【精讲】智能变电站基础知识之二

 智能变电站是智能电网的重要内容，变电领域的发展重点是智能变电站，智能变电站建设对智能电网的建设将起到先驱作用，智能变电站技术的发展也直接关系到智能电网。小编继续对智能变电站的基础知识进行整理，这次的主要内容包智能变电站二次设备、智能变电站高级应用、新一代智能变电站。

一、智能变电站二次设备

来源：电力笔记 ID： dianlibiji

传统保护到数字化保护的演变

一次设备的智能化改变了传统变电站继电保护设备的结构：

1、AD和交流插件变换没有了，代之合并单元(MU)

2、开关量输出DO、输入DI移入智能终端，保护装置发布命令，由一次设备的执行器来执行操作。

合并单元(merging unit)，简称MU，用以对来自二次转换器的电流和/或电压数据进行时间相关组合的物理单元。合并单元可是互感器的一个组成件，也可是一个分立单元。

MU的必要性：

1、电子式互感器的远端模块输出没有统一规定，各厂家使用的原理、介质系数、二次输出光信号含义不相同。因此，电子式互感器输出的光信号需要同步、系数转化等处理后，以统一的数据格式供二次设备使用。否则，电子式互感器无法与二次设备通信。

2、合并单元是电子式互感器接口的重要组成部分。

MU的功能：

1、采集多路电子式互感器的光数字信号，并组合成同一时间断面的电流电压数据，按照标准规定的统一的数据格式输出给过程层总线。

MU的采样同步：

MU利用同步时钟同步电子式互感器的采样，同步可采用同步法或插值法，采样的同步误差不大于±1us。

A、同步法： 由MU向电子互感器发送采样脉冲。

B、插值法：电子互感器各自独立采样，并将采样的一次电流或电压数据以固定延时时间发送至MU，MU以同步时钟为基准插值。

MU的采样频率：

4000Hz(80点：保护、测量)或12800Hz(256点：电能质量)。  

MU的时钟同步：

A、MU同步方式：pps、IRIG-B(DC)。

B、MU守时要求：失去同步时钟信号10min内守时误差小于4us。

C、MU失步信号处理：失去同步时钟信号且超出守时范围的情况下，应产生数据同步无效标志。

接非常规互感器：

接非常规互感器：

智能终端 smart terminal，一种智能组件。与一次设备采用电缆连接，与保护、测控等二次设备采用光纤连接，实现对一次设备(如：断路器、刀闸、主变压器等)的测量、控制等功能。

接收保护跳闸控制命令并跳闸

接收测控装置分/合闸控制命令并执行

上传开关刀闸位置信号

温湿度数据采集和上传

本体保护也能集成在智能操作箱中实现。

二、智能变电站高级应用

顺序控制、智能告警与分析、数据辨识等高级应用是变电站智能化的重要内容。

近期目标是提升高级应用的实用化水平，基于一体化监控系统逐步实现不同厂家高级应用功能的互操作，提升变电站运行维护的效率，确保变电站运行的安全性和可靠性。

顺序控制又称程序化操作/控制，由操作人员从变电站监控主机或远方调控中心发出一条操作指令，按照预先设定好的控制逻辑去操作多个控制对象，一次性完成多个控制步骤的操作。顺序控制每执行一步操作前自动进行各种控制和防误闭锁逻辑判断，以确定操作任务是否能够执行，并实时反馈操作过程信息，达到减少或无需人工操作，减少人为误操作，提高操作效率的目的。

顺序控制流程

单步执行(分步确认)顺序控制：监控主机或调度(调控)中心根据操作任务从变电站调用操作票，确认无误后，调度发令，变电站按操作票顺序操作，每操作一步，经操作人员确认后继续，直至操作票执行完成。

上传执行过程的(自动)顺序控制：监控主机或调度(调控)中心根据操作任务从变电站调用操作票，确认无误后，调度发令，变电站按操作票顺序连续操作，并将每一步的判断和执行结果上传监控主机或调度(调控)中心，直至操作票执行完成。

不上传执行过程的自动顺序控制：监控主机或调度(调控)中心根据操作任务从变电站调用操作票，确认无误后，调度发令，变电站按操作票顺序连续操作，直至操作票执行完成，上传操作结果或错误原因。

