变电站模块化建设篇（1）

1 模块化在变电站中的发展历程

在变电站发展过程中，模块化技术在90年代末开始发展。我国部分厂家开始在预制箱体内，安装二次装置、10kv开关设备，其他设备仍然常规布置，即模块化技术在变电站运用的第一阶段，称为10kv箱式变电站。因大多采用常规开关柜，因体积较大，使得箱体的操作走廊变小，安全性不高，维护、吊装极为不便，且影响整体运输。选择金属材料制作外层钢板，影响了箱体防潮和保温。

从2000年开始，10kv开关设备和35kv开关设备逐渐在预制箱体内安装，即模块化技术在变电站中运用的第二阶段，称为两侧箱式阶段，进而实现局部模块化。但是，箱体内仍然选择常规开关柜，使得箱体的操作走廊变小，安全性不高，维护、吊装极为不便，且影响整体运输。

在2006年，开始进入全绝缘和全封闭状态，使用高压开关和封闭式组合电器方式，通过拔插方式，连接进出线的电缆接头，二次设备、中压设备均在预制箱体内安装。在工厂内，即完成了安装、设计、制造，在出厂之前，通过整组调试和现场调试，完成变电站建设。

在2011年，对于35kv变电站，实现在户外放置主变压器，实现设备箱式化，在设计阶段，即整合各模块，待调试完成后，在现场安装时，通过一次电缆和二次电缆，就能完成变电站建设。至此，模块化技术在变电站的运用，进入了第四阶段。

2 模块化变电站概述

针对模块化变电站，是变电站建设的创新模式，由主变压器、高压开关、中压开关、中压配套设备与综合自动化等五个功能模块，构成智能变电站。

主变压器，是通过拔插方式，连接高压进线电缆接头，通过全封闭、多股电缆的母线桥架，连接中压出线。

高压开关，在进出线选择拔插方式，通过气体绝缘封闭方式，连接组合电器。

中压开关，是选择一体化预装式组合电器。

中压配套设备，主要包含消弧线圈、接地变压器与无功补偿装置。

综合自动化，是选择一体化预装式的控制室。

在工厂中，上述五种功能模块均预先调试完成，在现场安装时，秩序选择一次电缆，连接变压器、开关和配套设备，综合自动化选择通讯线路、电缆连接，最后通过整体调试，就能实现变电站建设。

3 模块化变电站的技术特点分析

3.1 高压开关模块

针对110kv电压的封闭式组合电器，可将其作为进出线模块基础，该设备集成化程度较高，能够配置避雷、电流互感、电压互感等设备。若进出线选择工厂预制方式，可选择拔插方式、电缆套管等方式，连接电缆插头，实现模块化，以便于安装维护和运行稳定。

3.2 变压器模块

针对主变压器，可选择户外常规布置，以降低现场接线量，同时需要改进变压器进线端子和出线端子，在一次侧，可选择拔插油气套管、电缆附件，连接进线模块。在二次侧，可选择架空、电缆出线方式采用绝缘封闭方式。

3.3 中压开关模块

针对10kv进出线、35kv进出线，有户外箱式、拼装式两种方式。在固定式开关柜、手车式开关柜中，拼装式较为常用，然而因常规开关柜的体积极大，增加了整体模块体积，提高了吊装和运输难度，使得箱体维护通道变窄，用户、厂家也十分不便。在近几年来，永磁真空开关运用较多，大多选择气体绝缘封闭、紧凑型开关柜，因重量较轻，体积较好，吊装运输极为方便，提高了模式可行性，在110kv、35kv变电站中应用较多。该类模式的在一个预制箱体内安装开关柜，选择双层金属材料、铝锌板制作箱体。采用隔热材料充填中间部分，箱体内设置通风系统，安装有空调设备，具有良好的隔热防潮功能。同时，户外共箱式是另外一种模式，在充气箱体中设置开关设备，将电缆接头连接进出线，可隔断端口功能，通过防护壳体，该模式效果等同于10kv户外环网柜、35kv户外组合电器，因设备体积较小，结构较为紧凑，布局十分简洁，促进了变电站建设、运行的简易化。

4 变电站技术性和经济性对比

4.1 综合自动化模块

针对综合自动化模块，包含了交直流电源、故障录波、图像监控、综合自动化、通信系统、维护等设备，10kv保护设备、35kv均在一体化预装式的开关室内分散安装，其他在一体化控制内分散安装。

4.2 中压配套装置模块

针对消弧线圈、无功补偿，可选择敞开式顶罩方式，或选择户内成套城北。针对小容量变电站，和出线模块共同合并一个模块。针对接地变压器，可选择干式电气设备，在箱体内放置。

4.3 其他辅助设备

主要包含照明、采暖、防雷、接地、排水、消防等系统。

5 模块化变电站和35kv常规变电站对比

5.1 主变压器

对于变电站的最终建设，可选择两台三相双绕的自冷式方式，使调压变压器绝缘密封，容量设置为5000kva，设置电压为35/10.5kv等级。

5.2 35kv侧

针对主变压器，设置进线两回，选择单母分段线接线。设置进出线四回和本期一回，可设置31.5ka电流配电装置。

5.3 310kv侧

对于主变压器进线两回，选择单母分段线接线，设置出现八回和本期四回，可设置25ka电流配电装置。

5.4 无功补偿

可设置一组1200kvar的无功补偿并联电容器组。

通过上述数据可以看出，模块化智能变电站和常规变电站相比，整体投资基本相当，稍高于户外建站方式。因选择小型开关柜，其设备费用比常规建站要高。然而，在变电站建设工程费用、安装费用、其他费用中，能够节省大量费用。因此，选择模块化变电站，可有效提升设备整体运行效能，节约变电站占地面积，促使建设步骤简化，降低工程现场施工量，加快施工速度，为工程尽早送电创造条件。

6 结束语

综上所述，模块化技术在智能变电站中的运用，转变了传统变电站建站模式，提高了变电站技术含量，降低了资源小孩，减少了环境污染，实现了过程精细化。近些年来，随着我国电力事业日益发展，按照模块化智能变电站的特点，在农网建设、城网终端改造方面，将会得到更广泛运用。对于设备绝缘要求高、地势和负荷较大，尤其的高原地区，模块化技术具有广泛应用前景。

参考文献

[1]樊陈，倪益民，窦仁晖等.智能变电站顺序控制功能模块化设计[J].电力系统自动化，2012，36（17）：67-71.

[2]苏麟，石慧，王爱民等.预制光缆在智能变电站应用技术研究[J].中国电业（技术版），2014，（9）：64-67.

[3]余盛超，陈文军，司海建等.模块化变电站建设及运维过程分析[J].中国电业（技术版），2014，（7）：63-65.

