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第 1 6 卷 ( 2 0 1 4 年第 3 期 ) 电力 安全技术 智能变电站二次系统安全性探讨 郭积才，曹金元 ( 国网甘肃省 电力公 司金昌供 电公 司，甘肃 金 昌 7 3 7 1 0 0 ) 摘要根据 智能变电站的发展现状，介绍 了智能变电站二次系统的网络架构 ，比较分析 了 智能变电站与常规 变电站二次系统的区别，阐述 了智能变电站二次 系统的优势和经济优势，重点对 智能变电站二次系统的安全优势进行 了分析和论证。 ( 关键词智能变电站；二次系统；安全性 1 智能变电站二次系统通信方式 智 能变 电站即数字化变电站，是 由智能化 一 次设备和网络化二次设备分层 构建，建立在 I E C 6 1 8 5 0 通信规约基础上，能够实现变电站内智 能 电气设备 间信息共享和交互操作 的现代化变 电 站。智能化一次设备包括电子式互感器、 智能终端， 以及今后逐步发展的智能变压器、智能断路器等。 智能变电站二次系统基于D L T 8 6 0 ( I E C 6 1 8 5 0 ) 通信标准构建 ， 采用开放式分层、 分布式网络结构 ， 由站控层、间隔层和过程层 3 部分组成。站控层和 间隔层通信方式均使用双以太网连接，简称 “ 三层 两网”结构。间隔层和过程层之间，采样系统采用 点对点方式，G O O S E系统采用网络通讯方式。 1 1 站控层 站控层主要包括变电站监控系统、远动系统、 防误闭锁系统、 保护信息管理系统、 通讯监控系统、 打印机等。站控层通过两级高速网络汇总全站的实 时数据信息，不断刷新实时数据库，按既定规约将 有关数据信息送向调度或控制 中心。接收调度或控 制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行。 1 2 间隔层 间隔层主要包括保护装置、测控装置以及其他 智能设备。间隔层设备直接下放至各间隔智能控制 柜及开关柜上，各间隔设备相对独立，仅通过通讯 网互联 ，和站控层间采用以太网通信方式。间隔层 主要用于汇总本间隔过程层的实时数据信息 ；实施 对一次设备的保护控制功能和本间隔操作闭锁、操 作 同期及其他控制功能 ；承上启下的通信功能 ，即 同时高速完成与过程层及站控层的网络通信功能。 1 3 过程层 过程层主要包括电子互感器 ( 含合并单元 ) 、 智能开关设备及过程层网络设备等，是一次设备与 二次设备的结合面，或者说过程层是指智能化电气 设备的智能化部分。 过程层使用 1 0 0 M光纤以太网， 传输介质选用光纤。过程层的主要功能分为 2 类： 一 是电力运行的实时电气量检测；一是操作控制的 执行与驱动，包括变压器分接头调节控制，电容投 切控制，断路器、隔离开关合分控制等。 2 智能变电站与常规变电站二次系统的区别 2 1 硬件 区别 智能变电站的微机保护主要包括模拟量输入接 口单元、开关量输入输出接口、数据处理单元、人 机接 口、通信接 口等。 智能变电站数字化保护的数据直接来自电子式 电流互感器电子式电压互感器 ( E C T E V T ) 的数 字信号。它主要包括光接 口单元、中央处理单元 、 开入单元、开出单元、人机接口和通信接 口。 2 2 信号传输方式不同 、 常规综自站一次设备采集到模拟量后，通过电 缆将模拟信号传输到保护装置，在保护装置经模数 转换后进行数据处理，再通过网线将数字量传至后 台监控系统。同时，监控系统和测控保护装置对一 次设备的控制也是通过 电缆传输模拟信号实现的 。 在 I E C 6 1 8 5 0 规约中，智能变电站的光电互感 器将采样值经过内部转换后通过光纤传输至合并单 一 一 电力 安 全 技术 第 1 6 卷 ( 2 0 1 4 年第 3 期 ) 元 ，合并单元将各路光电互感器传送来的二次侧数 据汇总后打上时间标签送至过程总线，保护等智能 电子装置从过程总线获取采样和控制信息。跳闸信 号则由光纤以太网取代电缆硬接线方式进行传输。 