关键词：智能变电站；二次设备、电网运维
1引言
智能变电站由智能一次装置（电子互感器、智能开关等）与网络二次装置站控层、间隔层、过程层分层组成，通过 IEC61850 规范与通讯协议，可以完成智能变电站内电气装置之间的数据互通与相互操控[1-4]。智能变电站的主要特定包含：一次装置智能化、IEC61850 标准协议建模系统化、二次装置信息网络化等。 智能变电站中，基于模拟量采样值（Sampled Value，SV）信息流向、通用面向对象变电站事件（Generic Object-Oriented Substation Event，GOOSE）开关量与保护等信息流向，可以实现间隔层之间的数据通过GOOSE 报文进行传输，其特点是将 Ethernet 和光纤构成的通讯结构代替了传统的二次电缆，二次回路由传统的硬接线方式转变为虚回路方式，以过程层信息共享方式解决了原有二次回路的很多问题，如交直流串扰、二次回路在线监测难度大、前端采集功能重复建设等问题。
然而，虽然通过光纤信号取代传统硬电缆的智能变电站具有很高的安全性、高效性及经济性，但是对如何提高现有变电站二次设备的运行维护管理、改扩建的效率，满足电网“安全、经济、优质、环保”运行的要求提出了新的挑战和课题。
2智能变电站基本结构
智能变电站基本结构如图1所示，基于IEC61850协议统一建模，采用“三层两网”的网络架构，主要包括智能一次设备、合并单元、智能终端、保护测控、远动装置、交换机、一体化网络记录分析装置、对时系统等组成部分。
基于 IEC61850 协议的智能变电站网络架构由三个层次构成，分别为站控层、间隔层、过程层，层与层之间相对独立。各层的定义如下：
（1）站控层：站控层由智能数据中心、智能监视中心、智能控制中心、智能管理中心以及智能远动机等几个部分组成。站控层设备由计算机网络连接的系统主机及操作员站和各工作站等设备构成，提供站内运行的人机联系界面，实现管理控制间隔层设备等功能，形成全站数据、监视、控制、管理中心，并可与调度中心和集控站通信。
（2）间隔层：间隔层由计算机网络连接的若干监控子系统组成，包含严格按间隔进行配置测控单元、间隔层网络和各种网络、通信接口设备等，完成面向单元设备的监测控制等功能。间隔层设备通过交换机与站控层以太网连接，在站控层失效的情况下，间隔层设备仍能独立完成本间隔的就地监控功能。
（3）过程层：过程层主要设备包括智能一次设备（含电子式互感器）、智能终端、合并单元等，其主要功能是完成实时运行电气量的采集、设备运行状态的监测、控制命令的执行等。
“两网”分别指站控层网络（间隔层与站控层之间的网络）与过程层网络（间
隔层与过程层之间的网络），将制造报文规范（Manufacturing Message Specification，MMS）、GOOSE、SV 服务与两网进行映射，站控层网络与过程层网络独立组网，站控层网络主要传输 MMS 和 GOOSE 两类信号，过程层网络主要传输 GOOSE 和SV 两类信号。站控层网络负责站控层各个工作站之间和来自间隔层的全部数据的传输和各种访问请求，网络传送协议采用 TCP/IP 网络协议，网络传输速率≥100Mbit / s 。
3智能变电站二次设备运维系统的搭建
3.1运维系统功能结构
与传统变电站相比，智能变电站的问题及故障的处理更加复杂。智能变电站通过一次设备进行在线监测，根据监测数据的评估结果对设备运维方面进行改造，以适应智能变电站的运维要求。
针对二次设备运维管控，主站端和厂站端分别对应不同的功能：主站端根据采集的数据进行分析、监视、诊断和评估等，厂站端则负责对信息的采集、过滤和简单处理。 由于无人值守变电站的应用，主站端对于信息展示的全面性和完整性要求也越来越高，因此，二次回路可视化的重点逐步从厂站端向主站端转移。
3.2系统网络构成
智能变电站中，由于大量智能设备的应用，以及一次设备与二次设备间紧密
关联，对运维人员的专业素质提出了更严格的要求，图 3展示了智能变电站二次设备运维体系架构。
厂站端的功能在逻辑上由数据采集模块、管理模块和远传模块共同构成。
（1）采集模块，采集站控层、间隔层、过程层设备的信息。
（2）管理模块，根据采集的信息，实现厂站端功能的应用。
（3）远传模块，实现信息的集中上传，减轻调度、控制和运行中心处理信息的压力。
（4）采集模块、管理模块和远传模块既可独立配置，也可在现成设备中集成以实现特定功能。
4智能变电站二次设备运维关键技术
4.1运维关键要点
目前，基于确保智能变电站二次设备和二次回路可靠运行的目的，通常将二次设备的运维模式分为定检、全检和特检。随着设备规模不断增加，各种新型技术交叉融合，给短时间内要完成庞大的运维检修工作带来了严峻的考验。另外，为了实时监测设备的运行状况、及时处理异常运行状态，达到实时操控设备的目的，需投入大量专业人员对变电站设备进行监测。
智能变电站二次设备运维主要涉及设备的运行监视、缺陷处理、定期检修等，目前运维检修主要存在以下问题：
（1）二次设备在线监视能力不足。智能变电站二次设备自身的状态信息模型多私有化且不完善，站内各二次设备状态信息不能标准化采集上送。过程层网络监控存在盲区，二次虚回路通信状态未实现可视化，二次虚回路虚拟链路与物理链路的通信行为不能实时监控。
（2）运行支撑能力不足。二次逻辑功能回路图纸缺失，运维管理难度大。运行人员运行监视智能变电站的能力有待提高，部分变电站存在 GOOSE 软压处理不当、保护漏退检修压板等现象，导致相关设备长期退出运行。
