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。本文從二次設備集成化思路及關鍵技術入手，進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，以其為相關設計人員作理論依據(jù)和重要的參考。
關鍵詞：模塊化設計;二次設備;變電站
1 二次設備集成化思路及關鍵技術
1.1需求分析
二次設備整合和集成是實現(xiàn)新一代智能變電站最終目標的首要任務及重要途徑。從技術和產業(yè)發(fā)展需求的角度來分析，二次設備按面向間隔配置，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(fā)展及芯片集成化處理能力不斷提高，在保障電網安全運行可靠的前提，將現(xiàn)有成熟應用的功能、設備進行集成或整合。
1.2整合方案
針對新一代智能變電站新技術的提出，可以采用面向多間隔進行同類功能集成;面向單間隔進行不同類的多功能集成;智能化變電站系統(tǒng)在邏輯上可分為站控層，間隔層和過度層三個層次，站控層設備集成則采用一體化業(yè)務平臺。對站控層進行優(yōu)化整合，設置兩套本地功能監(jiān)控主機，一臺集成監(jiān)控主機，操作員站，數(shù)據(jù)服務器，保護故障信息子站功能，另一臺集成監(jiān)控主機，操作員站，數(shù)據(jù)服務器，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絡記錄儀一般獨立配置和組屏，實現(xiàn)兩者大部分采集單元的共享。35KV線路、并聯(lián)電容器、電抗器、站用變在保護測控一體化的同時，增加計量插件即可實現(xiàn)計量功能。在間隔層實現(xiàn)全站打印機優(yōu)化配置。
過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的功能，包括實時運行電氣量采集，設備運行狀態(tài)監(jiān)測、控制命令的執(zhí)行等。 .
1.3關鍵技術
新型二次設備的關鍵技術有：
(1)集成化二次設備硬件平臺化技術，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、網絡分析儀、同步時鐘、服務器、交換機j輔助控制設備、交直流饋線單元、交流ATS、直流充電模塊、數(shù)據(jù)網設備、二次安防設備、光端機、PCM等等、通過不同類型、數(shù)量的功能單元進行排列組合，來形成適用于不同電壓等級不同規(guī)模變電站的模塊。同進采用模塊化的多CPU硬件架構加速內部總線統(tǒng)一高效的數(shù)據(jù)采樣、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存貯、數(shù)據(jù)傳輸處理。
(2)二次設備功能模塊化和配置組態(tài)技術，通過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。
(3)二次設備運行狀態(tài)采集和監(jiān)視技術，由自檢信息擴展至物理板件、通信端口以及邏輯鏈路等監(jiān)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(shù)據(jù)支持。
(4)時間同步狀態(tài)監(jiān)測技術，閉環(huán)時間同步狀態(tài)管理，監(jiān)測量包括對時狀態(tài)測量數(shù)據(jù)和設備狀態(tài)自檢數(shù)據(jù)，前者對二次設備外部進行對時同步偵測，后者對于二次本身故障進行快速偵測，如對時信號狀態(tài)等。采用SNTP問答機制進行時間同步狀態(tài)監(jiān)測;以告警直傳上送時間同步狀態(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(tǒng)建設模式存在的現(xiàn)場施工量大、施工周期長、建設質量難以掌控、二次設備接線工作量大的問題。采用預制電纜，實現(xiàn)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(xiàn)場接線、調試工作量，最終實現(xiàn)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(xiàn)場施工，提高施工進度與質量。首先需要將模塊接口標準化能夠同時實現(xiàn)多個模塊之間的機械拼接，電氣拼接與網絡拼接。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模塊的裝置電源，外部強弱電開入等接口進行整合;網絡方面拼接是指將多個模塊的以太網、現(xiàn)場總線等網絡通信方式進行整合。
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，在現(xiàn)有硬件系統(tǒng)及生產丁藝不需大改的基礎上，設計組合式二次柜體，集成多個功能模塊設備(后臺、服務器、電源等)，在廠家生產、拼裝、調試后，以整體形式發(fā)往現(xiàn)場，減少現(xiàn)場施工量及施工周期。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
由廠家在柜內設置集中接線區(qū)，將柜間裝置的輸入輸出信號及電源在集中接線區(qū)進行航空插頭配置，通過與柜外的預制光纜和預制電纜直接連接，達到與系統(tǒng)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更換。組合柜與外部預制線纜在現(xiàn)場可進行快速對接，實現(xiàn)即插即用。
2.2模塊化組屏及內部接線方案
二次設備室組屏采用模塊化組屏方式，模塊柜內通過采用一體化底座完成屏柜固定及預制線纜儲纖功能;通過屏間側壁開孔，完成模塊內部走線，減少現(xiàn)場安裝接線。
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，采用航空插頭實現(xiàn)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(xiàn)場熔接，減少現(xiàn)場接線、調試工作量，最終實現(xiàn)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(tǒng)動態(tài)重構初探[J].電力系統(tǒng)自動化，2014(5).
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