基于 I E C 6 1 8 5 0规约的数字化保护设备之间的 信息传递全部网络化，传统电缆接线的测试方法已 经不再使用。因此有必要开发新的测试系统，以便 能够对变电站继电保护装置的基本功能进行闭环测 试。这样可 以反映 电力系统的真实情况，对网络负 荷情况和装置接 口是否正常工作、保护动作时延等 相关因素进行分析。 3 智能变电站二次系统技术优势 3 1 技术含量高 智能变 电站技术含量高 ，是采用先进、可靠 、 集成的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网 络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息 采集 、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能， 并可根据需要支持电网实时自 动控制、智能调节、 在线分析决策、协同互动等高级功能的变 电站。 3 2 构建 了信息一体化平台 智能变电站二次系统构建了信息一体化平台， 作为变电站全景数据收集、处理、存储的中心。通 过三网 ( G O O S E ， s V，MMS ) 将全站自 动化、状态 监测、辅助系统等信息进行了融合，实现了对站外 应用服务的统一接口， 具备向各子系统提供统一化、 标准化、规范化的数据存取访 问以及 向调度系统发 送信息的功能。在信息一体化平台的基础上 ，配置 了设备状态可视化系统、信息综合分析系统、智能 在线监测系统、 无功优化控制系统等高级功能软件 ， 为实现调控一体化和提高生产精益化管理提供了技 术支撑。 ( 1 )设备状态可视化系统。实时监测变电站内 各种设备的运行状态， 具备设备状态在线可视、自 动追踪和记录等功能，为 “ 调控一体化”远程操作 设备奠定坚实的基础。 ( 2 )信息综合分析系统。对故障录波、保护装 置、 S O E等相关事件信息进行挖掘、整合和综合 分析 ，为电网运行提供辅助决策。 ( 3 )智能在线监测系统。实时监测站内避雷器 全电流、动作次数以及变压器油的各种数据，并远 一 一 传至集控站的分析系统，以便及时、准确地对设备 状态作出评估，为状态检修提供数据支持。 ( 4 )无功优化控制系统。一体化平台中内嵌电 压无功综合调节功能模块 ，对电网运行状态进行计 算分析 ，根据预设 目标及优化控制策略得出当前无 功优化策略，上送调度主站，实现了变电站电压无 功的远程调节与集控中心的在线协同互动。 4 智能变电站二次系统经济优势 4 1 节约成本 智能化变电站采用少量光缆代替大量控制电 缆，节约了电缆等耗材 ；用光缆取代二次电缆 ，简 化了电缆沟、电缆层和电缆防火等配套设施 ，降低 了建设成本； 智能变电站的二次回路和接线大幅简 化，使保护装置与自动化系统调试、消缺的工作量 得以压缩，减少了运行维护成本。另外 ，二次等电 位地网主要用于防止 C T回路 2点接地后 由 2 个接 地点电位差产生的回路附加电流造成保护误动，使 用E C T后此问题将不复存在，全变电站电缆沟内 敷设 1 0 0 m m 铜缆( 铜排) 二次等电位地网的投资 得到节省 。 4 2 提高电力系统的效率和效益 智能化变电站实现信息共享 ，兼容性高 ，便于 新增功能和扩展规模，可减少变电站后期扩建、改 造的投资成本。设备使用效率高 ，提升了电力系统 的效率和效益。 4 3 节约土地和土建投资 智能变 电站电子式互感器体积小 、重量轻 ；二 次系统集成度高，占 地面积和占用空间小，节约了 土地和土建投资，避免了社会资源的浪费 ，具有低 碳 、环保 、节能、高效的多重优势。 5 智能变电站二次系统安全优势 5 1 消除继 电保护装置安全隐患 通过近几年继 电保 护技术 的改造 ，1 1 0 k V及 以上系统基本实现微机化，继电保护正确动作率得 到显著提高； 但也很难继续提升继电保护正确动作 率 ， 除装置本身的原因外， 还有 以下几个主要原因。 ( 1 )变 电站直流电源回路故 障接地 ，引发继 电 保护误跳闸。 