摘要：分析了智能變電站存在的主要問題，提出了智能變電站二次系統(tǒng)運維單元應(yīng)與一次系統(tǒng)間隔相匹配的原則，指出智能變電站二次設(shè)備與二次回路，包括網(wǎng)絡(luò)、軟件、配置文件和信息流，都應(yīng)按間隔配置。對二次回路進行重構(gòu)，設(shè)計了數(shù)字二次回路裝置、互感器就地采樣模塊及基于二者的新型智能變電站二次系統(tǒng)方案。該方案可較好地解決智能變電站改擴建難題，并保證保護動作的快速性與采用“直采直跳”方案相當(dāng)，總體可靠性優(yōu)于就地?zé)o防護安裝方式。方案中取消了過程層網(wǎng)絡(luò)和交換機，數(shù)字二次回路裝置采用定值單方式配置，不需配置文件，對人員技能要求低，可極大提高施工調(diào)試效率。

關(guān)鍵詞:數(shù)字二次回路裝置;就地采樣模塊;智能變電站;IEC61850;就地化保護

0引言

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

但是，智能變電站建設(shè)也遇到了不少問題，存在部分二次設(shè)備穩(wěn)定性差、設(shè)備故障率高、檢測與調(diào)試手段不足、變電站運行維護不便、改擴建困難、部分地區(qū)一線運行管理薄弱和現(xiàn)場運維人員不適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展等問題。針對這些問題，至今仍無有效的系統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)的復(fù)雜性[3]。該標(biāo)準(zhǔn)體系龐大、卷帙浩繁，對普通技術(shù)人員來說內(nèi)容艱深，較難掌握。按IEC61850標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的智能變電站，全站采用一個SCD文件配置全部二次設(shè)備之間信息的交換，一處變更會影響全站。智能變電站系統(tǒng)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(diào)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(zhì)量、制造安裝工藝、數(shù)據(jù)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(gòu)互相關(guān)聯(lián)。

(3)智能變電站體系架構(gòu)的復(fù)雜性。智能變電站總體是三層(站控層、間隔層、過程層)兩網(wǎng)(站控層網(wǎng)、過程層網(wǎng))結(jié)構(gòu)。監(jiān)控系統(tǒng)及其他設(shè)備采用網(wǎng)絡(luò)采樣、網(wǎng)絡(luò)跳閘。繼電保護為保證快速性、可靠性，采用直采直跳，聯(lián)閉鎖信號傳送仍通過網(wǎng)絡(luò)。最終導(dǎo)致過程層結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，設(shè)備接口數(shù)量多，設(shè)計制造難度大，運行問題多。

上述3個問題實際上互相糾結(jié)，難以分別解決，迫切需要一個系統(tǒng)性的解決方案。

1設(shè)計思路

1.1技術(shù)原則

新型智能變電站二次系統(tǒng)應(yīng)繼承前兩代智能變電站建設(shè)運行維護的寶貴經(jīng)驗，采用經(jīng)實踐檢驗的關(guān)鍵技術(shù)原則。主要原則包括：

(1)堅持采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。

(2)既支持使用電子式互感器，也支持使用常規(guī)互感器。

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

(4)二次系統(tǒng)運維單元應(yīng)與一次系統(tǒng)間隔相匹配。目前智能變電站堅持了二次設(shè)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(shè)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(jié)所在。實際上，智能變電站二次回路發(fā)展演變?yōu)楣饫w網(wǎng)絡(luò)及相應(yīng)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(xiàn)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(shè)備與二次回路(包括網(wǎng)絡(luò)、軟件、配置文件和信息流)都應(yīng)按間隔配置，不能再擴大，以保證二次系統(tǒng)運維單元與一次系統(tǒng)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(guān)鍵。

