基于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(chǎng)家生產(chǎn)技術(shù)水平的提高具有重要的作用，其能夠避免社會(huì )資源的浪費，顯著(zhù)提高經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。本文從二次設備集成化思路及關(guān)鍵技術(shù)入手，進(jìn)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(guān)設計人員作理論依據和重要的參考。
關(guān)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(guān)鍵技術(shù)
1.1需求分析
二次設備整合和集成是實(shí)現新一代智能變電站最終目標的首要任務(wù)及重要途徑。從技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的角度來(lái)分析，二次設備按面向間隔配置，每個(gè)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(zhù)計算機技術(shù)發(fā)展及芯片集成化處理能力不斷提高，在保障電網(wǎng)安全運行可靠的前提，將現有成熟應用的功能、設備進(jìn)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(shù)的提出，可以采用面向多間隔進(jìn)行同類(lèi)功能集成;面向單間隔進(jìn)行不同類(lèi)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(guò)度層三個(gè)層次，站控層設備集成則采用一體化業(yè)務(wù)平臺。對站控層進(jìn)行優(yōu)化整合，設置兩套本地功能監控主機，一臺集成監控主機，操作員站，數據服務(wù)器，保護故障信息子站功能，另一臺集成監控主機，操作員站，數據服務(wù)器，工程師站功能，其余功能獨立設置。
間隔層設備集成方式采用多功能測控裝置、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(wǎng)絡(luò )記錄儀一般獨立配置和組屏，實(shí)現兩者大部分采集單元的共享。35KV線(xiàn)路、并聯(lián)電容器、電抗器、站用變在保護測控一體化的同時(shí)，增加計量插件即可實(shí)現計量功能。在間隔層實(shí)現全站打印機優(yōu)化配置。
過(guò)程層設備集成方式采用合并單元智能終端集成裝置，就地柜安裝;完成與一次設備相關(guān)的功能，包括實(shí)時(shí)運行電氣量采集，設備運行狀態(tài)監測、控制命令的執行等。 .
1.3關(guān)鍵技術(shù)
新型二次設備的關(guān)鍵技術(shù)有：
(1)集成化二次設備硬件平臺化技術(shù)，采用通用一體化硬件平臺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(wǎng)絡(luò )分析儀、同步時(shí)鐘、服務(wù)器、交換機j輔助控制設備、交直流饋線(xiàn)單元、交流ATS、直流充電模塊、數據網(wǎng)設備、二次安防設備、光端機、PCM等等、通過(guò)不同類(lèi)型、數量的功能單元進(jìn)行排列組合，來(lái)形成適用于不同電壓等級不同規模變電站的模塊。同進(jìn)采用模塊化的多CPU硬件架構加速內部總線(xiàn)統一高效的數據采樣、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(tài)技術(shù)，通過(guò)裝置支撐軟件提供接口，將應用功能與硬件平臺解耦;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(tài);具有結構清晰、集成度高、擴展性好、適應性強等特點(diǎn)。
(3)二次設備運行狀態(tài)采集和監視技術(shù)，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;采用嵌入式采集方式;為二次設備可視化運維、健康評估和狀態(tài)檢修提供數據支持。
(4)時(shí)間同步狀態(tài)監測技術(shù)，閉環(huán)時(shí)間同步狀態(tài)管理，監測量包括對時(shí)狀態(tài)測量數據和設備狀態(tài)自檢數據，前者對二次設備外部進(jìn)行對時(shí)同步偵測，后者對于二次本身故障進(jìn)行快速偵測，如對時(shí)信號狀態(tài)等。采用SNTP問(wèn)答機制進(jìn)行時(shí)間同步狀態(tài)監測;以告警直傳上送時(shí)間同步狀態(tài)給調度。
2二次設備模塊化設計
二次設備采用模塊化設計，解決傳統建設模式存在的現場(chǎng)施工量大、施工周期長(cháng)、建設質(zhì)量難以掌控、二次設備接線(xiàn)工作量大的問(wèn)題。采用預制電纜，實(shí)現一次設備本體與智能控制柜間的標準化“即插即用”連接;減少現場(chǎng)接線(xiàn)、調試工作量，最終實(shí)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。便于現場(chǎng)施工，提高施工進(jìn)度與質(zhì)量。首先需要將模塊接口標準化能夠同時(shí)實(shí)現多個(gè)模塊之間的機械拼接，電氣拼接與網(wǎng)絡(luò )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(gè)模塊的裝置電源，外部強弱電開(kāi)入等接口進(jìn)行整合;網(wǎng)絡(luò )方面拼接是指將多個(gè)模塊的以太網(wǎng)、現場(chǎng)總線(xiàn)等網(wǎng)絡(luò )通信方式進(jìn)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(diǎn)，在現有硬件系統及生產(chǎn)丁藝不需大改的基礎上，設計組合式二次柜體，集成多個(gè)功能模塊設備(后臺、服務(wù)器、電源等)，在廠(chǎng)家生產(chǎn)、拼裝、調試后，以整體形式發(fā)往現場(chǎng)，減少現場(chǎng)施工量及施工周期。組合柜內采用固定模塊式設計，方便后期更換及運維。
2:1.2組合二次設備的即插即用
由廠(chǎng)家在柜內設置集中接線(xiàn)區，將柜間裝置的輸入輸出信號及電源在集中接線(xiàn)區進(jìn)行航空插頭配置，通過(guò)與柜外的預制光纜和預制電纜直接連接，達到與系統溝通的功能。建議采用裝置加標準件的模式安裝于模塊安裝于本體上，盡量不用或少用緊固件，支持功能單元的在線(xiàn)更換。組合柜與外部預制線(xiàn)纜在現場(chǎng)可進(jìn)行快速對接，實(shí)現即插即用。
2.2模塊化組屏及內部接線(xiàn)方案
二次設備室組屏采用模塊化組屏方式，模塊柜內通過(guò)采用一體化底座完成屏柜固定及預制線(xiàn)纜儲纖功能;通過(guò)屏間側壁開(kāi)孔，完成模塊內部走線(xiàn)，減少現場(chǎng)安裝接線(xiàn)。
2.3模塊柜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，采用航空插頭實(shí)現電氣設備本體與匯控柜間的標準化連接，采用預制光纜等“即插即用”連接方式替代現場(chǎng)熔接，減少現場(chǎng)接線(xiàn)、調試工作量，最終實(shí)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(dòng)態(tài)重構初探[J].電力系統自動(dòng)化，2014(5).
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