李琦 孟璐璐 赵婉辰

摘 要：智能变电站设计，采取以构建变电站智能化网络框架为前期基础。全站网络在逻辑功能上由站控层、间隔层、过程层组成。该框架是电网信息处理的基础，直接和能量系统耦合。 本文提出了就地化保护、站域保护、过程层组网方式灵活化等提升措施，为新一代智能变电站的应用提供了参考。

关键词：智能变电站；分层设计；提升措施

1 引言

智能变电站系统逻辑上采用分层分布式结构，在综自站基础上加入过程层设备。其中站控层设备包括监控主机、数据通信网关、数据服务器、综合应用服务器、操作员站、工程师工作站、PMU数据集中器和计划管理终端等；间隔层设备包括继电保护装置、测控装置、故障录波装置、网络记录分析仪、及稳控装置等；过程层设备包括合并单元、智能终端、智能组件等。

2 智能变电站系统网络化构架

智能变电站网络系统采用高速以太网，且支持IEC61850规约，并满足传输速率大于800Mb/s，所有连接到以太网的各类设备必须具有必要的通信接口。

全站网络在逻辑功能上由站控层、间隔层、过程层组成。站控层网络拓扑采用星型结构。过程层网络分为SV（采样数据网）网和 GOOSE网，SV网和GOOSE网物理上相互独立，同样采用星型拓扑结构。保护采用双重化保护定值，相应的过程层网络也应该双重化配置，以及两个过程层网络完全独立，并满足继电保护点对点直采、直跳的原则。

站控层网络，设计构成站控层以太网，采用智能工作组网络交换设备；10kV网络系统通常属于站控层网络，所以采用智能工作组网络交换设备，通过光纤接入站控层；对于构成针对主变压器GOOSE控制网，采用符合IEC61850的工业级网络交换设备，且能支持GOOSE技术。

2.1 过程层

过程层（也称设备层）是为完成变电站电能分配、变换、传输及其测量、控制、保护、计量、状态监测。由一次设备和二次设备构成，智能设备由一次设备和智能组件构成，此外还包括其配套的合并单元和智能终端。智能设备主要由顺序控制操作为宜。

2.2 间隔层

间隔层设备实现一个间隔的数据，并作用于该间隔一次设备，并且能够与各种远方输入/输出、智能传感器和控制器通信。由继电保护装置、测控装置等二次设备组成。

2.3 站控层

站控层为信息统一的存取平台，功能为将全站各类信息进行统一建模，并且建立全景信息统一采集、存储、处理、展示和上送的功能，为各种高级应用提供可靠、稳定和高效的数据。

3 分层设计特点

在体系构架方面，完全遵循IEC61850规范，系统建模标准化，统一的信息模型和信息交换模型解決了互操作问题，实现了信息共享，简化了系统维护、工程配置和工程实施。在信息采集与传输方面，采用全数字接口的二次设备，实现遥测遥信全数字化高精度测量与同步采集，具有精确绝对时标，全站数据统一采集及标准方式输出共享方便；利用光缆代替传统电缆，长期困扰继电保护安全稳定运行的CT开路、PT短路、电磁干扰、一点接地等问题不复存在，节约了大量二次电缆和造价，体现了节能环保理念。建立了全站信息一体化平台，信息一体化平台作为变电站全景数据收集、处理、存储的中心，融合监控、五防、保护故障信息子站、高级应用、状态监测、各类智能辅助系统等多套系统的信息及功能，简化了二次系统的配置，实现全景数据集成、标准化后统一上送，实现了源端维护。但在实际运行中，智能变电站分层设计也存在以下问题。

（1）智能变电站在实际的电力系统运行中，会由于智能设备之间的信息模型不尽相同，存在较大差异而很难确保统一，相互之间的操作性也有明显差异，这对于系统运行是不利的。

（2）智能变电站所收集的信息都是直接存储在先进的集约性设备中，这就会对系统后期改扩建和维护带来一定的难度。

（3）智能变电站在检修过程中，对待检设备实施安全隔离措施，不影响在运设备的安全运行，是一件较为繁琐、细致的工作，稍有不慎就造成误投、错投、漏投等事件，严重时还将影响电网的安全稳定运行。

4 智能变电站分层设计提升措施

4.1 考虑采用就地化保护

站端所有保护设备都应具备两个MMS网口，直接连接到站控层MMS网络。智能管理单元采用双机配置，与站控层双网连接，获取保护数据。

以线路保护为例，每套线路保护均具有完整的主后备保护功能，两套保护相互独立。线路保护采用模拟量电缆直接采样，采集本间隔电流互感器的保护二次电流及本间隔三相电压、同期电压。线路保护采用电缆直接跳闸，通过GOOSE网络发布本装置的跳闸信号及其他状态信号，通过GOOSE網订阅其他保护或控制设备的相关信号（如启动失灵、闭锁重合闸等信息）。线路保护通过开关量输入方式接入必要的断路器信息（如断路器位置等开关量信息）。线路保护具备SV和GOOSE过程层共口输出功能、供站域等其他保护使用。

4.2 考虑采用站域保护

站域保护基于变电站集中采集的实时信息，集成全站备自投、低周低压减载以及优化后备保护的功能，能够为单套保护提供冗余保护功能，在保护装置故障或检修时可以在一定时间内代替原有保护，避免一次设备不必要的停运；且由于利用了多间隔的故障信息，对故障的判断更准确，可以缩短原有保护的动作时间。站域保护采用站控层、过程层、间隔层三网合一的网络架构。站控层网络与间隔层网络使用工作在ISO模型数据链路层的二层交换机，相互联系形成一个大的广播域；过程层网络使用工作在ISO网络层的三层交换机，通过VLAN将过程层交换机划分为逻辑上隔离的数个广播域。

4.3 考虑过程层组网方式灵活化

部分智能变电站主接线方式以内桥和单母线接线为主，出线间隔较少、线路之间电气联系较弱，因此，过程层网络交互数据较少，交换机利用率较低。对于此类主接线较简单的变电站，为提高运行可靠性、节省建设费用、减少日常维护量，可考虑简化分层结构设计，采取取消过程层网络的方式，设备间通过直连进行数据传输。

5 结语

近年来部分智能变电站采用了站控层、过程层、间隔层三网合一的网络架构，部分变电站采用站域保护设备，进一步推进新一代智能变电站具有冗余保护、优化后备保护、安全自动控制等多个功能。

参考文献：

[1] 周崇泉，王宁宁，韩本帅等.标准配送式智能变电站模块化二次组合设备研究[J].电工技术，2015（7）：28～30.

[2] 鲁新良.智能变电站功能架构及设计原则[J].黑龙江科技信息，2015（24）：52.

[3] 熊伟.智能变电站功能架构及设计原则讨论[J].通讯世界，2014（20）：118～119.