作者简介

变电站模块化建设篇（2）

变电站站用交、直流电源包括：站用交流电源、站用直流电源、站用不问断电源和站用通信电源。传统的交、直流电源各部分都是分散配置，分散管理，运行维护不便，难以实现系统管理和协调。鉴于常规站用电源存在的缺点，本文提出了站用电源一体化、数字化的思路　，即：将站用交流电源、站用直流电源、站用不间断电源和站用通信电源统一设计、生产；通过一体化监控模块将站用电源各子系统通信网络化，实现站用电源信息共享，建立数字化电源软件平台；通过将站用电源所有开关智能模块化，建立数字化电源硬件平台；一体化监控模块通过以太网口，采用IEC61850规约与监控系统通信，使站用电源成为智能、开放的系统。

1.站用电源一体化

1.1站用电源现状及存在问题

1）配置分散，即站用电源的各部分独立配置，通常由不同的供应商提供；2）管理分散：站用电源的各部分由运行单位的不同部门管理。这也使得站用电系统存在以下的问题：运行维护不方便。现有变电站站用电源分配不同专业人员进行管理。交流系统和直流系统由变电站人员进行运行维护，UPS由自动化人员进行维护，通信电源由通信人员维护，人力资源不能总体调配。通信电源、UPS没有纳入变电站严格的巡检范围，可靠性得不到保障；2）难以实现系统管理。由不同供应商提供的交流系统和直流系统通信规约一般不兼容，难以实现网络化系统管理，自动化程度较低；3）提高系统稳定性、协调性的各种技术方案难以实施。站用电源的低压减载、蓄电池自动核容、节能应用等技术方案，在站用电源整体没有实现网络智能化的基础上难以实施；4）经济性较差。直流系统配置一套蓄电池组，UPS不间断电源系统、通信电源系统各自分别配置独立的蓄电池，浪费严重；5）系统二次接线较多，跨屏二次电缆较多；6）涉及跨子系统联动方案难以实施。

为了解决常规站用电源存在的缺点，提出了站用电源一体化的思路。所谓一体化就是：将站用交流电源、站用直流电源、站用不间断电源和站用通信电源统一设计、生产；通过一体化监控模块将站用电源各子系统通信网络化，实现站用电源信息共享，建立数字化电源软件平台；通过将站用电源所有开关智能模块化，建立数字化电源硬件平台。

1.2实现站用电源一体化实现的具体措施

针对现有站用电源存在的主要问题，我们认为站用电源一体化的实现，可以采用以下的措施，其主要的组成模块和配置如图1所示。

集中布置：一体化站用电源屏在继电器室集中组屏布置，蓄电池组布置于专用蓄电池室内。

一体化监控模块；配置一体化监控模块，用于采集站用电源各子系统信息。模块支持IEC--61850，通过以太网口和站控层网络连接，实现与监控后台通信。

开关智能模块化；采用“开关+传感器+智能电路”的方式实现智能交流进线模块。智能模块集进线开关、ATS开关、电流互感器、智能电路于一体。主要功能包括：电量采集、电源智能切换、与站用变保护配合的接地保护、过负荷保护、遥控、遥调定值、对时、事件记录等。

交流、直流馈线模块。

集开关、电流传感器、智能电路于一体。主要功能包括：开关位置及事故跳闸报警、电流采集、漏电流采集及越限告警、通信、遥控、对时、事件记录等。

共享直流蓄电池组。

共享直流蓄电池组，取消传统UPS电源、通信直流电源的蓄电池和充电设备。UPS电源逆变模块和通信电源DC／DC模块由站用直流电源馈线提供直流电源。

对防雷、联动功能进行统一设计。

由于一体化电源系统集中组屏，各子系统均实现了模块化，可以对整个系统的防雷和子系统间联动进行统一设计。

2.站用电源数字化

2.1站用电源的物理设备划分

站用电源包括了站用交流电源、站用直流电源、站用不间断电源和站用通信电源等多个部分。从物理的角度看，是由多个物理设备组成的。但是，一体化的电源系统采用了一体化的监控模块，各子系统的信息统一由一体化监控模块采集处理，并通过以太网口与站控层网络通信，也就是说，整个电源系统对外只提供一个接口与外界通信。因此，按照IEC61850建模的思想，我们把整个系统视为一个物理设备。

2.2站用电源的逻辑设备划分和逻辑节点

在IEC61850标准中，逻辑设备的划分没有严格的规定，可以将整个系统视为一个逻辑设备，也可以按各个子系统划分为多个逻辑设备。在对站用电源系统进行数字化建模的过程中，最重要的是逻辑节点的建立。站用电源系统重要的逻辑节点包括：开关、电池、互感器、充电装置、逆变装置等。对于开关、电池、互感器这些逻辑节点，在IEC一61850—7—4（兼容的逻辑节点类和数据类）中有明确的规定。而对于充电装置、逆变装置这些逻辑节点，在一7—4中没有定义，可以按照一7—4中对扩充逻辑节点的规定进行定义。

2.3抽象通信服务接口和特定通信服务映射

完成了站用电源系统数据模型的建立，下一步就是按照IEC一61850—7—2（抽象通信服务接口ACSDI）的规定建立模型的抽象通信服务接口。然后，采用IEC一61850—8—1（特定通信服务映射到MMS）的方法，将模型数据映射到站控层网络的MMS[4][5]，实现站用电源系统信息与监控后台的通信。

3.环保、经济效益分析

3.1一体化电源对环保的贡献

变电站模块化建设篇（3）

中图分类号：TM73 文献标识码：A

一、关于数字化变电站技术特征的分析

1 在当下数字化变电站技术应用模块中，影响其稳定发展的因素是非常多的，比如当下的数字化变电站技术、数字化电力测量系统等，通过对变电站的自动化技术体系的健全，更有利于进行智能化应用模块等的优化，保证其在线状态的检测系统的健全，保证其操作的培训仿真技术模块的优化，进行数字化变电站的特征及其技术模块的分析，顺应当下变电站的数字化发展需要。这离不开数字化变电站的技术基础模块及其特征模块的分析。

这也需要进行数字变电站的控制模块的优化，深入到电子式互感器的分析优化模块中，更好的进行数字化设备的应用，这需要进行通信规范的控制，更好的满足现阶段通信的工作需要，实现变电站内部系统体系的健全，实现其内部各个模块的优化，这也需要进行智能化环节、自动化环节等的控制，提升变电站的系统体系的效益，进行自动化、智能化、信息化体系的健全，保证电气设备信息体系的效益提升。这也需要进行资源共享模块及其相关模块的优化，提升操作的方便性。让操作更加的简单。这也也有利于进行变电站的设备退出次数及其时间的控制，实现了损耗的控制，进行了设备使用寿命的提升。更有利于进行自动化设备的数量缩减，进行变电站的二次接线的效益提升。

通过对变电站信息体系的健全，更有利于当下系统效益的提升，不仅有利于资源的重复建设设计，也有利于进行投资成本的控制，提升变电站的使用年限，进行其周期内部的成本维护，更有利于进行建设费用的控制，实现了数字化变电站体系的有效开展，实现了数字化数据采集功能的健全，实现了数据采集的数字化。这是变电站时代、数字化的主要标志。就是通过数字化电气量测工具的应用，比较常见的是电子式互感器、光电互感器等，更有利于进行电气量的采集及其测量，实现了变电站的有效工作。

在当下变电站信息系统工作模块中，进行分层化方案的优化是必要的，这需要进行变电站的自动化系统效益的提升，更有利于提升集中式工作的效益。这就需要进行数字化变电站的分布式工作模块的优化，进行分布分层式系统应用体系的健全。这就需要进行变电站的内部设备信息汲取模块的优化，保证网络通信速度的控制，更有利于进行开发程序的控制。这就需要做好数字化变电站的各个结构模块的优化，进行对象建模模块的优化，更有利于实现其系统的操作控制，满足变电站的电力系统的实时性、可靠性的需要。

在当下工作模块中，进行电子式电压电流互感器的分析是必要的，这需要进行电阻分压、电容分压等的控制，保证其电流电压互感器的控制，更好的满足当下变电站的电子式电流电压互感器的工作需要，实现其先进性方案的优化。可以更加直接的策略电流电压信息。并且通过和数字化的仪表等智能化的综合测量装置，用计算机技术对电流电压等信息的测量，并进行数字化处理使得国家电网中的电气设备可以进行网上在线状态监控与保护。

