0引言

目前，智能變電站在實現變電站數字化和智能化兩方面都取得了明顯進展：1)與傳統變電站相比，實現了二次回路的數字化、光纖化。節省了大量的電纜、金屬資源和敷設成本，降低了電纜二次回路的故障率，同時實現了回路的狀態監測和智能告警。2)部分變電站自動化系統高級應用功能有較大提升，并實現了規范化，如順序控制等高級應用功能可大幅提高開關、刀閘的運行操作效率。

但是，智能變電站建設也遇到了不少問題，存在部分二次設備穩定性差、設備故障率高、檢測與調試手段不足、變電站運行維護不便、改擴建困難、部分地區一線運行管理薄弱和現場運維人員不適應新技術發展等問題。針對這些問題，至今仍無有效的系統性解決方案。分析智能變電站上述問題的主要原因，可歸納為3個方面：

(1)IEC61850標準的復雜性[3]。該標準體系龐大、卷帙浩繁，對普通技術人員來說內容艱深，較難掌握。按IEC61850標準設計的智能變電站，全站采用一個SCD文件配置全部二次設備之間信息的交換，一處變更會影響全站。智能變電站系統運行依賴全站SCD文件和裝置的CID文件，配置方法較難掌握，供調試運維檢修人員使用的IEC61850工具也很不完善，人機接口不友好，使用不方便。

(2)電子式互感器的可靠性[4-5]。電子式互感器既存在本體器件質量、制造安裝工藝、數據處理可靠性問題，也存在合并單元的可靠性問題，后者因素不容忽視，且其與就地化安裝方式、智能變電站體系架構互相關聯。

(3)智能變電站體系架構的復雜性。智能變電站總體是三層(站控層、間隔層、過程層)兩網(站控層網、過程層網)結構。監控系統及其他設備采用網絡采樣、網絡跳閘。繼電保護為保證快速性、可靠性，采用直采直跳，聯閉鎖信號傳送仍通過網絡。最終導致過程層結構非常復雜，設備接口數量多，設計制造難度大，運行問題多。

上述3個問題實際上互相糾結，難以分別解決，迫切需要一個系統性的解決方案。

1設計思路

1.1技術原則

新型智能變電站二次系統應繼承前兩代智能變電站建設運行維護的寶貴經驗，采用經實踐檢驗的關鍵技術原則。主要原則包括：

(1)堅持采用IEC61850標準。

(2)既支持使用電子式互感器，也支持使用常規互感器。

(3)繼電保護設備獨立、分散配置，不依賴于外部對時，并保證系統反應的快速性和可靠性。

(4)二次系統運維單元應與一次系統間隔相匹配。目前智能變電站堅持了二次設備按間隔配置，但沒有明確二次回路按間隔配置的原則，這是造成單個間隔一次或二次設備運行維護和改擴建困難并且一處變動會影響到全站的癥結所在。實際上，智能變電站二次回路發展演變為光纖網絡及相應的軟件、配置文件和信息流，二次回路按間隔配置的原則被實現方式的表象掩蓋并被忽略。為此，本文提出，智能變電站二次設備與二次回路(包括網絡、軟件、配置文件和信息流)都應按間隔配置，不能再擴大，以保證二次系統運維單元與一次系統間隔相匹配。這一原則是下一代智能變電站能夠取得成功的關鍵。

1.2技術路線

新型智能變電站總體技術路線是在現有智能變電站技術方案基礎上進行的簡化和調整，以形成清晰簡潔的體系結構，從而提高智能變電站的運維方便性和運行可靠性，達到可大規模、高效建設智能變電站的目的，同時方便改造已建智能變電站。

(1)簡化IEC61850標準在智能變電站的應用;或制定適用于中國現狀的部分分項標準、條款，或提出中國方案。

(2)將調試運行維護軟硬件工具作用提升到戰略高度，重點提升用戶體驗。開發以功能為導向的配置和調試工具，使IEC61850標準對用戶透明。

(3)研究提出可同時滿足保護、測控等多專業核心要求，且清晰、簡潔的體系架構，可考慮取消過程層網絡和交換機。

(4)二次回路(包括網絡、軟件、配置文件和信息流)按間隔配置。將全站SCD文件按間隔解耦，將裝置CID文件按過程層、間隔層、站控層解耦，分別形成獨立的小配置文件(或部分不再使用配置文件)，小配置文件修改互不干擾，并便于修改后局部傳動驗證。

