摘要：近几年，随着电网的发展和规模不断扩大，智能化变电站应用越来越广泛。智能变电站二次设备是保障整个智能变电站安全稳定运行的，文章对智能变电站二次设备关键技术进行了探讨和分析。分析了智能变电站二次设备配置和网络结构，比较了保护的直采直跳和网跳网采方式，提出了选择保护跳闸方式的合理方法。
关键词：智能变电站；二次设备；关键技术；跳闸方式
引言
智能电网是当前电网发展的趋势，智能变电站作为智能电网的重要组成部分，是智能电网的网络架构核心。智能电网通过智能变电站实现了对运行数据的采集并执行相关的命令单元，确保智能电网相关功能的实现。因此，智能变电站的设计不但需要体现智能电网的主要特征，而且还要能够体现出智能电网关键设备的应用。本文对智能变电站二次设备关键技术进行了探讨。
1智能变电站二次设备配置和网络架构分析
1.1智能变电站二次设备配置
智能变电站整体按照二层网络和三层结构的模式进行构建，其中二层网络指的是过程层网络和站控层网络，网络之间采用统一的DL/T860进行通信，各个系统直接能够实现独立的互操作。通过直采和直跳的方式实现保护装置的功能，同时采用网络方式实现测控、计量、PMU和录波功能，其二次设备的配置基本如下。
（1）合并单元和相关的常规互感器配置，其中在户内的保护柜内布置合并单元；
（2）布置在户外控制柜中的独立的智能终端设备；
（3）布置在户内的独立的测控装置；
（4）布置相关电气量和非电气量监测装置。包括避雷器放电监测、SF6气体密度监测及变压器油色谱的在线监测等。
1.2智能变电站网络架构分析
智能变电站网络架构采取分步式开放结构、在逻辑上由间隔层、站控层、过程层及相关的网络设备构成，其中网络的配置方案有两种，分别是三层两网结构和三层一网结构，下面分别对这两个结构进行分析。
（1）三层一网结构
三层一网结构主要是融合MMS网、SV网和GOOSE网，并将全站所有设备都与该网络相连，在过程层及占站控层的设备之间通过这一网络实现信息的交互。
（2）三层两网结构
三层两网结构主要是将智能变电站的网络划分为过程层网络和站控层网络，利用该结构可以有效降低网络设备的信息传输并提高整个系统运行的可靠性。根据智能变电站二次设备运行要求，可以在MMS网、SV网和GOOSE网之间对其进行合理的组合，进而满足不同设备的需求。
选择网络结构
三层一网结构能够实现对变电站全站数据的共享，并能够减少相关设备的投入，但其具有信息交互困难的缺点，这就降低了相关自动化设备网络的稳定性，且可靠性需要经过进一步验证。
2跳闸方式分析
2.1保护的直采直跳分析
GOOSE网络和采样值均采用网络的传输方式，通过GOOSE网络和采样值网络来对SV网络进行构建。
相关保护装置的SV采样过程是无需经过过程层交换机的，通过简单的光纤传输即可完成直接跳闸功能，这样就能过对保护采样和跳闸的可靠性进行保障。智能变电站保护装置进行直采直跳时，由CT采集相关信号，并传输至合并单元，合并单元将信号分类汇总后再分发至线路保护或母差保护，最后经过程层交换机完成信号与外部的传输。
2.2保护装置的网采和网跳
通过利用保护装置的SV采样和跳闸将实现对过程层交换机的数据传输，利用相关的GOOSE网络即可实现跳闸功能，这不但能够简化相关网络的配置，而且通过光缆进行连接，能够减少保护装置、智能终端和合并单元等设备的接口，降低所设计系统的复杂性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆保护网采网跳的方式为：CT对信号进行采集→信号传输至合并单元→信号传输汇总至过程层交换机，通过过程层交换机即可完成对线路保护和母线保护的控制，同时过程层交换机与智能单元的双向联系还能确保信号的及时反馈。
3智能终端与GOOSE
