智能變電站過程層二次設備調試技術研究進展

李少華等

【摘 要】智能變電站調試是智能變電站建設的重要內容，與傳統變電站相比，智能變電站調試技術更復雜、更抽象。三層兩網結構中的過程層是智能變電站二次系統中最基礎的部分，其調試效率也對二次系統的整體調試效率有著決定性作用。從過程層二次設備自身功能特點入手，分別對一次設備在線監測系統、智能終端、互感器與合并單元系統的調試步驟和調試要點進行分析總結，并對當前智能變電站過程層二次設備調試存在的突出問題提出了改進建議。

【關鍵詞】智能變電站；過程層；在線監測系統；智能終端；合并單元

【Abstract】The debugging is an important part of smart substation construction， Compared with the traditional substation， the secondary system of the smart substation debugging technology is more complex， more abstract. The process layer of the network structure is the basic part then the debugging efficiency of it has a decisive role on the secondary system debugging. This paper obtains from the process layer functions with the device itself， respectively analyzed the debugging steps and debugging points of the on-line monitoring system、smart terminal and the transformer merging unit system then it put forward the improvement suggestions.

【Key words】Smart substation； The process layer； The on-line monitoring system； Smart terminal； Merging unit

0 引言

隨著智能電網建設的加速，智能變電站也越來越普及，與傳統數字式變電站相比，智能變電站具有數據互換性好，組網靈活等優點。因智能變電站基于IEC61850協議，實現了電力系統和設備數據格式的統一，減少了大量電纜連接，便于設計施工，但是，數據以數字信號形式在光纖組成的網絡間傳輸，與傳統電纜連接相比，直觀性較差，給整個變電站的調試工作帶來一定的困難[1]。目前，國家電網公司新建智能變電站二次系統多采用三層兩網結構，其中，過程層處于變電站二次網絡最底層，在調試過程中，過程層設備調試效果對二次系統整體調試至關重要。因此，需對智能變電站過程層設備調試技術進行研究，采用效率較高的調試方法和手段，有效促進智能變電站的推廣和應用。

1 智能變電站二次系統結構

目前，智能變電站采用三層兩網結構，智能變電站二次系統如圖1所示，主要包括過程層智能一次設備集成的二次設備和上層（間隔層和站控層）二次設備兩大部分。

過程層二次設備主要包含智能一次設備在線監測裝置、控制裝置（智能終端）以及信號采集裝置（合并單元）。其中，一次設備在線監測裝置，通過采集安裝于一次設備本體的傳感器信號，對一次設備狀態進行監測，并對設備狀態進行判斷。以高壓開關為例，目前，在線監測主要實現斷路器分合閘時間、行程、分合閘線圈電流大小以及SF6氣室內部氣體密度、微水等狀態信息的監測?？刂蒲b置實現對一次設備的網絡化控制，例如，斷路器智能終端設備能夠接收保護裝置、測控裝置的分合閘命令，并在短時間內實現斷路器的分合閘操作。信號采集裝置，實現對電力系統實時信號的采集與轉換，例如，電子式電流互感器采集電力系統實時電流就地數字化處理后將數據傳給合并單元，合并單元完成電流信號的同步，并安裝IEC61850協議要求，傳輸給繼電保護裝置和測控裝置以及其它二次設備。

間隔層二次設備主要包含繼電保護設備、測控裝置等。繼電保護裝置通過接收合并單元的電流、電壓信號，實時計算，在電力系統出現故障時，及時發出分合閘命令信號，實現對電力系統的保護。測控裝置完成二次系統的測控功能。

站控層是智能變電站自動化系統的后臺，其二次設備主要包含有監控后臺、遠動裝置、保護信息子站以及在線監測主站系統等[2]。

2 智能變電站過程層二次設備調試

2.1 一次設備在線監測裝置調試

第一，傳感器調試，傳感器是將監測量的變化轉換為電量的裝置，應用于電力系統在線監測的傳感器在使用前需經檢測，檢測項目包括：安全性、氣密性、精確度等。安全性檢測主要是檢測傳感器的絕緣設計是否符合要求，一般有耐壓、雷電沖擊等；氣密性主要是檢測傳感器的安裝結構是否對一次設備本體的氣密性造成影響；精確性主要檢測傳感器的測量準確度是否能夠滿足相關要求。

第二，監測IED配置，根據整站二次設計文件，編輯相關配置文件對監測IED與傳感器通信的參數、監測IED在網絡中的通信參數等進行設置。部分監測IED具有數據分析等應用功能，還需通過配套的后臺軟件對應用功能進行調試。完成相關配置后，測試其通信功能是否正常。

第三，系統接線及調試

由于被監測量較多，相關傳感器的型式也多種多樣，不同的傳感器對應的輸出信號也不相同。常見的4-20mA電流信號、RS-485串行通信等，從傳感器到監測IED的接線多用電纜或屏蔽雙絞線。從監測IED到站內后臺系統的接線，由于采用以太網技術，多采用光纖進行連接。