1.2技術(shù)路線

新型智能變電站總體技術(shù)路線是在現(xiàn)有智能變電站技術(shù)方案基礎(chǔ)上進行的簡化和調(diào)整，以形成清晰簡潔的體系結(jié)構(gòu)，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(guī)模、高效建設(shè)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(biāo)準(zhǔn)在智能變電站的應(yīng)用;或制定適用于中國現(xiàn)狀的部分分項標(biāo)準(zhǔn)、條款，或提出中國方案。

(2)將調(diào)試運行維護軟硬件工具作用提升到戰(zhàn)略高度，重點提升用戶體驗。開發(fā)以功能為導(dǎo)向的配置和調(diào)試工具，使IEC61850標(biāo)準(zhǔn)對用戶透明。

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

(4)二次回路(包括網(wǎng)絡(luò)、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(yōu)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(tǒng)集成聯(lián)調(diào)效率。

2基于數(shù)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(fā)展演變?yōu)楣饫w網(wǎng)絡(luò)及相應(yīng)的軟件、配置文件和信息流，但仍應(yīng)按間隔配置，以保證二次系統(tǒng)運維單元與一次系統(tǒng)間隔相匹配。為此設(shè)計了一種新型的數(shù)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(tǒng)總體架構(gòu)。然后以TV間隔、母聯(lián)(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(shù)字二次回路裝置，該裝置完成本間隔內(nèi)所有二次回路連接功能，對下連接本間隔開關(guān)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(shù)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(guī)變電站中TA串聯(lián)、TV并聯(lián)、繼電器接點接續(xù)(含跳合閘命令、聯(lián)閉鎖信號、位置狀態(tài))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(shù)字二次回路裝置。采用傳統(tǒng)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(xiàn)有設(shè)計和配置方案，基本保持不變。智能終端通信接口與數(shù)字二次回路裝置連接。

2.2母線間隔方案

母線間隔二次設(shè)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(guān)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(shù)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(shè)單獨的數(shù)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(shù)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(shù)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(shù)字二次回路裝置。該裝置功能與現(xiàn)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(shù)字二次回路裝置只做報文轉(zhuǎn)發(fā)，不做邏輯功能。

2.4母聯(lián)(分段)間隔方案

母聯(lián)(分段)間隔二次設(shè)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(shè)備配置與連接原則與線路間隔相同，主變各側(cè)分別配置1臺數(shù)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(tǒng)總體架構(gòu)

按照上述設(shè)計思路，智能變電站體系結(jié)構(gòu)中不再有過程層網(wǎng)絡(luò)和交換機，各間隔二次設(shè)備及二次回路分別自治。站控層設(shè)備和站控層網(wǎng)絡(luò)基本保持不變。變電站對時系統(tǒng)與現(xiàn)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(biāo)號(時標(biāo))，供測控、計量等二次設(shè)備做測量值計算時同步數(shù)據(jù)使用，而保護裝置功能實現(xiàn)不依賴此對時系統(tǒng)。典型的基于數(shù)字二次回路裝置的220kV變電站二次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6所示。

由于取消了過程層網(wǎng)絡(luò)和交換機，數(shù)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(shè)備的信息和間隔層設(shè)備與站控層相關(guān)的信息，極大減少了二次系統(tǒng)集成聯(lián)調(diào)的工作量。

3數(shù)字二次回路裝置設(shè)計

3.1功能

數(shù)字二次回路裝置是間隔內(nèi)采樣值、開關(guān)量、控制命令等信息的中轉(zhuǎn)站，2.1節(jié)中已經(jīng)描述了其基本功能，除此之外，它還應(yīng)具備以下功能特性：

(1)報文的傳輸延時可知或者穩(wěn)定。

采樣值報文的傳輸延時可知(“穩(wěn)定”也是“可知”的一種表現(xiàn)形式)是保證保護裝置功能不依賴于外部時鐘的前提條件。當(dāng)前測量采樣值報文傳輸延時的一個可行方法是通過硬件電路精確地記錄報文進、出裝置的時刻，兩者時間差即傳輸延時，測量報文傳輸延時原理如圖7所示。