智能告警：通过建立变电站的逻辑模型并进行在线实时分析，实现变电站告警信息的分类分组、告警抑制、告警屏蔽和智能分析，自动报告变电站异常并提出故障处理指导意见，也为主站分析决策提供依据。

消除无效告警，例如告警抖动、瞬时告警、过时告警、冗余告警等。

减少丢失重要告警的可能

减少运行人员的监控负担

帮助运行人员及时对故障做出判断并采取正确的处理措施

告警分类：告警信息分为事故、异常、变位、越限、告知五类。按照对告警信息不做响应所产生后果的严重程度和紧迫程度，分为高、中、低三个优先级。

告警抑制告警分析处理包括：告警抑制、告警屏蔽、误报和漏报、关联性分析、在线统计分析。

告警保存与查询：原始告警记录和智能告警记录应保存在历史数据库中，不允许人工修改。应记录所有针对告警信号的屏蔽和人工确认等操作。支持导出TXT和XML格式的故障报告，导出范围可自定义。支持多种告警记录查询方式。

告警展示：支持多页面显示，包括原始告警信息、普通信息、预告信息、事故信息、检修、未复归告警、待处理告警等页面。支持告警信号过滤及屏蔽。

告警配置：支持分析SCD文件自动获取变电站拓扑和一、二次设备关联告警信号及名称。提供智能告警逻辑配置工具。

告警抑制：

①支持告警死区和滞止功能，减少越限条件下的告警触发次数;

②支持告警延迟功能，抑制告警抖动;

③对于不同设备产生的反映同一事件的冗余告警，只告警一次;可抑制操作过程中产生的正常过程信号;

④当出现“雪崩”时，可抑制大部分非关键告警，只保留高优先级的告警;

⑤可自动消除重复的告警信息。如果重复告警长时间反复出现，作为异常处理。

告警屏蔽：

①当设备检修或试验时，自动屏蔽检修品质位置1的告警信息。

②对于挂上故障或退出运行标识牌的设备，自动屏蔽其告警信息。以醒目的标志提示运行人员进行了屏蔽操作，以防运行人员遗忘。

告警直传以变电站监控系统的单一事件或综合分析结果为信息源，按照事故、异常、越限、变位、告知五类分类标准，参考标准化信息格式，经过分类整理、归并、优化处理后，生成标准的告警条文，经由告警直传转发模块，以DL476等规约文本格式传送到调度主站，主站端告警服务程序接入后，告警信息可分类显示在相应的告警客户端。

远程浏览 变电站通过DL476或IEC104等规约协议获取厂站端的CIM/G格式图形文件和画面实时数据，实时查看变电站监控后台图形界面。

实时数据采用图形内部索引方式，数据编号直接对应IEC61850路径，并通过间隔层网络从装置获取数据。

分布式状态估计：利用站内高冗余的三相量测将拓扑错误、坏数据解决在站内。输出复电压、复电流(熟数据带时标)至控制中心

分布自治：风险分散、决策灵敏、控制可靠、信息可靠

源端维护

Q/GDW 383：变电站作为调度/集控系统数据采集的源端，应提供各种可自描述的配置参量，维护时仅需在变电站用统一配置工具进行配置，生成标准配置文件，包括变电站主接线图、网络拓扑等参数及数据模型。

变电站自动化系统与调度/集控系统可自动获得变电站的标准配置文件，并自动导入到自身系统数据库中。同时，变电站自动化系统的主接线图和分画面图形文件，应以标准图形格式提供给调度/集控系统。

二次系统运行状态监测

电源系统监测

时间同步系统监测

网络通信系统监测

功能逻辑监测

隐性故障分析

二次设备监测

由自检信息扩展至物理板件、通信端口以及逻辑链路等监测

采用嵌入式采集方式，不额外增加监测设备

为二次设备可视化运维、健康评估和状态检修提供数据支持

系统电源电压 、ADC基准源 、光纤光功率

出口继电器回路 、总启动信号 、开入电源 、机箱内温湿度、CPU温度 、对时状态 、SV和GOOSE链路通信状态

时间同步监测

闭环时间同步状态管理，监测量包括对时状态测量数据和设备状态自检数据，前者是基于二次设备外部对其进行对时同步侦测，如测得钟差等，后者是二次设备本身快速侦测自身故障，如对时信号状态等

