基于智能變電站二次設(shè)備模塊化設(shè)計(jì)探討論文
摘要：模塊化二次設(shè)備對國內(nèi)廠家生產(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(fèi)，顯著提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本文從二次設(shè)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(shè)備設(shè)計(jì)方案，智能化變電站電氣二次模塊化設(shè)計(jì)，以其為相關(guān)設(shè)計(jì)人員作理論依據(jù)和重要的參考。
關(guān)鍵詞：模塊化設(shè)計(jì);二次設(shè)備;變電站
1 二次設(shè)備集成化思路及關(guān)鍵技術(shù)
1.1需求分析
二次設(shè)備整合和集成是實(shí)現(xiàn)新一代智能變電站最終目標(biāo)的首要任務(wù)及重要途徑。從技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的角度來分析，二次設(shè)備按面向間隔配置，每個(gè)間隔部署保護(hù)、測控、PMU、計(jì)量、錄波等裝置，各裝置功能相互獨(dú)立，可靠性高，維護(hù)方便。隨著計(jì)算機(jī)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(yùn)行可靠的前提，將現(xiàn)有成熟應(yīng)用的功能、設(shè)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)行同類功能集成;面向單間隔進(jìn)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(gè)層次，站控層設(shè)備集成則采用一體化業(yè)務(wù)平臺(tái)。對站控層進(jìn)行優(yōu)化整合，設(shè)置兩套本地功能監(jiān)控主機(jī)，一臺(tái)集成監(jiān)控主機(jī)，操作員站，數(shù)據(jù)服務(wù)器，保護(hù)故障信息子站功能，另一臺(tái)集成監(jiān)控主機(jī)，操作員站，數(shù)據(jù)服務(wù)器，工程師站功能，其余功能獨(dú)立設(shè)置。
間隔層設(shè)備集成方式采用多功能測控裝置、多合一集成裝置、保護(hù)測控裝置、站域保護(hù)控制裝置、集中式保護(hù);例如將故障錄波裝置和網(wǎng)絡(luò)記錄儀一般獨(dú)立配置和組屏，實(shí)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(hù)測控一體化的同時(shí)，增加計(jì)量插件即可實(shí)現(xiàn)計(jì)量功能。在間隔層實(shí)現(xiàn)全站打印機(jī)優(yōu)化配置。
過程層設(shè)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(shè)備相關(guān)的功能，包括實(shí)時(shí)運(yùn)行電氣量采集，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測、控制命令的執(zhí)行等。 .
1.3關(guān)鍵技術(shù)
新型二次設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)有：
(1)集成化二次設(shè)備硬件平臺(tái)化技術(shù)，采用通用一體化硬件平臺(tái)和插件式功能板件設(shè)計(jì)，達(dá)到“插件易更換，裝置易互換”的應(yīng)用效果;模塊化的二次設(shè)備由不同的功能單元組成，包括保護(hù)、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(jī)j輔助控制設(shè)備、交直流饋線單元、交流ATS、直流充電模塊、數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備、二次安防設(shè)備、光端機(jī)、PCM等等、通過不同類型、數(shù)量的功能單元進(jìn)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(jìn)采用模塊化的多CPU硬件架構(gòu)加速內(nèi)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(shè)備功能模塊化和配置組態(tài)技術(shù)，通過裝置支撐軟件提供接口，將應(yīng)用功能與硬件平臺(tái)解耦;選配不同的`插件和功能模塊組建合適的應(yīng)用裝置;應(yīng)用功能模塊支持可視化編程和配置組態(tài);具有結(jié)構(gòu)清晰、集成度高、擴(kuò)展性好、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。
(3)二次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)采集和監(jiān)視技術(shù)，由自檢信息擴(kuò)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(shè)備可視化運(yùn)維、健康評估和狀態(tài)檢修提供數(shù)據(jù)支持。
(4)時(shí)間同步狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)，閉環(huán)時(shí)間同步狀態(tài)管理，監(jiān)測量包括對時(shí)狀態(tài)測量數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)自檢數(shù)據(jù)，前者對二次設(shè)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問答機(jī)制進(jìn)行時(shí)間同步狀態(tài)監(jiān)測;以告警直傳上送時(shí)間同步狀態(tài)給調(diào)度。
2二次設(shè)備模塊化設(shè)計(jì)
二次設(shè)備采用模塊化設(shè)計(jì)，解決傳統(tǒng)建設(shè)模式存在的現(xiàn)場施工量大、施工周期長、建設(shè)質(zhì)量難以掌控、二次設(shè)備接線工作量大的問題。采用預(yù)制電纜，實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備本體與智能控制柜間的標(biāo)準(zhǔn)化“即插即用”連接;減少現(xiàn)場接線、調(diào)試工作量，最終實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備與二次設(shè)備、二次設(shè)備間的標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)的位置上。便于現(xiàn)場施工，提高施工進(jìn)度與質(zhì)量。首先需要將模塊接口標(biāo)準(zhǔn)化能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)模塊之間的機(jī)械拼接，電氣拼接與網(wǎng)絡(luò)拼接。機(jī)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(qiáng)弱電開入等接口進(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(xiàn)場總線等網(wǎng)絡(luò)通信方式進(jìn)行整合。
2.1模塊化設(shè)計(jì)方案
2.1.1組合二次設(shè)備的模塊式設(shè)計(jì)
結(jié)合變電站標(biāo)準(zhǔn)配送式理念，針對組合式二次設(shè)備的特點(diǎn)，在現(xiàn)有硬件系統(tǒng)及生產(chǎn)丁藝不需大改的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)組合式二次柜體，集成多個(gè)功能模塊設(shè)備(后臺(tái)、服務(wù)器、電源等)，在廠家生產(chǎn)、拼裝、調(diào)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(nèi)采用固定模塊式設(shè)計(jì)，方便后期更換及運(yùn)維。
2:1.2組合二次設(shè)備的即插即用
由廠家在柜內(nèi)設(shè)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(jìn)行航空插頭配置，通過與柜外的預(yù)制光纜和預(yù)制電纜直接連接，達(dá)到與系統(tǒng)溝通的功能。建議采用裝置加標(biāo)準(zhǔn)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(yù)制線纜在現(xiàn)場可進(jìn)行快速對接，實(shí)現(xiàn)即插即用。
2.2模塊化組屏及內(nèi)部接線方案
二次設(shè)備室組屏采用模塊化組屏方式，模塊柜內(nèi)通過采用一體化底座完成屏柜固定及預(yù)制線纜儲(chǔ)纖功能;通過屏間側(cè)壁開孔，完成模塊內(nèi)部走線，減少現(xiàn)場安裝接線。
2.3模塊柜組合二次設(shè)備的即插即用方案
各模塊間及與各一次設(shè)備之間，采用航空插頭實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備本體與匯控柜間的標(biāo)準(zhǔn)化連接，采用預(yù)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(diào)試工作量，最終實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備與二次設(shè)備、二次設(shè)備間的標(biāo)準(zhǔn)化連接方案。
參考文獻(xiàn)
[1]曹楠，王芝茗，李剛等.智能變電站二次系統(tǒng)動(dòng)態(tài)重構(gòu)初探[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2014(5).
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