钟调试，首先，对装置进行调试，确保对时装置对时精度满足各系统设备要求。其次检查对时装置告警等信息，与装置面板和监控后台一致。对时链路检查，对智能远动通信设备、站控层设备、保护和测控装置、智能录波装置、智能终端等需要对时的装置逐一检查，确保对时链路通达。

5 结束语

自动化系统是智能变电站的大脑和神经，一个安全可靠的自动化系统，是智能变电站稳定运行的重要保障。经过设计、安装、调试等过程，验证自动化系统功能达到设计预期，才能正式投运。有了合理的结构设计和完善细致的工程调试，才能确保智能变电站自动化系统安全可靠，为智能变电站的稳定运行，甚至电力的稳定供应提供坚强的保障后盾。