在当下工作模块中，进行智能化设备的应用是必要的，这需要满足变电站的规范标准需要，进行传统的变电站开关设备的更新，保证其整体智能化水平的提升，保证设备的监控体系的健全，实现其内部各个模块的协调。这需要进行智能化电子信息体系的健全，实现其综合效益的提升。利用数字化接口及智能化电子开关来操作变电站中一系列的高级智能化设备。因此，数字化变电站中的智能化设备是数字化变电站的重要基础设备，可以提供被检测的信号回路及被控制的操作驱动回路。

二、当前我国数字化变电站技术方案的优化

1 为了保证现阶段数字化变电站技术工作的开展，保证电力测量系统体系的健全是必要的，这需要进行电气量测量系统的优化，实现电气量测量系统的健全，保证数字化变电站工作的有效开展，提升电压式系统效益的提升，进行新型的互感器的应用，这也需要进行光学电流电压互感器的控制，这就是应用到无源式互感器来满足当下具体变电站工作的需要，提升其应用效益，而其余的则为电子式电流压互感器或者称为有源式互感器。众所周知，由于线性的双折射现象和发光源器件的发光强度会下降。

2 为了适应当下通信网络的工作需要，进行可靠性及其及时性的控制是必要的。这就需要进行网络信息系统的健全，满足数字化变电站的工作需要，保证其变电站系统的可靠性、稳定性及其可用性，从而满足现阶段工作的需要，保证通信网络系统的健全。计算机通信网络系统的可靠性可以选用拥有较高稳定性及可靠性的网络拓扑结构。并采用国际上的冗余技术保障其安全运行。在数字化变电站的设计过程中，各个IED都应该拥有双网卡，这样，就可以同时分别接入室内两台交换机。

通过对微电子技术体系的健全，更有利于现阶段电力系统的工作需要，保证其标准化常规互感器的应用，保证数字化变电站体系的健全。通过对数字化变电站的技术基础及特征的研究推动传统变电站的数字化进程，使我国数字化变电站的运行更加自动化，管理更加科学化。

结语

现阶段变电站工作的开展，离不开先进性的变电站系统的应用，从而保证其管理的科学化、规范化、先进化。

变电站模块化建设篇（4）

1.引言

过去，电力系统的各个变电站都有人值守，可以对直流设备的运行状态进行定期检查，及时发现并处理其出现的异常现象，保证变电站的安全稳定运行。目前，电力系统推广无人值班变电站，监控中心能通过远动通道获取变电站运行情况的实时信息。直流系统的运行情况得不到监视，而直流系统发生异常及事故，轻者会使保护误跳、拒跳，重者会损坏设备、人员伤亡，甚至会造成电网重大事故。因此，直流系统信息量的及时上传便成为电力系统不可缺少的部分。

根据有关自动化设计技术规程中关于无人值班变电站直流信息量的传输要求，必须传输的遥测量有合母电压、控母电压、交流输入电压、浮充电流；遥信量有电压过高、电压过低、绝缘降低、直流接地、装置异常。可见，所要传输的信息量不大，可利用现有的通讯设备，在增加少量采集设备的情况下实现直流信息量的上传，既不用增加投资，又可实现监控中心监视各变电站直流系统的目的。这样，维护人员不但可以在监控中心对直流没备进行远方监视，还可以及时发现设备运行的不正常状态，及时处理，而不等其发展演变成事故。所以，直流信息量上传的实现，可节省人力、物力，提高工作效率。

2.规约选择

电网数据采集与监控系统多采用循环式远动规约，即中华人民共和国电力行业标准DLT451 91循环式远动规约（标准CDT规约），将直流系统上传自动化系统的通讯规约也采用标准CDT规约，则通讯问题得到解决。

3.通道选择

目前，变电站上送监控中心的各种信息，如遥测、遥信、遥控、遥调、主要设备状态和报警信息等，都是通过远动通道传输的.这些信息对实时性的要求很高，设计通道时比较宽敞，直流系统的数据信息量少。发送时占用通道时间短，与自动化系统的联接比较简单，所以可以用它作为直流监控系统的信息通道，将直流系统的遥测、遥信及时的送到监控中心。

4.系统组成

监控中心主站通过自动化系统的后台监控机、服务器、前置系统与远动通道相连。变电站直流监控系统通过通讯管理机与远动通道相连。双方通过远动通道建立通信链路，这样，监控中心主站可以通过这个通道链路，采取各站监控器的信息，及时的把每日、每站定时运行数据和异常情况信息上报中心。

系统包括两部分：变电站端为前置机系统，负责设备数据的采集、运行状态的控制和信息的上送；调度中心为后台机系统，是基于PC机上运行的，它负责接收所有变电站的运行数据以及对数据进行处理和分析。两者之间的数据通信依靠远动通道建立，监控中心和监控器是一对多系统。

5.监控装置原理

5.1 监控装置原理

监控装置是安装在各变电站的l套装置，它采集各直流设备的运行状态信息，对其进行控制，把各数据信息上送监控中心。

监控装置是以单片机为核心的工业控制器，其I/O端口作输入和输出使用，它可直接从直流设备上采得测量值、状态量以及蓄电池绝缘状态等信息量显示于液晶屏上，也可以对直流设备进行控制和调节，如充电机的开关动作、均充浮充改变、均浮充电压的改变以及馈线的合断等。另一方面，微机控制器通过RS232把四遥信号上送到通讯管理机，通讯管理机把所有直流设备的运行信息通过远动通道送到运行监护人员所在的监控中心。

5.2 监控装置软件

监控装置软件由通信模块、数据收发模块、I/O模块和数据处理模块组成。通信模块的作用是为数据的传输作好通信的准备。软件设备是定时上传信息，这使得本系统可以定时的将各种信息上传到调度中心。数据收发模块主要负责通信链路建立后的数据收发事务。发送的数据包括各直流设备实时运行信息，本监控器存贮的24 h内固定时问历史数据，24h内所有报警信息。

I/O模块功能包括提供监控装置的人机输入界面。监控装置对各直流设备量的采集以及对其进行的控制。

数据处理模块是监控装置的核心模块，它主要是把I/O模块取得的数据进行处理，根据设定的时间间隔把每日的数据存入库中，以待数据收发模块上送监控中心，这些数据是不停的在更新。

6.监控中心设计

监控中心是利用现有的自动化系统后台机，其上运行调度中心自动化系统后台软件。监控中心软件主要包括通信模块、数据库形成模块、主控模块以及报表打印模块。

通信模块的作用和监控装置的通信模块功能相同，作用为与各个变电站建立通信链路，接收其上传的信息。此模块用Visual Basic 5.0开发，它仅仅根据通信的要求，建立通信的链路即可。

数据处理模块的作用：一是形成各站的直流设备的信息库；二是把每日采集来的各站的日数据整理入库.形成所有变电站直流设备的历史数据库。用户以根据实际情况，灵活地建立各个变电站及站内所有直流设备的数据库，灵活地维护所有站内信息，维护后此系统自动存库，灵活性强并且操作简单方便。此外，各变电站监控器每日定时把日数据上送监控中心，后者在接收后根据各站名存人各自数据库中，形成历史库，供报表打印系统查询时使用。