第 1 6 卷 ( 2 0 1 4 年第 3 期 ) 电力 安 全 技 术 ( 2 )二次回路设计接线错误 、电缆长、执行反 措不到位、电缆老化接地等，造成保护误动。 ( 3 )定值项多，控制字和跳间矩阵设置错误。 ( 4 )由于季节性负荷，备 自投、低频低压减载 压板等核对切换工作量大，易出错 。 ( 5 ) 一 些配 电系统无母差保护、备 自投等保护 装置 ，上一级保护难起后备作用 ，造成事故扩大 ， 供 电中断。 ( 6 )C T特性恶化或特性不一致 ，引起故 障延 迟切除和 区外故障误动。 ( 7 )保护通道问题。 智能变 电站二次 电缆少 ，且 不增加硬件设备、 不重复采集交流信息 ，将相应功能分散到各 间隔保 护单元中，实现了网络化母线保护 、网络化备 自投 和网络化低频低压减载功能 ，可以基本消除以上限 制继 电保护运行水平继续提高的瓶颈。同时保护定 值 、控制字的简化 ，保护压板 、按钮和把手大大减 少 ，也可显著减少运行维护人员 的 “ 三误”事故 。 对于保护装置缺陷，由于直接采用数字量，能真实 反映系统一次电气量信息，装置可采用更先进的原 理 ，使其集成度得到提高 ，抗干扰能力得到大大增 强，再加上在线监测、在线检修自动化，装置运行 将更加稳定 。对于通道及通道设备故障造成高频保 护误动的问题 ，可通过采用光纤通道得 以解决。 智能变电站通过过程层数字化，取消大量电缆 硬连接 ，具有简洁的二次接线、更好 的保护性 能、 更高的系统可靠性。智能变 电站采用 I E C 6 1 8 5 0标 准，实现不同厂家设备的互操作，取消站内信息孤 岛。智能变电站优化了功能布局， 减少了设备数量， 简化 了二次系统 ，降低 了维护工作量 ，提高了大电 网的安全稳定水平和灾变防治能力。 5 2 提高变电站可靠性 ( 1 )通信网络采用统一的通信规约 I E C 6 1 8 5 0 ， 不需要进行规约转换 ，加快了通信速度，降低了系 统的复杂度以及设计、调度和维护的难度，提高了 通信系统的性能。 ( 2 )数字信号通过光缆传输，避免了电缆带来 的电磁干扰，传输过程中无信号衰减、失真，提升 了计量 、保护和测量系统的精度 。 ( 3 )电子式互感器无磁饱和，精度高，暂态特 性好。保护装置可针对电子式互感器的这些特点优 化相关保护算法 ，提高保护性能。 ( 4 ) 按照 G B T 1 4 2 8 5 的要求，“ 除出口继电器 外，保护装置 内的任 元件损坏时 ，保护装置不应 误动作跳闸。 ”智能变 电站 中的电子式互感器 的二 次转换器 ( A D采样回路) 、合并单元 ( MU) 、光纤 连接、智能终端、过程层网络交换机等设备 内任一 个元件损坏 ( 除出口继 电器外) ， 不会引起保护误动。 这一要求的实现提升了保护装置的可靠性。 ( 5 )设备 自检功能强。合并器如收不到数据 会判断通讯故 障或互感器故 障而 发出告警 ，能对 GO OS E网、S V网、MMS网进行实时检测 ，既提 高 了运行的可靠性 ，又减轻了运行人员的工作量。 5 3 提高变电站安全性 ( 1 )智能变 电站采用电子式互感器，其主要特 点是电子式互感器不存在二次接地短路和谐振等问 题 ，不存在二次开路及磁饱和 问题。与常规互感器 相 比，电子式互感器具有绝缘简单、动态范围宽、 数字量输出等优点。电子式互感器高 、低压部分采 用光电隔离，从而使得电流互感器二次开路、电 压 互感器二次短路等可能危及人身或设备安全的问题 不复存在，大大提高 了安全性。此外 ，E C T不会 饱和 ，二次输出容量无限制 ，完全避免 了因 C T饱 和造成保护拒动 、误动 的可能性 ，增强了整个电网 的安全性。 ( 2 )光缆代替电缆，避免了传统电缆接线端子 松动、发热 、开路和短路 的危险，大大 降低了交、 直流二次回路短路或接地的可能性，有效避免了因 直流接地造成保护装置误动或断路器偷跳的事故 ， 也避免 了因为人员误碰、电缆破损等造成 C T回路 2 点接地而导致保护误动或拒动的现象，二次回路 出现缺陷的概率大大降低