傳輸延時值添加到通信報文中，與其他主體信息一起發(fā)送給間隔層設(shè)備。采用IEC61850-9-2接口時，傳輸延時值可填入SV報文的兩個保留字段Reserved1和Reserved2中，也可以累加到采樣發(fā)送數(shù)據(jù)集中互感器額定延遲時間上;采用IEC60044-8標(biāo)準(zhǔn)的FT3接口時，傳輸延時值可累加到互感器額定延遲時間tdr字節(jié)中[6-10]。

(2)通過定值單整定配置報文轉(zhuǎn)發(fā)關(guān)系。

該裝置與交換機外在明顯區(qū)別是通過運維人員熟知的整定定值單方式完成對通信接口和報文轉(zhuǎn)發(fā)的配置。定值單示例如表1所示。

表中Ia、Ib、Ic、3I0表示a、b、c三相保護電流和零序電流，Iam、Ibm、Icm表示a、b、c三相測量電流，Ua、Ub、Uc、3U0表示a、b、c三相電壓和零序電壓，Twja、Twjb、Twjc表示斷路器三相位置信號，Tja、Tjb、Tjc、Tjabc表示跳a、b、c相斷路器和跳3相斷路器命令信號。舉例說明，表中整定了：1)輸入口1輸入的Ia、Ib、Ic、3I0，被轉(zhuǎn)發(fā)至輸出口1和4。2)輸入口1輸入的電氣量Ia、Ib、Ic、3I0和輸入口3輸入的Ua、Ub、Uc、3U0，被同時轉(zhuǎn)發(fā)至輸出口1。其他依次類推。

這種以定值單形式配置裝置的做法，整定過程基于保護專業(yè)人員熟悉的自然語言和電氣符號，屏蔽了面向機器的通信過程和配置文件，不需要技術(shù)人員掌握復(fù)雜的IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。另外，變電站改擴建時，可以單獨重新整定相關(guān)間隔裝置，而無需操作無關(guān)間隔裝置。

裝置可實時顯示輸入輸出接口傳送信息的電氣量含義，運行人員可通過與定值單比對，檢查是否存在不一致的異常情況。

(3)兼容多種通信接口，采用標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議。

裝置采用光纖接口，具備多種接口形式，接口軟硬件可配置，可兼容SV、GOOSE等多種協(xié)議。既可以支持IEC61850-9-2，也可支持通道可配置的擴展IEC60044-8協(xié)議幀格式[7]。為滿足報文傳輸延時，可知的設(shè)計目標(biāo)，需要對現(xiàn)有上述協(xié)議做一定的擴展，以滿足承載傳輸延時值的需要。

間隔層保護裝置的過程層接口協(xié)議和整定方式需要適當(dāng)調(diào)整和簡化，并做到不需要配置文件，同時保護裝置需要根據(jù)收到的每個采樣值傳輸延時，自身完成采樣數(shù)據(jù)同步，并調(diào)整和簡化過程層智能終端的接口協(xié)議，減少或消除對裝置配置文件的依賴。

3.2裝置硬件原理

為保證采樣報文在裝置中轉(zhuǎn)發(fā)延時可測，數(shù)字二次回路裝置設(shè)計不采用交換機芯片，硬件架構(gòu)不采用交換機式架構(gòu)，而采用常規(guī)的類似數(shù)字化保護裝置的架構(gòu)，如圖8所示。裝置包含液晶顯示器和鍵盤等人機交互接口。裝置的接口設(shè)計成插件形式，可按需靈活配置，以適應(yīng)各種外接設(shè)備不同接口類型的需要。輸入輸出接口支持硬件打時標(biāo)功能，以完成轉(zhuǎn)發(fā)延時測量。裝置的電磁兼容等性能和總體可靠性要求與保護裝置完全相同。當(dāng)前研制該型裝置的技術(shù)基礎(chǔ)都已經(jīng)具備，難度不大，可以從現(xiàn)有數(shù)字化裝置平臺快速改裝而來。