主控软件提供人机界面，是基于Windows 2000操作系统的操作界面，用鼠标和键盘对屏幕上的图形进行操作。只要用鼠标点取设备元件所对应的图元，就可以查询此设备。也可以用键盘输入设备的参数达到对没备运行参数远方了解的目的。维护人员对运行站内没备的查询和控制可以通过鼠标和键盘实现。当通信模块建立通信链路后，它可以打开远方送来的数据信息，显示在屏幕上，并把这些数据交数据处理模块处理，它是本系统的核心。报表打印模块根据工作的需要，对数据处理模块保存的历史数据库进行查询，制作日报表、月报表和其它报表以及作出相应的数据曲线，供分析和查询使用。

7.结束语

通过上述功能，在少增加设备的情况下，设备维护人员就可以在监控中心对各变电站直流设备运行状态进行远方监视，免去了对各个变电站的现场定检，特别是在直流设备发生运行异常时，运行维护人员能及时收到报警信号，及时处理。直流信息量的上传，减少了工作量，提高了工作效率，达到减员增效的目的。

参考文献

变电站模块化建设篇（5）

1 引言

为集成应用新技术、 深化标准化建设；适应“大运行”、“大检修” 要求；提高智能变电站建设效率；全面提高电网建设能力。国网公司2013年决定继续选取部分110kV～500kV变电站作为第二批配送式变电站试点。110kV慈云变电站作为第二批试点工程，于2014年2月开工建设，2014年9月竣工投产。结合工程特点，总结配送式变电站设计中关键二次技术要点。

2 标准配送式变电站技术特点

配送式变电站遵循“安全性、适用性、通用性、经济性”协调统一原则，实现安全可靠、技术先进、节约环保、节地节资。

概括为“标准化设计、工厂化加工、装配式建设”。

（1）标准化设计

应用通用设计、 通用设备。 一次设备与二次设备、 二次设备间采用标准化连接， 实现二次接线“即插即用”。支撑“大运行、大检修”，实现信息统一采集、 综合分析、智能报警、按需传送。实现顺序控制等高级应用功能模块化、标准化、定制化。

（2）工厂化加工

建、 构筑物主要构件，采用工厂预制结构型式。保护、 通信、 监控等二次设备， 按电气功能单元采用“预制舱式组合二次设备”。一、 二次集成设备最大程度实现工厂内规模生产、 集成调试。

（3）装配式建设

建、构筑物采用装配式结构， 减少现场“湿作业”， 实现环保施工，提高施工效率。采用通用设备基础，统一基础尺寸， 采用标准化定型钢模浇制混凝土， 提高工艺水平。推进现场机械化施工，减少劳动力投入， 降低现场安全风险，提高工程质量。

3 二次设备布置及预制式组合二次设备舱

（1）二次设备布置

全站仅设置1面Ⅲ型预制式二次组合设备舱，放于配电装置区，取消二次设备室。交直流一体化电源布置于10kV开关室内，一体化电源模块柜主要包括2个模块： 1组蓄电池+直流馈线柜+直流充电柜；交流进线+分段柜。一体化生产、调试，整体运输，减少现场拼柜及柜间布线调试时间。智能终端合并单元一体化装置安装于预制式智能控制柜内，在厂内安装调试后配送至变电站。

（2）预制式组合二次设备舱

舱体尺寸12200×2800×3133mm（长×宽×高），保护测控装置屏柜尺寸统一为2260×600×600mm（高×深×宽），服务器柜尺寸统一为2260×900×600mm（高×深×宽），为增加舱内屏柜数量，预制舱采用“前接线前显示”二次装置，屏柜双列布置。

舱内二次设备按照功能分为站控层设备模块、间隔层设备模块、通信设备模块。预制舱内二次组合设备，含消防、通风、照明等附属设施均在工厂内规模生产、集成调试、模块化配送，实现二次接线“即插即用”，有效减少现场安装、接线、调试工作，提高建设质量、效率。

4 二次设备前接线技术

（1）保护、测控装置“笔记本式”前接线方案

在保持现有装置硬件结构基本不变的情况下，保留操作显示面板，面板和装置插箱一体，显示面板的一侧和插箱面板通过铰链相连。正常工作时，显示屏遮挡住插箱内部的端子接线、连接器、板卡等；操作显示屏时，只需要打开屏柜门。前接线示意图如图4-1所示。此方案对现有装置硬件结构改动量小，同时可满足施工、运行使用需求。但设计中要注意面板电源供电可靠性及电磁干扰问题，目前主要设备厂家均已解决干扰问题。

图4-1 “笔记本式”前接线装置效果图

（2）电源模块 “热插拔式”前接线方案

交直流监控装置、绝缘监测装置本身采用插件式安装，所有的插件板均可独立的从装置中抽出，可将原装置旋转180°，使接线端子朝向屏前方，液晶显示面板可与上述保护、测控装置类似前置布置。

整流模块、DC/DC变换器、UPS电源模块采用的多个模块组合设计，模块本身是热插拔设计，无需改为前接线即可方便安装和检修。

其他元件包括开关信号采集模块、开关遥控控制模块、蓄电池巡检模块、辅助电源模块和继电器装置等。这些元件本身不带显示面板，实现前接线方式非常方便。

5 预制电缆及光缆

慈云变110kV及主变一次设备至智能控制柜间电缆使用预制航空插头，实现二次标准接口。预制电缆采用圆形高密度航空插头，体积小，密度高，单端预制。

户外预制光缆与舱内装置连接方案采用光纤集中接口柜+舱内尾缆方案，舱间长光缆统一采用4、8、16、24芯，双端预制；舱内尾缆由厂家连接后连同二次设备舱整体配送。

6、信息一体化及高级应用

站内信息内容应规范化及标准化，采集采取统一命名格式，实现信息分类展示。

本站高级应用功能由站控层设备集成实现，主要的功能有顺序控制、智能告警及分析决策、事故信息综合分析辅助决策、支撑经济运行与优化控制、源端维护等功能。■

参考文献

[1]高美金，傅旭华. 标准配送式变电站的特点与建设[J].浙江电力，2014（03）.

变电站模块化建设篇（6）

一、概述

数字化变电站是由智能化一次设备和网络化二次设备分层构建，建立在IEC61850通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。数字化变电站就是使变电站的所有信息采集、传输、处理、输出过程由过去的模拟信息全部转换为数字信息，并建立与之相适应的通信网络和系统。IEC61850标准体系作为变电站自动化系统电力信息传输的标准，它规范了变电站自动化系统与电力二次智能设备及智能一次设备之间，以及IED设备之间交换的电力信息的模型和通讯应用程序接口。在统一标准下，不同厂家的设备可以方便的实现数据共享和互操作。

客户端在站控层中设备中实现IEC61850-8-1规定的具体通讯服务映射SCSM，完成IEC-61850客户端和服务器端的服务交互过程，不仅可以用于后台系统的数据传输，还可以用于工程师站、远动站、继保站的数据传输和实现。

二、开发思路

基于SISCO公司软件产品包MMS-LITE之上实现，充分复用MMS EaseLite中的数据结构和函数功能模块，对象空间结构采用MMS对象空间结构，软件的跨平台和模块化实现，有利于功能的裁减和扩展。根据软件设置既可以实现客户端功能，又可以实现服务器端功能，还可以同时实现客户端功能和服务器端功能。IEC61850客户端软件总体实现框图如图1。