（1）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。对上采用GOOSE数字化接口，和间隔层设备进行通信；对下采用常规电缆，和一次设备进行接口。
（2）功能：①具有断路器操作功能：接收保护装置跳合闸命令，具有跳合闸回路及回路监视、具有电流保持功能、具有跳合闸压力闭锁及其它闭锁功能，位置信号及状态信号合成；②具有测控功能：遥信开关量输入、遥控；温湿度测量；③具有自检功能：基础自检功能、状态监测
（3）智能终端的分类根据应用场合的不同，智能终端大致可分为如下四类：
①分相智能终端：用于分相开关间隔；②三相智能终端：用于三相开关间隔；③PT智能终端：用于PT的信号采集及控制；④变压器智能终端：用于变压器间隔；
（4）智能终端工作原理：智能终端通过开关量采集模块采集开关、刀闸、变压器等设备的信号量，通过模拟量小信号采集模块采集环境温湿度等直流模拟量信号，这些信号经处理后，以GOOSE报文形式输出。智能终端还接收间隔层发来的GOOSE命令，这些命令包括保护跳合闸、闭锁重合闸、遥控开关/刀闸、遥控复归等。装置在接收到命令后执行相应操作。同时，智能终端还具备操作箱功能，支持就地手动的开关操作。
（5）GOOSE概念：面向对象的通用变电站事件（Genericobjectorientedsubstationevent）是IEC61850定义用于快速和可靠传送变电站自动化系统中实时性要求高的信息事件的通信模型。
（6）GOOSE与智能终端
①GOOSE跳合闸：接收保护和测控装置送来的GOOSE命令，对断路器、隔离刀闸和接地刀闸进行分合闸操作。②断路器操作回路：具有传统操作回路功能，如跳合闸电流保持、回路监视等。③GOOSE遥信：采集开关量信号，通过GOOSE上送给保护和测控装置。④GOOSE遥测：采集4~20mA或0~5V模拟量信号，通过GOOSE上送给测控装置。
4跳闸方式选择
智能变电站采取直采直跳的方法其优点在于相关保护的采样和跳闸都与交换机无关，但同时也具有无法贡献保护采样值的缺点，相关的合并单元、保护装置及智能终端等设备都需要经过多个光纤接口，这就导致了设备功耗和体积的增大。智能变电站采用保护网采和网跳的方案其优点在于所构建的网络结构简单、同步信号可以实现共网，运行简单且维护方便，但同时也对智能单元、测控保护等装置的数据处理能力提出了更高的要求，尤其是故录装置和母差等设备需要具有上百兆流量的数据处理能力，这需要强大的网络技术和设备的支持。智能变电站采用网络直采直跳和网采网跳的方案均能满足相关保护的要求，现阶段在工程中主要采用直采直跳的方案，通过光纤传输方式实现二次设备与MU之间的连接，并根据IEC61850-9-1/2或IEC60044-8规范完成通信。当进行IEC60044-8通信时，对manchester进行编码，保持传输速率为3.5Mbit/s或9Mbit/s，即可实现点对点的通信方式。在9us内完成了合并单元对采样值的发送，并能够提供组网的输出接口，若由合并单元提供电源，则其应具备对激光器及取能回路的监视能力。合并单元还具备了对所输出的采样数据进行监视的能力，其没有附加任何展宽或者延时。
结语
智能变电站是智能电网的重要支撑和保障，是今后电网发展的主要方向，掌握好智能变电站相关知识对从事变电相关专业人员具有重要的意义。智能变电站二次设备是智能变电站安全稳定运行的卫士，应对二次设备进行合理的配置，选择适宜的网络结构和跳闸方式，保障智能变电站二次设备安全稳定运行。
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论文作者:石丽芳,李彪,田添,王建朋,张家春,杜娟,王夏
论文发表刊物:《电力设备》2018年第11期
论文发表时间:2018/8/6
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