裝置(以某型平臺裝置為例)為標(biāo)準(zhǔn)19英寸(或19/2英寸)寬、4U高機箱。前面板配有液晶顯示器、鍵盤、指示燈和調(diào)試接口等。裝置外觀與現(xiàn)有智能變電站保護裝置基本相同。

數(shù)字二次回路裝置對可靠性要求很高，該裝置按保護裝置同等標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計、試驗和檢測。裝置內(nèi)部可采用硬件自動熱備冗余，所有信息在冗余硬件中相互鏡像并對互連裝置透明共享，由此進一步提高裝置可靠性。由于該裝置功能較單一，主要做通信轉(zhuǎn)發(fā)，運算性能要求不高，軟硬件設(shè)計總體較簡單，可以做到比保護裝置更高的可靠性。

4互感器就地采樣模塊設(shè)計

互感器就地采樣模塊安裝于一次設(shè)備本體或現(xiàn)場端子箱。功能是采集電流互感器(TA)二次側(cè)電流或電壓互感器(TV)二次側(cè)電壓，也可采集開關(guān)量信號(主要采集互感器刀閘位置等開關(guān)量信號)，經(jīng)過采樣變換為數(shù)字量輸出，通過輸出接口送給其他二次設(shè)備。模塊包括CPU、低通濾波器、第一A/D轉(zhuǎn)換器、第二A/D轉(zhuǎn)換器、光隔離器、電源、調(diào)試接口和若干輸出接口，其結(jié)構(gòu)框圖如圖9所示。

互感器就地采樣模塊的CPU外接對時信號。對時信號正常時，采樣時刻跟隨對時信號，對時信號異常時，采樣時刻由模塊自主控制。模塊的輸出接口一般有1或2個，協(xié)議支持IEC61850-9-2的SV采樣值報文、IEC60044-8標(biāo)準(zhǔn)的FT3格式及Q/GDW-441《智能變電站繼電保護技術(shù)規(guī)范》中對其擴展幀格式，也支持新定義通信協(xié)議。模塊采樣頻率初始固定為4000Hz，出廠前也可通過調(diào)試接口調(diào)整為其他統(tǒng)一規(guī)定的采樣頻率。

采樣模塊采用嵌入式軟硬件結(jié)構(gòu)，無液晶顯示。模塊防護等級不低于IP67，適應(yīng)環(huán)境溫度范圍最低—45℃，最高85℃。電磁兼容等性能指標(biāo)適應(yīng)就地化無防護安裝的要求。模塊外殼長、寬、高度均在50～200mm，安裝方式可采用導(dǎo)軌式或突出式(表面)安裝方式，方便在現(xiàn)場端子箱內(nèi)安裝。

互感器就地采樣模塊與常規(guī)互感器配合，可代替電子式互感器，避免了電子式互感器可靠性問題，同時具有二次電纜少、互感器負載小的優(yōu)點;模塊結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，對環(huán)境要求低，安裝方便，成本低，可快速更換，以換代修。工作不需整定，無需配置文件，運行維護方便。

對于電子式互感器，其就地采樣模塊就是安裝于其本體上的遠端模塊。應(yīng)用本方案時，需對遠端模塊進行一定改造，使其對外接口符合上文所述通信標(biāo)準(zhǔn)要求。

5與現(xiàn)有技術(shù)方案對比分析

5.1與現(xiàn)有智能變電站采樣和跳閘方式比較

如圖10所示，其中圖(a)、圖(b)為現(xiàn)有智能變電站典型間隔的設(shè)備及接線圖。首先對比圖(a)、圖(c)，可以看出：1)現(xiàn)方案每個間隔取消了合并單元，增加了數(shù)字二次回路裝置，每個間隔設(shè)備數(shù)量沒有增加。從全站看，因無需跨間隔過程層交換機，設(shè)備總量較少。2)本方案保護裝置采樣需經(jīng)過2臺設(shè)備和2根光纖，與直接采樣方式相同，可以認為仍符合直采的要求，此環(huán)節(jié)兩者快速性、可靠性相當(dāng)。3)本方案保護裝置跳閘需經(jīng)過2臺設(shè)備和2根光纖，比直跳方式多經(jīng)過1臺設(shè)備和1根光纖，理論估計增加延時約0.8ms(考慮100Mb/s傳輸速率，跳閘報文長度為128字節(jié)，耗時為10240ns;數(shù)字二次回路裝置內(nèi)部處理時間參照合并單元的處理延時，按790µs計)，基本可以忽略。

