基於智慧變電站二次裝置模組化設計探討論文
基於智慧變電站二次裝置模組化設計探討論文
摘要：模組化二次裝置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。本文從二次裝置整合化思路及關鍵技術入手，進而探討了模組化二次裝置設計方案，智慧化變電站電氣二次模組化設計，以其為相關設計人員作理論依據和重要的參考。
關鍵詞：模組化設計;二次裝置;變電站
1 二次裝置整合化思路及關鍵技術
1.1需求分析
二次裝置整合和整合是實現新一代智慧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，二次裝置按面向間隔配置，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。隨著計算機技術發展及晶片整合化處理能力不斷提高，在保障電網安全執行可靠的前提，將現有成熟應用的功能、裝置進行整合或整合。
1.2整合方案
針對新一代智慧變電站新技術的提出，可以採用面向多間隔進行同類功能整合;面向單間隔進行不同類的多功能整合;智慧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，站控層裝置整合則採用一體化業務平臺。對站控層進行最佳化整合，設定兩套本地功能監控主機，一臺整合監控主機，操作員站，資料伺服器，保護故障資訊子站功能，另一臺整合監控主機，操作員站，資料伺服器，工程師站功能，其餘功能獨立設定。
間隔層裝置整合方式採用多功能測控裝置、多合一整合裝置、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路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，增加計量外掛即可實現計量功能。在間隔層實現全站印表機最佳化配置。
過程層裝置整合方式採用合併單元智慧終端整合裝置，就地櫃安裝;完成與一次裝置相關的功能，包括實時執行電氣量採集，裝置執行狀態監測、控制命令的執行等。 .
1.3關鍵技術
新型二次裝置的關鍵技術有：
(1)整合化二次裝置硬體平臺化技術，採用通用一體化硬體平臺和外掛式功能板件設計，達到“外掛易更換，裝置易互換”的應用效果;模組化的二次裝置由不同的功能單元組成，包括保護、測控、故障錄波、網路分析儀、同步時鐘、伺服器、交換機j輔助控制裝置、交直流饋線單元、交流ATS、直流充電模組、資料網裝置、二次安防裝置、光端機、PCM等等、透過不同型別、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組。同進採用模組化的多CPU硬體架構加速內部匯流排統一高效的資料取樣、資料處理、資料存貯、資料傳輸處理。
(2)二次裝置功能模組化和配置組態技術，透過裝置支撐軟體提供介面，將應用功能與硬體平臺解耦;選配不同的`外掛和功能模組組建合適的應用裝置;應用功能模組支援視覺化程式設計和配置組態;具有結構清晰、整合度高、擴充套件性好、適應性強等特點。
(3)二次裝置執行狀態採集和監視技術，由自檢資訊擴充套件至物理板件、通訊埠以及邏輯鏈路等監測;採用嵌入式採集方式;為二次裝置視覺化運維、健康評估和狀態檢修提供資料支援。
(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資料和裝置狀態自檢資料，前者對二次裝置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，如對時訊號狀態等。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排程。
2二次裝置模組化設計
二次裝置採用模組化設計，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、二次裝置接線工作量大的問題。採用預製電纜，實現一次裝置本體與智慧控制櫃間的標準化“即插即用”連線;減少現場接線、除錯工作量，最終實現一次裝置與二次裝置、二次裝置間的標準化“即插即用”方案。
模組的安裝如搭積木玩具一樣，將模組組裝在相應的位置上。便於現場施工，提高施工進度與質量。首先需要將模組介面標準化能夠同時實現多個模組之間的機械拼接，電氣拼接與網路拼接。機械方面拼接是指模組的安裝、固定。電氣方面拼接是指多個模組的裝置電源，外部強弱電開入等介面進行整合;網路方面拼接是指將多個模組的乙太網、現場匯流排等網路通訊方式進行整合。
2.1模組化設計方案
2.1.1組合二次裝置的模組式設計
結合變電站標準配送式理念，針對組合式二次裝置的特點，在現有硬體系統及生產丁藝不需大改的基礎上，設計組合式二次櫃體，整合多個功能模組裝置(後臺、伺服器、電源等)，在廠家生產、拼裝、除錯後，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組式設計，方便後期更換及運維。
2:1.2組合二次裝置的即插即用
由廠家在櫃內設定集中接線區，將櫃間裝置的輸入輸出訊號及電源在集中接線區進行航空插頭配置，透過與櫃外的預製光纜和預製電纜直接連線，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組安裝於本體上，儘量不用或少用緊韌體，支援功能單元的線上更換。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模組化組屏及內部接線方案
二次裝置室組屏採用模組化組屏方式，模組櫃內透過採用一體化底座完成屏櫃固定及預製線纜儲纖功能;透過屏間側壁開孔，完成模組內部走線，減少現場安裝接線。
2.3模組櫃組合二次裝置的即插即用方案
各模組間及與各一次裝置之間，採用航空插頭實現電氣裝置本體與匯控櫃間的標準化連線，採用預製光纜等“即插即用”連線方式替代現場熔接，減少現場接線、除錯工作量，最終實現一次裝置與二次裝置、二次裝置間的標準化連線方案。
參考文獻
[1]曹楠，王芝茗，李剛等.智慧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.智慧變電站二次裝置模擬測試技術研究[D].華北電力大學2015.