三、软件实现

（一）客户端应用程序总流程设计（如图2）

（二）模块设计

1.程序环境管理模块

提供程序环境初始化和终止化处理接口及接收网络数据接口。包含以下函数：

（1）环境初始化函数

完成程序运行所必须的初始化步骤：多线程环境的初始化、时钟初始化，全局变量初始化、内存管理初始化、调试log初始化以及网络初始化

（2）环境终止化函数

完成运行环境终止化，释放初始化及程序运行过程中占用的资源

（3）接收服务函数

完成接收服务返回结果，调用相应服务的回调函数；接收并处理服务器上送的报告；也可接收处理其他客户端的请求。

2.客户端站点管理模块

提供站点初始化、站点状态处理及其他操作接口。站点状态的处理包括IED相关信息，对象空间的创建状态，站点数据的刷新状态以及数据刷新次数等数据。包括的处理函数如下：

（1）站点初始化函数，初始化所有站点管理数据结构，并通过文件进行类型ID、对象空间、对象ID的创建。

（2）站点终止化函数，终止化站点管理，释放所有站点管理数据结构。

（3）客户端状态处理接口，客户端状态处理函数接口，检查连接状态、对象空间创建状态、数据刷新状态并进行请求队列的处理。

（4）站点结构各属性值读写接口，站点结构各属性值的读写接口，通过这些接口访问各属性值，在接口内加同步处理，防止多线程的情况下读写出错。

3.SCD文件解析模块

根据SCD文件的内容，模块的数据结构中包括IED设备个数，数据模板节点，节点链表等。模块中的基本处理函数包括解析函数（解析其中的Communication、IED、DataTypeTemplates三部分）和释放结构空间的函数。

4.对象管理模块

完成对对象空间的各种操作，包括增加和查找逻辑设备，增加逻辑节点，创建、查找和删除数据集，以及释放对象空间等功能。

5.读服务处理模块

读服务信息结构应包括命名变量ID数组、命名变量个数（如果是数据集，那么该变量则是数据集的数据成员个数）、用户回调函数指针。

6.写服务处理模块

写服务信息结构包括命名变量的值信息结构指针、命名变量总数、用户回调函数指针。包括以下的处理函数：

（1）写服务函数，写服务请求构造、并加入待发送请求队列。

（2）释放信息结构函数，释放结构成员所占资源。

7.本地目录接口模块

提供本地对象空间目录查询接口，通过这些接口，应用层可很方便的得到整个对象空间的结构信息。

8.报告服务模块

处理报告控制块实例的使能和读写以及服务器端上送报告的处理。包括的函数接口如下：

使能报告函数；

报告回调函数；

9.文件服务模块

用来处理IEC61850服务器端和客户端之间文件传输，包括以下的函数接口：

（1）读文件函数，从服务器读取一个文件存到本地。

（2）写文件函数，将本地的一个文件写到服务器中。

（3）删除文件函数，删除文件请求。

10.控制服务模块

在IEC61850标准里，控制分为常规安全直接控制，增强安全直接控制，常规安全选择控制，增强安全选择控制，客户端可以控制和外部设备、控制输出或其它内部功能有关的DATA。控制模型提供服务对带功能约束FC（=CO或SP）的DataAttribute的DATA进行操作这些数据包括：可控的单点（SPC），可控的双点（DPC），可控的整数状态（ISC），二进被控步位置信息（BSC），整数被控步位置信息（IST），模拟设点（APC）。客户端软件实现了如下服务：Select（Sel选择）/SelectWithValue（SelVal带值选择）；Cancel（取消）；Operate（Oper操作）/TimeActivatedOperate（TimOper时间激活操作）；CommandTermination（CmdTerm命令终止）。

11.定值服务模块

客户端定值首先定义基本的acsi服务，然后封装出两个应用扩展接口。基本acsi接口有：选择激活定值区、选择编辑定值区、读定值、写定值、确认编辑定值、读定值控制块。

读写定值即是普通的读写服务，不用再实现，为应用方便，我们提供两个扩展的读写定值的接口：

读定值组，支持读某个定值区的所有定值，可以是当前激活区也可以是非激活区，且支持一次性读完某个逻辑设备下所有定值。可通过配置选择一次下发读一个定值的请求或一次下发整个逻辑设备下所有定值的请求。

写定值组，支持一次写多个定值，可写当前区（这个需要服务器端支持，根据61850定值组状态机，当前激活区的定值是不能写的）。实现时也是通过配置分两种情况：一次写一个定值，循环写直到写完，或一次就下发多个定值的写服务。

12.日志服务模块

用来实现多种日志信息的输出，包括以下的函数接口：

（1）日志输出函数，用户自定义日志输出接口，产生日志时会调用此接口输出日。

（2）按条目读日志函数，发送一个按条目读日志服务请求。

（3）按时间读日志函数，发送一个按时间读日志服务请求。

（4）按时间读日志请求构造函数，按时间读日志服务请求构造、并加入待发送请求队列。

（5）按条目读日志请求构造函数，按条目读日志服务请求构造、并加入待发送请求队列。

变电站模块化建设篇（7）

活性石灰生产线控制系统网络在功能上可分为三层结构：低层是基础自动化级；中间层是过程控制级；上层是操作控制级。(1)基础自动化级将最基本的工业电器元器件(断路器、接触器、继电器、驱动器、各类传感器及热工仪表)通过硬接线或现场总线的方式，接入PCS7控制系统的PLC现场远程站，完成最基本的数据采集和最基础的控制功能。(2)过程控制级采用冗余的PROFIBUS网络。网络配置选用带有带电热插拔特性的SIMATICET200M分布式输入、输出控制站，允许控制站中的信号模块在系统运行的情况下带电插拔，而无需停止系统，大大提高了系统的可靠性[1]。过程控制级把各个PCS7控制系统的PLC现场远程站的数据适时传给PCS7控制系统的PLC主站。(2)操作控制级在网络配置上，采用符合TCP/IP协议的10/100M自适应工业以太网，利用4台网络交换机组建成的工业以太网环网，将过程PLC主站、工程师站及操作员站等连接，形成完整控制环形网络系统，以完成集中监视和操作管理的目的[2]。控制系统的网络结构如图1所示。采用带有冗余配置的网络结构，可方便、适时且灵活地实现工程设备的状态监控，保证了控制系统运行的稳定性、可靠性、柔性化及精细化的要求，并且其开放性和兼容性为接入第三方设备提供了良好的接口[3]。

2控制系统硬件的分布及功能

根据活性石灰生产工艺流程划分及现场设备布置，活性石灰生产线控制系统设置3个控制室MCC(MotorControlCenter)。(1)MCC1它位于窑尾废气处理车间，是控制窑尾废气处理系统、预热器喂料推杆系统以及石灰石输送储存系统的电气设备。控制对象包括预热器、液压站、电收尘器、高温风机及石灰石喂料系统等窑尾设备。配置多个西门子ET200M远程站，每个远程站均配置冗余153通信模板，通过冗余的Profibus-DP网络连接到MCC2的PLC主站，完成MCC1车间各电气设备的信号采集与传递。其中窑尾废气处理系统和预热器送料推杆系统的远程站连接到石灰烧成主站的冗余的Profibus-DP网络；石灰石输送储存系统的远程站连接到成品输送及储存系统PLC主站的冗余Profibus-DP网络[4]。(2)MCC2控制室位于窑头配电室，整个系统包括石灰烧成PLC主站和成品输送及储存系统PLC主站2个PLC主站机柜，它们各自包括2台冗余的可控制器CPU417-4H、工业交换机以及烧成和成品输送系统的远程I/O站，完成烧成车间和成品输送车间各设备的信号采集、整条活性石灰回转窑焙烧生产线的过程数据处理及设备控制等功能。(3)MCC3控制室位于煤气加压站，对站内煤气加压机及管道阀门进行控制。配置有3个西门子ET200M远程站，每个远程站均配置冗余153通信模板，通过冗余的Profibus-DP网络连接到MCC2的石灰烧成主站的Profibus-DP网络，完成煤气加压站各电气设备的信号采集与传递。