對比圖10(b)、圖10(c)，上述第2)、3)點結(jié)論同樣適用。在設(shè)備數(shù)量方面，圖10(b)方案每個間隔通過合并單元與智能終端合并，設(shè)備數(shù)量減少了1臺，但本質(zhì)上功能沒有變化，只是用1臺集成裝置代替2臺裝置?？紤]到本方案全站無需過程層交換機，設(shè)備總量可與圖(b)數(shù)量相當(dāng)。

綜合考慮設(shè)備數(shù)量、設(shè)備復(fù)雜程度和接線等因素，本方案在快速性、可靠性和設(shè)備數(shù)量方面與采用直采直跳方案相當(dāng)或略優(yōu)。

5.2與就地化技術(shù)方案的對比

僅從對保護本身意義上來說，保護裝置就地化的本質(zhì)目標(biāo)是：縮短二次交流電纜長度，減少TA二次負載，從而改善TA飽和特性;縮短二次控制和交流電纜長度，降低電纜路徑上的故障概率?？陀^上保護裝置就地化的同時，還實現(xiàn)了保護裝置按保護對象獨立、分散配置。

當(dāng)前保護裝置就地化安裝有繼保小室安裝、預(yù)制艙安裝、就地智能控制柜安裝和無防護安裝等多種形式。就目前關(guān)注度較高的無防護安裝和智能控制柜安裝兩種方式來說，其存在的最大問題是：1)惡劣天氣現(xiàn)場運維檢修不方便甚至影響設(shè)備與人身安全。2)對保護裝置本身的環(huán)境適應(yīng)能力要求極高。3)因就地化保護裝置本身無顯示屏和鍵盤接口，需要依賴集中配置的保護管理單元。

本方案中，就地采樣模塊就地化安裝于互感器本體附件，完成采樣后經(jīng)光纜傳送到繼保小室或預(yù)制艙，而不需要敷設(shè)二次交流電纜，完成了就地化的本質(zhì)目標(biāo)。保護裝置本體仍安裝在繼保小室或預(yù)制艙，運行環(huán)境好，不受惡劣天氣影響，運行維護方便、安全。本方案中，就地化無防護安裝的設(shè)備是功能和結(jié)構(gòu)都非常簡單的采樣模塊，并按免維護、免整定設(shè)計，具有較強的環(huán)境適應(yīng)性和可靠性;模塊成本較低，故障后可直接更換新模塊。與整臺保護裝置就地?zé)o防護安裝方式相比，其可靠性、經(jīng)濟性和運維方便性、安全性都有明顯優(yōu)勢。

5.3配置文件的配置過程對比

目前智能變電站對配置文件的配置過程主要是：采用獨立的系統(tǒng)配置工具，按照系統(tǒng)層配置的需要，導(dǎo)入數(shù)個智能電子設(shè)備ICD文件，配置不同智能電子設(shè)備共享的系統(tǒng)信息，而后生成符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的變電站SCD文件，進而導(dǎo)出符合標(biāo)準(zhǔn)的智能電子CID、CCD文件，然后將這些文件傳輸?shù)綄?yīng)的IED中，最終構(gòu)成整個智能變電站的組網(wǎng)通信。任何ICD文件的變動，理論上都需重新集成SCD，后續(xù)的文件自然也該重新生成。整個鏈條涉及多個環(huán)節(jié)，而且原本ICD文件未變化的IED也被牽連。