（3）检修策略有待优化。二次设备检修仍采用粗放的方式，多参考常规变电站相关标准开展工作，缺乏规范化的设备健康状态信息采集、处理及综合分析技术，未能高效利用智能变电站的相关技术。
（4）告警分级分类及信号规范化缺乏研究。实际运行中，监控人员面对海量告警数据往往无所适从，二次设备状态信息需求及规范性要求不明确，集控与调度中心对设备信息缺乏有效的分级分类处理。
（5）智能诊断技术未真正实用化。站内智能告警、数据辨识等功能大多针对某一特定应用场景，实用化程度有待提升和完善。
相比传统变电站电缆的硬连接，智能变电站二次回路通过 SCD 文件关联的虚回路来表示。变电站 SCD 文件取代传统的设计图纸成为设计、调试、运维以及改扩建的基本根据，正确配置 SCD 文件（虚端子及其关联的采样回路、跳合闸等）是智能变电站二次设备运维的首要任务。SCD 文件由 SCL 描述，由于不能直接反映变电站配置信息，对变电站设计、调试、运维、及改扩建等配置信息的监测提出了新的挑战。由此可见，研究智能变电站虚回路状态监视及 SCD 文件管控具有十分重要的意义。
4.2二次设备虚链路状态监视系统设计
智能变电站过程层网络是二次网络通信的骨干，过程层 GOOSE 报文信息流量较小，却具备随机性，传输条件苛刻；而 SV 报文传输时不仅流量庞大，传输的条件还特别可靠，对于时长延迟还需要十分精确。目前国内现有智能变电站过程层典型组网方式有双单网、共享双网、独立双网、直采直跳等方式。
工程应用中多半采用直采直跳方式，其具有敷设光纤量小，可以有效的弥补信息共享性及状态检测等方面的不足。过程层设备间根据 GOOSE、SV 报文来联系，报文接收方通过报文长度的两倍来判定通信情况，过程层装置链路状态通过GOOSE 报文发给间隔层测控装置，间隔层测控再将状态通过 MMS 送至监控系统。
4.3二次虚回路可视化监视内容配置
智能变电站二次虚回路可视化监视其实就是利用二次虚回路和物理链路拓扑识别技术、计算机的图形展示技术，将二次设备异常信号生成、异常信号传递、异常信号解析、物理链路监视、SV/GOOSE/MMS链路异常监视、通信端口状态监视等功能，通过画面的形式进行展示。
虚回路监视内容包含 信息收发装置的各个流程，主要包含SV输入定义信息、SV输出定义信息、GOOSE输入定义信息、GOOSE输出定义信息、网络地址等配置信息等，二次虚回路状态则包含以下信息：（1）虚回路状态监视系统信息的过程层根源。（2）GOOSE 虚回路异常监视。（3）SV 虚回路异常监视。（4）虚回路软压板监视。（5）二次虚回路流经的物理链路通信状态监视。
4.4二次虚回路可视化监视内容配置与提取
二次虚回路组成关键信息包括：设备、虚端子、软连片、信息状态、虚端口表、链路特征、数据块、信息解析等，提取的要素如下：
（1）GOOSE 发送参数，包括：GOCB1 路径名（GOCBRef）、GSEControl 元素参数（含 Private 元素）、Communication 中与 GOCB 相关的 GSE 元素参数（含Private 元素）、GOCB 引用的 Data Set 元素参数（含 Private 元素）。 （2）GOOSE 接收参数，包括：外部 GOCB 路径名（GOCBRef）、外部 GSEControl元素参数（含 Private 元素，）、外部 Communication 中与 GOCB 相关的 GSE 元素参数（含 Private 元素）、外部 GOCB 引用的 Data Set 元素参数（含 Private 元素）。 （3）SV 发送参数，包括：MSVCB 路径名（MSVCBRef）、Sampled Value Control元素参数（含 Private 元素）、Communication 中与 MSVCB1 相关 SMV 元素参数（含Private 元素）、MSVCB 引用的 Data Set 元素参数。 （4）SV 接收参数，包括：外部 MSVCB 路径名（MSVCBRef）、外部Sampled Value Control 元素参数（含 Private 元素）、外部 Communication 中与 MSVCB相关 SMV 元素参数（含 Private 元素）、外部 MSVCB 引用的 Data Set 元素参数（含Private 元素）。 GOOSE 输入虚端子记录在 ICD 文件中，提取方法：搜索 ICD 文件，找到G1$PI1.LN0 ，搜索< Inputs >，遍历全部< Ext Ref >，提取 int Addr ，记录一个输入虚端子，直至遇到</Inputs>。 SV 输入虚端子记录在 ICD文件中，提取方法：搜索 ICD 文件，找到< M1$SVLD1.LN0>，搜索< Inputs >，遍历所有< Ext Ref >，提取 int Addr ，记录一个输入虚端子，直至遇到< /Inputs>。 装置的输出虚端子记录在 ICD 文件中，可以根据 GOOSE 控制块来描述，GOOSE 控制块描述于 G1
访问点的 PI1$LN0 中
参考文献
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[5] 鲁国刚.变电站的数字化技术发展.电网技术[J],2016(10):7-10.
论文作者:刘园媛
论文发表刊物:《科技中国》2018年6期
论文发表时间:2018/8/10
标签：变电站论文; 智能论文; 回路论文; 设备论文; 信息论文; 元素论文; 间隔论文; 《科技中国》2018年6期论文;