3控制系统组态及编程

系统选用西门子PCS7软件，它是西门子PLC编程软件STEP7同上位机画面编辑软件WINCC的融合。PCS7的控制系统软件设计主要包括硬件及网络的组态、PLC编程和上位机编程3部分。硬件及网络的组态包括AS站(PLC站)组态，工程师ES站(PC站)和操作员OS(PC站)站组态；PLC编程部分分为线性化编程、模块化编程和结构化编程3种编程方式，而该设计采用以结构化编程为主，三者相辅相承的PLC编程方法；上位机部分包括HMI人机界面的组态及其与通信驱动的组态。

3.1网络组态

3.1.1AS站的组态AS站的组态是PLC的硬件组态，即在PLC软件窗口中，将机架、模块、分布式DP机架、各种接口模块、功能模块及通信模块等，按照PLC柜的实际设计机架种类、数量和顺序进行排列，插入同样的模块组态。排列过程中STEP7软件自动给每个模块分配地址[5]。同时为本地组态中和网络中的可编程模块设置属性，为主站系统(PROFIBUS)的总线参数、主站与从站参数等进行设置，或对组件之间的数据交换进行设置。其硬件组态如图2所示。Kiln1为烧成系统主站的硬件结构，LimeandStone为原料及成品系统主站的硬件结构，分别控制活性石灰回转窑烧成系统和原料及成品系统的各个设备，两者通过以太网同上位机数据交换的同时，也进行相互之间的数据交换。3.1.2ES站、OS站的组态操作员站OS和工程师站ES的系统结构有单站结构和客户机、服务器结构2种结构形式。根据具体情况，该项目采用单站结构。单站常用于小型系统，该系统规模不大，由1台或数台单站组成，单站之间是对等结构，各个单站平行运行，每台单站都单独地从PLC站采集数据，完成对整个生产线各设备的监控，对生产线的重要数据变量归档，并对出现的错误和故障提供报警。其中有1台单站用作工程师站，另外2台单站用作操作员站。(1)ES单站的组态在系统中创建一个PC站做为工程师站，选择SIMATICManager管理器中刚创建的单站，保持PCStation名称与实际计算机名一致，把通信接口设置为PCInternal。在对应的ST1站的硬件组态HWConfig界面的2号槽位添加WinCCApplication；在硬件组态HWConfig界面的3号槽位插入CP1613网卡；给网卡设置地址等必要的属性，新建一个以太网，将网卡连接到该以太网上，编译下载网络组态。上述配置结束后，把ST1站的硬件组态下载到PCStation中。(2)OS单站的组态该项目3个单站功能和操作员界面完全相同。以ST1站为模板创建一个副本，其它单站只需要组态硬件配置和网络配置，无需对每个单站的PCS7上位机画面都进行组态。3.1.3网络连接的组态在PCS7的SIMATICManager中，打开aglg_pro项目，点击网络组态图标，进入网络组态界面NetPro。已经组态的3个ST1、ST2、ST3PC单站和Kiln1主站、LimeandStone主站已经连接入以太网(1)。选中Kiln1主站组态中的CPU，分别建立Kiln1主站到3个ST1、ST2、ST3的PC单站的连接，连接对象为WinCCApplication和WinCCApplicationRef，连接类型为S7connection。同样建立LimeandStone主站到ST1、ST2、ST3这3个PC单站的连接。然后分别选中Kiln1和LimeandStone2个AS主站以及3个ST1、ST2、ST3的OS站，对Kiln1和LimeandStone2个AS站进行STEP-7程序编程和程序下载，并对ST1站进行HMI监控画面组态。ST1站的HMI监控画面组态在本地运行无误后，只要把它下载到ST2和ST3单站运行即可，而不用再对ST2和ST3单站进行HMI监控画面组态。下载成功后，HMI监控画面同样也可以在ST2和ST3单站的计算机上运行。

3.2基于PCS7的PLC软件编程

3.2.1PLC软件编程采用梯形图和功能图2种语言编写程序，既具有直观可读性，又兼具逻辑严密性；编程方法包括线性化编程、模块化编程及结构化编程。由于设备数量和种类较多，各部分的工艺复杂性各不相同，工艺系统符合线性顺序控制的要求，同时大量设备的控制又有雷同性，如电动机和阀门。采用模块化及结构化编程可让程序变得标准、简洁，节省了大量编程工作量，使程序易于修改和调试。因此，该项目采取线性化、模块化及结构化相结合的编程方法[6]。3.2.2建立符号表对较大的项目而言，建立系统完整的样式符号表是必不可少的，符号编程可以大大地提高程序的可读性。编程时首先要在符号表中定义PLC的变量符号，符号表中的符号名必须确保是唯一的。3.2.3建立数据块项目程序运行需要大量数据和变量，需建立相应的数据块：①起始地址存储在DI寄存器中的背景数据块；②起始地址存储在DB寄存器中的共享数据块。共享数据块DB是可由任何FB、FC或OB读写数据的数据块[7]；背景数据块的结构是由与它相关联的功能块的变量声明来定义的。要建立背景数据块要先打开相关的功能块(FB)，然后编辑功能块的变量声明，最后再次创建背景数据块；一个功能块(FB)都对应有只少一个背景数据块；一个功能块(FB)也可有多个背景数据块；背景数据块的数据结构形式有基本数据类型和复式数据类型两种类型。该项目构建了许多背景数据块和共享数据块来支持项目数据的贮存和调用。3.2.4建立功能块功能块(FB)和功能(FC)都属于个人编程块，每个功能块(FB)由变量声明表及程序两个主要部分组成。变量声明表和声明功能块的局部数据，程序使用变量声明表中的局部数据。调用功能块时，把此功能块需要的外部数据或变量赋值给功能块(FB)。功能块的变量表类型包括输入参数In、输出参数Out、I/O参数In_Out、静态变量Stat、状态变量Temp5种类型。在变量声明表中，需要明确局部数据的类型，按照活性石灰回转窑焙烧生产线的要求，对设备控制特点进行详细分析，并对整个生产线控制程序结构进行全面的规划设计，建立以下用户功能块：(1)FB11(TAGACC)煤气、一次风及二次风流量累加计算功能块；(2)FB13(码盘测速)斗式提升机、带式输送机断轴及打滑失速监测功能块；(3)FB41(CONT_C)PID调节控制功能块；(4)FB100(StandardMotorControl)标准电动机控制功能块；(5)FB101(GRP_SRT_STP)带软启动器电动机控制功能块；(6)FB102(MOTORZS)设备成组顺序启动控制功能块；(7)FC105(SCALE)模拟量输入整数转换为工程值功能；(8)FC106(UNSCALE)实数工程值转换为输出模拟量功能；(9)FC33(S5TI_TIM)S5时间格式到IEC时间格式转换功能。以系统应用最多的标准电动机控制功能块FB100为例进行设计，电气控制原理如图3所示。普通电动机的控制方式分为现场单动、中控单动及中控自动3种方式。现场单动主要为现场检修和调试设备时使用；中控单动操作方式实现操作室对设备的远程中央单动控制，中控单动操作时除了满足设备本身安全联锁外，还要考虑工艺联锁；中控自动操作方式实现系统设备成组按工艺编程顺序启动，中控自动联动运行时，自动执行编程时加上的设备本身安全联锁和必须的工艺联锁。设计标准电动机控制功能块FB100时，只考虑中控操作的方式，逻辑编写功能块FB100子程序流程如图4所示。编程调用FB100时，同时调用电动机的共享数据块DB207，并把来自MCC柜的电动机的允许中控启动信号(I1.4)、故障信号(I1.5)、运行信号(I1.6)和到MCC柜的驱动信号(Q0.3)以及工艺联锁信号(M101.0)及外部逻辑停机信号(M90.0和M90.1)与功能块连接。程序运行时，功能块FB100即可按流程算法控制电动机的工作。3.2.5程序设计活性石灰回转窑焙烧生产线PLC程序的主体由Kiln1和LimeandStone2个主站程序组成，2个主站分别编制许多子程序，来完成整条生产线各分系统的控制。(1)Kiln1主站的子程序及其控制功能“PREHEATER”FC1预热器下料推杆控制子程序“KILNEND”FC2窑尾废气处理控制子程序“KILNMAIN”FC3回转窑主体控制子程序“BUNER”FC4燃烧系统控制子程序“MAINMOTORANDFN304”FC6窑主电机和二次风机变频器控制子程序这些子程序统一由Kiln1主站OB1组织块调用。(2)LimeandStone主站的子程序及其控制功能“LIME_STORAGE”FC1活性石灰筛分与贮存控制子程序“Feed_End_LIMESTONE”FC2窑尾石灰石上料控制子程序“DISCHARGE”FC3活性石灰出料控制子程序“GAS_STATION”FC4煤气加压站系统控制子程序“MAIN_FAN_MOTOR”FC6煤气加压鼓风机变频器控制子程序“PID”FC9煤气恒压和恒热值PID调节控制子程序这些程序统一由LimeandStone主站OB1组织块调用。