本方案按間隔配置數(shù)字二次回路裝置，且每個間隔內(nèi)的信號連接關(guān)系、與其他間隔的連接關(guān)系在該裝置內(nèi)以整定值方式體現(xiàn)，與全站SCD文件無關(guān)。因此，過程層各間隔設(shè)備整定(配置)過程及全站配置過程都顯著簡化。

6對現(xiàn)有智能變電站改造的要點

應(yīng)用本方案對已建成智能變電站進行改造，需注意以下幾點：

(1)站控層設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)基本不變。

(2)間隔層裝置可以做到硬件不改變，需要做軟件升級。主要升級過程層接口程序。

(3)按間隔增加數(shù)字二次回路裝置。取消所有過程層網(wǎng)絡(luò)交換機。可利用原保護屏柜中空余位置安裝數(shù)字二次回路裝置。

(4)對電子式互感器取消合并單元，更換或升級遠端模塊，主要是改造為具有統(tǒng)一的通信接口。對常規(guī)互感器取消合并單元，加裝就地采樣模塊。過程層智能終端保留不變。

(5)原光纜都可利用，可能還會有剩余。屏柜內(nèi)光纖數(shù)量足夠使用。

(6)改造工作符合二次系統(tǒng)運維單元與一次系統(tǒng)間隔相匹配原則。

總體而言，若應(yīng)用本方案改造現(xiàn)有智能變電站，設(shè)備、光纜、屏柜變化不大，軟件需要升級，可行性較強。

7結(jié)語

本文提出了智能變電站二次系統(tǒng)運維單元應(yīng)與一次系統(tǒng)間隔相匹配的原則，指出智能變電站二次設(shè)備與二次回路，包括網(wǎng)絡(luò)、軟件、配置文件和信息流，都應(yīng)按間隔配置。設(shè)計了數(shù)字二次回路裝置、互感器就地采樣模塊及智能變電站二次系統(tǒng)方案。本方案可解決現(xiàn)有智能變電站改擴建困難的先天缺陷，保證保護動作的快速性與采用“直采直跳”方案相當(dāng)，完全滿足相關(guān)規(guī)程要求，總體可靠性優(yōu)于就地?zé)o防護安裝方式。方案取消了過程層網(wǎng)絡(luò)和交換機，數(shù)字二次回路裝置采用整定單方式配置，不需IEC61850配置文件，對人員技能要求低，施工調(diào)試效率有望比現(xiàn)有智能變電站提高兩至三倍。目前該方案尚未取得工程實踐經(jīng)驗，有待進一步細化和優(yōu)化。

參考文獻

[1]曹團結(jié)，黃國方.智能變電站繼電保護技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2013.

CaoTuanjie,HuangGuofang.SmartSubstationRelayProtectionTechnologyandApplication[M].Beijing:ChinaElectricPowerPress,2013(inChinese).

[2]鄭玉平.智能變電站二次設(shè)備與技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2014.

ZhengYuping.SecondaryEquipmentandTechnologyofSmartSubstation[M].Beijing:ChinaElectricPowerPress,2014(inChinese).

[3]IEC61850.CommunicationNetworksandSystemsInSubstations[S].2004-2005.

[4]IEC60044-8.InstrumentTransformers-part8:ElectronicCurrentTransformers[S].FirsteditionIEC.2002.

[5]IEC60044-7.InstrumentTransformers-part8:ElectronicVoltageTransformers[S].FirsteditionIEC.1999.

[6]曹團結(jié)，尹項根，張哲，等.電子式互感器數(shù)據(jù)同步的研究.電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報[J]，2007，19(2)：108-113.

CaoTuanjie,YinXianggen,ZhangZhe,etal.ResearchonDataSynonizationofElectronicTransformer,JournalofElectricPowerSystemandItsAutomation[J],2007,19(2):108-113(inChinese).

