基於智能變電站二次設備模塊化設計探討論文

摘要：模塊化二次設備對國內廠家生產技術水平的提高具有重要的作用，其能夠避免社會資源的浪費，顯著提高經濟效益和社會效益。本文從二次設備集成化思路及關鍵技術入手，進而探討了模塊化二次設備設計方案，智能化變電站電氣二次模塊化設計，以其為相關設計人員作理論依據和重要的參考。

關鍵詞：模塊化設計;二次設備;變電站

1 二次設備集成化思路及關鍵技術

1.1需求分析

二次設備整合和集成是實現新一代智能變電站最終目標的首要任務及重要途徑。從技術和產業發展需求的角度來分析，二次設備按面向間隔配置，每個間隔部署保護、測控、PMU、計量、錄波等裝置，各裝置功能相互獨立，可靠性高，維護方便。隨着計算機技術發展及芯片集成化處理能力不斷提高，在保障電網安全運行可靠的前提，將現有成熟應用的功能、設備進行集成或整合。

1.2整合方案

針對新一代智能變電站新技術的提出，可以採用面向多間隔進行同類功能集成;面向單間隔進行不同類的多功能集成;智能化變電站系統在邏輯上可分為站控層，間隔層和過度層三個層次，站控層設備集成則採用一體化業務平台。對站控層進行優化整合，設置兩套本地功能監控主機，一台集成監控主機，操作員站，數據服務器，保護故障信息子站功能，另一台集成監控主機，操作員站，數據服務器，工程師站功能，其餘功能獨立設置。

間隔層設備集成方式採用多功能測控裝置、多合一集成裝置、保護測控裝置、站域保護控制裝置、集中式保護;例如將故障錄波裝置和網絡記錄儀一般獨立配置和組屏，實現兩者大部分採集單元的共享。35KV線路、並聯電容器、電抗器、站用變在保護測控一體化的同時，增加計量插件即可實現計量功能。在間隔層實現全站打印機優化配置。

過程層設備集成方式採用合併單元智能終端集成裝置，就地櫃安裝;完成與一次設備相關的功能，包括實時運行電氣量採集，設備運行狀態監測、控制命令的執行等。 .

1.3關鍵技術

新型二次設備的關鍵技術有：

(1)集成化二次設備硬件平台化技術，採用通用一體化硬件平台和插件式功能板件設計，達到“插件易更換，裝置易互換”的應用效果;模塊化的二次設備由不同的功能單元組成，包括保護、測控、故障錄波、網絡分析儀、同步時鐘、服務器、交換機j輔助控制設備、交直流饋線單元、交流ATS、直流充電模塊、數據網設備、二次安防設備、光端機、PCM等等、通過不同類型、數量的功能單元進行排列組合，來形成適用於不同電壓等級不同規模變電站的模塊。同進採用模塊化的多CPU硬件架構加速內部總線統一高效的數據採樣、數據處理、數據存貯、數據傳輸處理。

(2)二次設備功能模塊化和配置組態技術，通過裝置支撐軟件提供接口，將應用功能與硬件平台解耦;選配不同的`插件和功能模塊組建合適的應用裝置;應用功能模塊支持可視化編程和配置組態;具有結構清晰、集成度高、擴展性好、適應性強等特點。

(3)二次設備運行狀態採集和監視技術，由自檢信息擴展至物理板件、通信端口以及邏輯鏈路等監測;採用嵌入式採集方式;為二次設備可視化運維、健康評估和狀態檢修提供數據支持。

(4)時間同步狀態監測技術，閉環時間同步狀態管理，監測量包括對時狀態測量數據和設備狀態自檢數據，前者對二次設備外部進行對時同步偵測，後者對於二次本身故障進行快速偵測，如對時信號狀態等。採用SNTP問答機制進行時間同步狀態監測;以告警直傳上送時間同步狀態給調度。

2二次設備模塊化設計

二次設備採用模塊化設計，解決傳統建設模式存在的現場施工量大、施工週期長、建設質量難以掌控、二次設備接線工作量大的問題。採用預製電纜，實現一次設備本體與智能控制櫃間的標準化“即插即用”連接;減少現場接線、調試工作量，最終實現一次設備與二次設備、二次設備間的標準化“即插即用”方案。

模塊的安裝如搭積木玩具一樣，將模塊組裝在相應的位置上。便於現場施工，提高施工進度與質量。首先需要將模塊接口標準化能夠同時實現多個模塊之間的機械拼接，電氣拼接與網絡拼接。機械方面拼接是指模塊的安裝、固定。電氣方面拼接是指多個模塊的裝置電源，外部強弱電開入等接口進行整合;網絡方面拼接是指將多個模塊的以太網、現場總線等網絡通信方式進行整合。

2.1模塊化設計方案

2.1.1組合二次設備的模塊式設計

結合變電站標準配送式理念，針對組合式二次設備的特點，在現有硬件系統及生產丁藝不需大改的基礎上，設計組合式二次櫃體，集成多個功能模塊設備(後台、服務器、電源等)，在廠家生產、拼裝、調試後，以整體形式發往現場，減少現場施工量及施工週期。組合櫃內採用固定模塊式設計，方便後期更換及運維。

2:1.2組合二次設備的即插即用

由廠家在櫃內設置集中接線區，將櫃間裝置的輸入輸出信號及電源在集中接線區進行航空插頭配置，通過與櫃外的預製光纜和預製電纜直接連接，達到與系統溝通的功能。建議採用裝置加標準件的模式安裝於模塊安裝於本體上，儘量不用或少用緊固件，支持功能單元的在線更換。組合櫃與外部預製線纜在現場可進行快速對接，實現即插即用。

2.2模塊化組屏及內部接線方案

二次設備室組屏採用模塊化組屏方式，模塊櫃內通過採用一體化底座完成屏櫃固定及預製線纜儲纖功能;通過屏間側壁開孔，完成模塊內部走線，減少現場安裝接線。

2.3模塊櫃組合二次設備的即插即用方案

各模塊間及與各一次設備之間，採用航空插頭實現電氣設備本體與匯控櫃間的標準化連接，採用預製光纜等“即插即用”連接方式替代現場熔接，減少現場接線、調試工作量，最終實現一次設備與二次設備、二次設備間的標準化連接方案。

參考文獻

[1]曹楠，王芝茗，李剛等.智能變電站二次系統動態重構初探[J].電力系統自動化，2014(5).

[2]郭鑫.智能變電站二次設備仿真測試技術研究[D].華北電力大學2015.