3.3基于PCS7的人机界面组态编程

3.3.1变量编译PCS7中WinCC的变量由外部变量、内部变量、系统变量及脚本变量组成。人机界面监控功能通过外部变量的连接实现，在组态WinCC项目时，外部变量是由通信驱动程序创立过程连接的变量，也叫过程变量。安装WinCC时已经安装了AS-OSEngineering的组件，并且已经进行了Kiln1和LimeandStone2个AS主站以及ST1、ST2、ST3这3个OS站的硬件及通信组态工作，在STEP7的PC站组态中，可以使用“WinCCApplication”，实现WinCC项目与STEP7项目集成；通过数据编译，把在STEP7项目中建立的过程变量直接编译到WinCC项目中，省去了在WinCC变量编辑器中去一一输入变量的繁重的工作。3.3.2基于PCS7的WinCC监控界面组态根据工艺要求和控制系统的设计规化，在WinCC画面编辑器下组态监控界面。编辑监控界面时，外部的图形、照片及WinCC系统自带的图库均可调入WinCC画面编辑器，进行监控界面编制。回转窑本体监控界面如图5所示，控制系统主要对预热器到出料输送带之间的各种工艺设备和工艺参数进行监控，同时还包括以下监控画面：(1)预热器推杆界面监控从预热器推杆及其液压站的各种参数，完成原料预热和控制喂料量的操作；(2)尾废气处理界面监控从废气排风烟囱到预热器之间的各种设备和参数，完成控制环保指标、抑制污染的操作；(3)燃烧系统界面监控煤气管道及烧嘴之间的各种设备和参数，完成控制燃气用量和燃烧工艺的操作；(4)原料上料界面监控原料输送和筛分贮存工艺状态的操作；(5)成品储存系统界面监控成品筛分贮存和输送工艺状态的操作；(6)煤气加压站界面监控煤气加压站的各种设备和参数，达到控制燃气压力达到恒压，并用模糊PID算法控制燃烧热值的操作。3.3.3WinCC画面的图形元素进行变量连接首先根据需要对各监控界面的图形元素进行属性设置，然后把属性、显示值、控制值与WinCC变量进行连接，此时WinCC即可运行，进行基本的监控工作了。3.3.4过程值的归档、报警及趋势组态[8]WinCC利用MicrosoftSQLServer2003数据库管理平台创建过程值档案数据库，对重要的过程值进行储存和统计分析，并对重要变量和过程值建立报警记录，以便于操作员查找故障。根据工艺和控制系统的需要，有选择地给已经归档的过程值建立在线趋势图，以便于观察设备运行情况，分析产品的稳定性和查找故障；打开变量记录，对过程值进行TagLoggingFast和TagLoggingSlow长周期或短周期归档设计；同样打开报警记录，对报警记录消息进行组态；打开WinCC界面编辑器，添加WinCCOnlineTrendControl控件，组态在线趋势界面。对于活性石灰回转窑焙烧生产线的HMI人机界面来说，以上工作都是必要环节。

变电站模块化建设篇（8）

中图分类号：TN915.5 文献标识码：A

一、智能变电站

随着社会的进步，城市的发展，智能电网作为城市智能化发展的客观需求，是城市发展的重要能源保障和先行者，也是城市智能化建设的一项重要内容，是城市智能化进程的必然选择。

智能变电站是指采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化，通信平台网络化，信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和检测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。其主要内容包括新建智能变电站，变电站智能化改造，变电站在线监控、变电站运行维护集约化等。

二、智能变电站的自动化系统

智能变电站自动化系统可以划分为站控层、间隔层和过程层三层。

（1）站控层包含自动化站级监视控制系统，站域控制、通信系统、对时系统等子系统，实现面向全站设备的监视、控制、告警及信息交互功能，完成数据采集和监视控制（SCADA）操作闭锁以及同步相量采集，电能量采集，保护信息管理等相关功能。

（2）间隔层设备一般指继电保护装置，系统测控装置、检测功能组的主智能电子设备（IED）第二次设备，实现使用一个间隔的数据并且作用于该间隔一次设备的功能。

（3）过程层包括变压器，断路器、隔离开关、电流/电压互感器等一次设备及其所属的智能组件一级独立的智能电子设备。

三、智能化变电站综合集成化智能装置及其功能结构

数字化变电站在运用集成技术之后，全站范围内的数据交互通过光纤以太网实现。变电站层与间隔层之间现场距离长，数据交换量大，实时性要求高，需要与外部电网互联互通。而间隔层与过程层之间数据交换，不同间隔之间的数据交换，都是局限于变电站内，数据交换多是点对点，瞬时性的。若所有的间隔层设备与过程层设备之间的联系完全依赖于光纤网络，一旦光纤网络出现故障或受到干扰，间隔层与过程层之间的联系将非常不可靠，全站的所有自动化功能都可能因此受到影响而不能正常工作。

为了进一步减少变电站内元件(节点)数量，降低间隔层自动化功能对光纤网络的依赖性，将间隔层与过程层之间的联系从对光纤网络的依赖中解放，同时也为了进一步简化变电站的结构，本文提出了一种将变电站内过程层与间隔层一二次设备进行一体化、智能化综合集成的构想，并以此提出智能化变电站的架构体系。通过分析，认为该综合集成构想以及智能化变电站架构体系的实现，具有先进性，能够满足未来智能电网发展的要求。

变电站一、二次设备的一体化、智能化集成，指除了过程层的测量与控制执行等功能外，将目前变电站结构中间隔层的保护、控制、监视等功能也综合集成到过程高压设备现场，由就地安装的综合集成化智能装置(Compositive Integrated Intelligent Device，CIID)一方面直接作用于一次设备，另一方面通过标准化的接日并入全站唯一的光纤总线，进行各CIID之间，及CIID与变电站层的功能之间的信息共享与优化协作。