[7]呂航，陳軍，楊貴，等.基于交換機數(shù)據(jù)傳輸延時測量的采樣同步方案[J].電力系統(tǒng)自動化，2016，40(9)：124-128.

LyuHang,ChenJun,YangGui,etal.SynonousSamplingMethodBasedonMeasurementofSwitchDataTransmissionDelay[J].AutomationofElectricPowerSystems,2016,40(9):124-128(inChinese).

[8]樊陳，倪益民，沈健，等.IEEE1588在基于IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)的合并單元中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動化，2011，35(6)：55-59.

FanChen,NiYimin,ShenJian,etal.ResearchontheApplicationofIEEE1588intheMergingUnitBasedonIEC61850-9-2[J].AutomationofElectricPowerSystems,2011,35(6):55-59(inChinese).

[9]蔣雷海，陳建玉，俞拙非，等.數(shù)字化保護采樣數(shù)據(jù)處理方案[J].電力系統(tǒng)自動化，2010，34(17)：42-44.

JiangLeihai,ChenJianyu,YuZhuofei,etal.SamplingDataProcessingMethodsofDigitalProtection[J].AutomationofElectricPowerSystems,2010,34(17):42-44(inChinese).

[10]高磊，卜強生，袁宇波，等.基于二次回路比對的智能變電站調(diào)試及安全措施[J].電力系統(tǒng)自動化，2015，39(20)：130-134.

GaoLei,BuQiangsheng,YuanYubo,etal.SmartSubstationCommissioningandSafetyMeasuresBasedonSecondaryCircuitComparison[J].AutomationofElectricPowerSystems,2015,39(20):130-134(inChinese).

曹團結(jié)

DiscussionontheSchemeofImprovementForProcessLevelofSmartSubstationBasedonDigitalSecondaryCircuitDevice

CAOTuan-jie1,2,WUXiao-gang1,2,TANGXiao-chen1,2

(1.NanjingNARIGroupCorporation(StateGridElectricPowerResearchInstitute),Nanjing211106,JiangsuProvince,China;2.StateKeyLaboratoryofSmartGridProtectionandControl,Nanjing211106,JiangsuProvince,China)

Abstract:Thispaperanalyzedthemainproblemsofsmartsubstation,proposedtheprinciplethat“operationandmaintenanceforsmartsubstationsecondarysystemshouldbematchedwiththeoperationunitofthepowersystem”.Thispaperpointsoutthatthesmartsubstationsecondaryequipmentandsecondaryloop,includingnetwork,software,configuredfilesandinformationflow,shouldbeconfiguredaccordingtobay.Thispaperreconfiguredthesecondarycircuit,designedtheDigitalSecondaryCircuitDevice,In-situSamplingModuleandthenewsmartsubstationsystemschemebasedonthetwo.Theschemecanpreferablysolvetheproblemoftheexpansionofthesmartsubstation,andtheactionspeedofrelayprotectionisequaltotheschemeof“DirectSamplingandDirectTripping”.TheoverallreliabilityisbetterthantheProtectiondeviceinstalledinsituwithoutshields.Inthescheme,theprocesslayernetworkandswitcherarecancelled,andtheDigitalSecondaryCircuitDeviceissetwithasettingsheet,whichdoesnotneedconfiguredfiles,andthepersonnelskillrequirementislow,theefficiencyofconstructionanddebuggingcanbeimprovedgreatly.

Keywords:digitalsecondarycircuitdevice;in-situsamplingmodule;smartsubstation;IEC61850;protectiondeviceinstalledinsituwithoutshields

作者簡介：曹團結(jié)(1975)，男，碩士，研究員級高級工程師，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護與智能變電站技術(shù)研究開發(fā)及科技管理工作，E-mail：Tuanjiecao@126.com。

伍小剛(1978)，男，碩士，高級工程師，主要從事電力系統(tǒng)自動化研究開發(fā)工作。

湯曉晨(1987)，女，碩士，工程師，主要從事電力系統(tǒng)自動化研究開發(fā)工作。