(5)取消或簡化電子式互感器的合并單元，提升互感器運行可靠性。

(6)保持繼電保護裝置就地化安裝方式的優點，同時避免就地化安裝方式可能帶來的運維不便等缺點。

(7)提高變電站二次系統集成聯調效率。

2基于數字二次回路裝置的智能變電站過程層改進方案

智能變電站二次回路發展演變為光纖網絡及相應的軟件、配置文件和信息流，但仍應按間隔配置，以保證二次系統運維單元與一次系統間隔相匹配。為此設計了一種新型的數字二次回路裝置，該裝置按間隔配置，無需配置文件，只要簡單整定甚至無需整定。

下文將分別介紹單/雙母線接線的線路間隔、母線間隔和全站二次系統總體架構。然后以TV間隔、母聯(分段)間隔、主變間隔為例介紹方案。

2.1單/雙母線接線的線路間隔方案

每個間隔配置一臺數字二次回路裝置，該裝置完成本間隔內所有二次回路連接功能，對下連接本間隔開關場電流互感器、電壓互感器、斷路器智能終端、TV間隔電壓輸入，對上連接本間隔保護、測控等裝置，并連接母線保護裝置，如圖1所示。

數字二次回路裝置具備多種類型通信接口，可靈活接入多種裝置的接口。傳輸采樣值時，對每一相電流、電壓都附帶采樣延時。采樣延時可測可知并有可能保持固定。該裝置可完成類似常規變電站中TA串聯、TV并聯、繼電器接點接續(含跳合閘命令、聯閉鎖信號、位置狀態)等功能。母線保護所需的電流、電壓、位置信號及跳閘命令皆由此裝置傳遞。母線保護與線路保護之間啟動、閉鎖信號也由該裝置傳送。

過程層取消電子式互感器合并單元，互感器采樣模塊(遠端模塊)直接連接數字二次回路裝置。采用傳統互感器時，TA采樣模塊與TV采樣模塊分開配置。智能終端采用現有設計和配置方案，基本保持不變。智能終端通信接口與數字二次回路裝置連接。

2.2母線間隔方案

母線間隔二次設備配置及連接與線路間隔有所不同。母線保護所需的各電氣量、開關量及對各連接元件的跳閘命令，通過各個連接元件間隔的數字二次回路裝置傳輸，方案如圖2所示。

為進一步提高母線保護的可靠性，也可以為母線保護設單獨的數字二次回路裝置。配置與接線和圖2類似，不再展開敘述。

2.3TV間隔方案

TV間隔數字二次回路裝置采集各母線電壓互感器就地采樣模塊送來的電壓采樣值和TV刀閘位置信號，并完成TV電壓并列功能。TV間隔數字二次回路裝置具有較多的輸出接口，將電壓信號送給各線路間隔等的數字二次回路裝置。該裝置功能與現有母線TV合并單元類似，如圖3所示。

備注：各線路間隔的電壓切換功能由保護裝置完成。數字二次回路裝置只做報文轉發，不做邏輯功能。

2.4母聯(分段)間隔方案

母聯(分段)間隔二次設備配置及連接與線路間隔較為相似，如圖4所示，不再詳述。

2.5主變間隔方案

主變間隔二次設備配置與連接原則與線路間隔相同，主變各側分別配置1臺數字二次回路裝置，方案如圖5所示。

2.6智能變電站二次系統總體架構

按照上述設計思路，智能變電站體系結構中不再有過程層網絡和交換機，各間隔二次設備及二次回路分別自治。站控層設備和站控層網絡基本保持不變。變電站對時系統與現有方案相同，各互感器就地采樣模塊接入對時信號，采樣值帶采樣標號(時標)，供測控、計量等二次設備做測量值計算時同步數據使用，而保護裝置功能實現不依賴此對時系統。典型的基于數字二次回路裝置的220kV變電站二次系統結構如圖6所示。

由于取消了過程層網絡和交換機，數字二次回路裝置也不需要IEC61850配置文件，全站SCD文件大為簡化，基本上僅包含站控層設備的信息和間隔層設備與站控層相關的信息，極大減少了二次系統集成聯調的工作量。