采用SNTP基于乒乓原理问答机制进行时间同步状态监测

以告警直传上送时间同步状态给调度

三、新一代智能变电站

智能变电站现存问题

新一代智能变电站建设目标

采用单母线分段接线;采用集成式智能断路器，取消站内出线、母线侧隔离开关。

采用一体化设备，应用封闭式管母线和集装箱式建筑，配电装置纵向尺寸由65m优化至38m。

一次设备智能化向智能一次设备转变：

通过一次设备与传感器、智能组件的一体化设计、一体化供货、一体化调试，实现设备功能高度整合，提高工程调试效率。

电子式互感器：

集成电子式电流互感器、具有隔离功能的断路器

二次设备集成化整合

多功能测控装置

l集成一个间隔的测控、非关口计量和PMU功能

l具有测量、计量、同步相量测量、控制、监视、记录、同期、间隔层逻辑自锁互锁等功能

l采用模块化的多CPU硬件架构，通过高性能的采样平台，解决高速数据传输、大容量数据采集和同步等问题

l采用高精度实时软件测频，满足PMU数据测量的精度要求

l应用于220kV及以上电压等级

保护测控集成装置

l采用高精度算法，集中实现间隔内统一数据源的不同功能，集成单一间隔内的保护、测控和计量功能

l采用集约型设计，优化硬件结构，装置的保护模块和测控模块共用电源、SV接口、GOOSE接口、人机界面和MMS通信接口

l保护模块和测控模块应分模件单独配置，独立运行

l采用特殊滤波防护措施，解决了就地化运行面临的复杂电磁及气候环境，增加内部运行状态监测功能，便于就地下放布置

l适用于110kV 电压等级 可集中组屏，或安装于就地智能控制柜

合并单元智能终端集成装置

l合并单元、智能终端同属过程层设备，面向本间隔内的同一设备，负责电压电流采集、遥信采集与分合闸控制，对间隔层装置，而言是数据的输入输出单元

l按间隔集成合并单元和智能终端，集成后，有利于减少设备和屏柜数量，简化二次接线，减少占地，降低成本

合并单元智能终端集成装置

主要应用于110kV电压等级，就地化布置

具有电压并列和切换功能

具有自检告警功能

具备自身对时状态信息上送功能，能够响应上层监测管理模块的对时状态探询指令

合并单元智能终端整合后的就地布置示意图

站域保护装置

充分利用全站信息共享，面向全站多间隔跨电压等级，基于站内对象的电气量、开关量和就地级保护设备状态等集中决策。

基于网采网跳的方式，实现冗余保护、优化后备保护、安全自动控制(全站备投、主变过载联切、低周低压减载等)、简易母差保护等功能。

作为层次化保护控制系统的一部分，向下优化就地主保护功能，向上为广域保护功能提供全站信息支撑

多合一装置

集成保护、测控、合并单元、智能终端、计量等功能

可分散安装到开关柜、又可采用集中组屏的方式安装在控制室

适用于35kV及以下电压等级，包括线路多合一、电容器多合一、所用变多合一、电抗器多合一、电动机多合一等

预制舱式二次组合设备由预制舱舱体、二次设备屏柜(或机架)、舱体辅助设施等组成，在工厂内完成相关配线、调试等工作，并作为一个整体运输至工程现场。

预制式智能控制柜将就地布置的保护、测控、计量和智能组件等设备按间隔与一次设备本体一体化设计、一体化安装，实现一、二次设备的高度集成。至一次设备本体采用预制电缆，至二次设备室采用预制光缆，实现智能控制柜“即插即用”，现场零接线。

预置光缆

工厂对光缆预处理，在光纤一端或两端根据类型装配光纤连接器，实现施工现场无熔接式连接，分单端预置光缆和双端预置光缆。

预置电缆

预制电缆用于一次设备本体至智能汇控柜间的二次回路

预置电缆的连接器插头采用航空插头

通过预置光缆和预置电缆，实现二次设备即插即用

四、回顾与总结

延伸阅读：【精讲】智能变电站基础知识之一

原标题：【精讲】智能变电站基础知识之二