系統調試時，采用分層調試的方法。

首先，確認各傳感器的輸出信號是否正常；

其次，連接好傳感器與監測IED的接線，依次給傳感器和監測IED供電，通過監測IED讀取傳感器數據，如果能夠正常讀取，則接線正確，如果讀取數據時出現異常，則分析原因并解決知道監測IED能夠正確讀取其連接的所有傳感器數據，則該部分調試完成；

最后，待監測IED與傳感器調試完成后，連接監測IED與站內監測服務器，檢測通信是否正常，如果正常則接線調試完成，如果不正常，檢查接線，重新調試。

2.2 智能終端調試

在完成智能終端的配置文件下載后，其調試重點是分合閘命令執行的實時性。因此，其調試主要是進行動作時間的測試和位置信號傳送測試。

按照圖2所示，連接智能終端和數字繼電保護測試儀，由測試儀發送出一組網絡分、合閘命令，同時，測試儀接收智能終端發出的分、合閘的觸點狀態信息，記錄報文發送與硬觸點輸入的時間差，該時間差需滿足標準規定的要求。

位置信號傳送測試，通過數字繼電保護測試儀硬接線分別給智能終端輸出相應的分、合信號，并且接收智能終端所發出的GOOSE報文，解析相應的虛端子信息，觀察其狀態與實端子狀態是否一致。

2.3 電子式互感器與合并單元調試

近年來，隨著智能電網建設的推進，電子式互感器逐漸開始應用，與傳統互感器相比，電子式互感器有較好的抗飽和性能，是未來互感器發展的方向。在智能變電站工程中，電子式互感器與合并單元配套使用，組成一個系統，對系統的電壓、電流進行實時測量，并將測量數據提供給保護、測控、計量等。在調試過程中，一般把二者分開單獨調試，待單個系統調試完成后，再進行總體調試。

電子式互感器的調試內容包含：互感器基本功能調試、回路檢測、互感器穩定性檢測以及電壓、電流信號同步性檢測與調試等。合并單元需要調試的內容包含：發送的SV報文檢測、失步再同步性能檢測以及電壓合并單元的電壓切換/并列功能的檢測與調試。

3 智能變電站過程層二次系統調試存在的問題及展望

3.1 問題及建議

智能變電站二次系統與傳統變電站二次系統相比，在連線上，由原來的電纜連接變為光纖連接，且整個系統運行更依賴于IEC61850協議，因此在調試過程中，依然存在一定的問題。主要有以下三個方面：

第一，IEC61850協議的細節方面有待完善。雖然該協議對變電站信息進行了統一規范，但是，在實際工程中，由于各個廠家對協議的理解不同，在細節上有一些差別，這樣，在二次系統調試過程中，不同廠家裝置之間的互聯就存在一定的障礙，給整個系統的調試帶來一定的困難。因此，今后還需要根據智能變電站實際情況，針對IEC61850協議自身的特點對其進行進一步完善。

第二，裝置單臺數量較多，且功能分散，不利于組網調試。雖然智能變電站實現了二次設備功能模塊化設計，但是，由于各個功能模塊分散在不同的單臺物理裝置上，各臺裝置間信息互聯共享性較差。從技術角度分析，目前，單個間隔的二次設備功能可以整合到單臺物理裝置內，例如，可在現有合并單元裝置內整合一次設備狀態監測功能，從而簡化工程設計，方便調試運行。

第三，傳感裝置與信息處理裝置間通信協議不一致。例如，氣體狀態傳感器與狀態監測IED通信，普遍采用RS-485方式，但是，各家協議細節有差別，給工程應用帶來一定困難。再例如，電子式互感器與合并單元間的通信協議，目前也沒有實現統一，這些都需要有統一的規范，便于智能變電站調試。

3.2 發展趨勢

隨著智能變電站建設的加快，對過程層二次設備調試效率要求越來越高。目前，過程層設備調試的發展方向是：集成化、網絡化、可視化。采用一體化設計的集成調試平臺，通過生動直觀的可視化界面一次完成所有設備的設置、調試及驗證工作，將大大提高過程層設備調試效率。

4 結語

智能變電站過程層二次設備是智能變電站調試的基礎和重點，目前，采用分系統調試的方法分別對一次設備在線監測系統、智能終端、電子式互感器與合并單元系統進行調試。隨著技術的進步，未來過程層設備調試將向集成化、網絡化、可視化方向發展。

【參考文獻】

[1]鄭玉平.智能變電站二次設備與技術[M].中國電力出版社，2014.

[2]王天鍔，潘麗麗.智能變電站二次系統調試技術[M].中國電力出版社，2013.

[3]黃新波，等.變電設備在線監測與故障診斷[M].2版.中國電力出版社，2013.

[4]何建軍.智能變電站系統測試技術[M].中國電力出版社，2013.

[5]曹團結，黃國方.智能變電站繼電保護技術與應用[M].中國電力出版社，2013.

[6]羅承沐，張貴新，等.電子式互感器與數字化變電站[M].中國電力出版社，2012.

[責任編輯：湯靜]