智能化现场测控装置(模块)接受全网统一的同步时钟信号，实现对一次设备的模拟量、开关量与状态量的同步采集，按照全网统一的标准(如IEC61850)处理，为测得数据统一打上同步时间标签；也接受运行控制模块、继电保护模块等的控制命令，实现对一次设备操作的控制与执行。继电保护模块在所有的模块中享有最高优先级，可以直接从智能化现场测控装置获取所需信息，以最短的时间做出反应，并且在任何情况下其保护功能都不被闭锁，同时还可通过标准化接口与其它一次设备的CIID的保护功能交互、配合。统一数据存储模块是CIID的木地信息数据库，测量得到的所有的标准化模拟量、开关量与状态量信息都在此存储，提供给其它功能模块，并可按照时间轴、属性轴等对信息数据进行初步的归类与管理。同时，也可以记录并存储各个层次、各个模块所有的面向对应一次设备进行操控的命令，以备查询。运行控制模块从统一数据存储模块获取木地设备的状态信息，也可接受来自变电站层的指令或利用其它CIID的信息综合判断，实现对一次设备的自动控制、紧急控制，故障录波与事件记录，非正常状态与故障状态的恢复等功能。诊断监视模块实现对设备的状态监视和诊断。软件管理模块可以对所有的功能模块软件进行管理、更改和升级。CIID的硬件配置要求满足所有自动化功能所需，并考虑冗余度。今后对CIID功能的增加或提升，只需通过软件升级实现。

CIID内各个模块之间通过总线结构实现交互。对外经由通信模块，通过标准化的接口与变电站层和其它的CIID通讯交互。通信管理模块在综合集成化智能装置中处于“咽喉”的地位。装置内的各个功能模块，需要与其它CIID的功能模块进行交互和协作，也需要向变电站层报告信息，并接受变电站层的指令。通信管理模块需要对所有的功能模块的所有信息进行有效的组织和管理，以保证信息交互的可靠与高效。流经标准化接口的信息包括由变电站层向综合集成化智能装置的查询命令、控制指令、调用指令等，包括由CIID向变电站层的实时运行信息(包括模拟量、状态量、开关量等)、故障录波、事件报告等，以及各CIID间的互锁和调用信息。智能化测控装置是变电站基础信息的根本来源，通过综合集成化智能装置的标准化接口接入站内光纤以太网，可以构成全站乃至全网范围的标准化基础信息平台。

需要说明的是，上述功能模块不是将各自动化系统装置在安装位置上进行简单的捆绑和叠加，而是在将所有自动化功能进行全面综合考虑后的升级优化。优化的目标是:功能齐全、硬件冗余、实现功能的流程最简化和最有效化。

四、综合集成的智能化变电站的架构

综合集成的智能化变电站的架构，其结构和功能总体上分为两层，即智能设备层和变电站层。智能设备层主要由综合集成化智能装置(CIID)和高压一次设备构成，二者之间通过非常规电流互感器、非常规电压互感器以及各类传感器建立直接联系。除了高压开关设备之外，智能化变电站中的一次设备多了分布式电源接口和柔流输电装置(FACTS装置)。由于CIID内综合集成了各个变电站自动化系统的功能模块，因此可以实现并完成IEC61850标准提出的变电站分层结构中的过程层和间隔层的功能。可以认为智能设备层是对过程层和间隔层的集成。智能化变电站的变电站层的功能主要包括各个CIID在站级的管理和协调应用，站级的一体化数据管理以及与远方调度控制中心和其它智能化变电站的信息交互、协调控制的管理等。当多个智能化变电站实现标准化的互联时，即可构成支撑智能电网的重要节点。

在该架构中, 变电站中每个控制和监视设备都需要从过程输入数据, 然后输出控制命令到过程。而CIID是核心, 它将控制、保护、测量等功能集成在这个通用的平台上, 通过通用的硬件和软件采集各功能需要的数据和状态量, 实现数据共享。CIID 主要有以下几个模块:

（1） 智能化现场测控模块, 它接受全网统一的同步时钟信号, 实现对一次设备的模拟量、开关量与状态量的同步采集, 也接受运行控制模块、继电保护模块等的控制命令, 实现对一次设备操作的控制与执行。

（2） 继电保护模块, 它可以直接从智能化现场测控装置获取所需信息, 以最短的时间做出反应, 并且在任何情况下其保护功能都不被闭锁,因此它是优先级别最高的模块。

（3）通信模块, 通过标准化的接口与变电站层和其它的CIID通讯交互。

五、智能变电站的优势

智能变电站能够完成比常规变电站范围更宽、层次更深、结构更复杂的信息采集和信息处理，变电站内、站与调度、站与站之间、站与大用户和分布式能源的互动能力更强，信息的交换和融合更方便快捷，控制手段更灵活可靠。智能变电站设备具有信息数字化、功能集成化、节奏紧凑化、状态可视化等主要技术特征，符合易扩展、易升级、易改造、易维护的工业化应用要求。智能变电站与常规变电站相比，其优势见下图：

六、智能变电的发展趋势

第一次技术革命：18世纪60年代首先发生在英国，它开创了以机器代替收工工具的时代。这场革命是以蒸汽机的发明为标志的。第一次技术革命使工厂代替了手工场，机器代替了手工劳动。

变电站模块化建设篇（9）

本文的目的在于通过对超高压变电站自动化系统中集中模式、相对分散模式、分层分布分散模式等主要结构模式的介绍以及几个典型工程的实践经验，提出在系统集成、面向对象、标准化、通信通道、抗干扰等方面需要注意的问题，并总结了一种综合考虑了可靠性、灵活性、经济性、可维护性等因素的典型系统方案，该结构模式能够适应目前绝大多数工程的需要。同时，本文还对超高原变电站自动化系统的体系结构、总线结构、系统安全和通信方式等相关技术发展的新动向，以及发展超高压变电站自动化系统应采取的策略进行了探讨。

1、概述

电力工业是国民经济的基础和命脉，我国对电力工业的发展一直非常重视。目前，两网改造接近尾声，取得了显著的效果；已经启动的为西部大开发和东部经济建设服务的“西电东送”，又掀起了新一轮的电力建设高潮；三峡工程建设正如火如荼；以330KV/500KV为主网架的大区电网已经形成，全国联网的序幕已经拉开，更高电压等级的输电线路正在紧张地规划和前期准备。我国电力建设已经进入一个全新的建设和发展阶段。

在这些电力建设工程中，超高电压等级（220KV/330KV/500KV，以及将出现的750KV）变电站自动化系统占有重要的地位。有关部门对此也极为重视，专门出台了超高电压等级变电站自动化系统的模式化方案并推广实施。笔者在模式化方案实施的基础上，结合实施过程中的经验体会和有关技术的最新发展，通过对改进方案的说明，试图对超高压变电站自动化系统在以后的发展模式再作探讨。

关于超高压变电站自动化包含的内容、应具备的主要功能、实施的原则等内容，笔者在《简论超高压变电站自动化系统的发展策略》[1]一文中已作过说明，在此不再赘述。

2、目前超高压变电站自动化系统采用的主要模式

超高压变电站自动化系统的结构模式从早期的以集中为主，发展到现在的以相对分散和分层分布分散为主，经历了一个探索、改进和完善提高的过程，在模式设计和实际的工程建设中都有应用。

所谓集中模式，指的是保护、监控、通信等自动化功能模块均在控制室集中布置，各模块从物理上联系较弱甚至毫无联系。早期的系统，包括许多引进的产品，主要采用这种结构模式，目前仍有为数不少的这样的系统在运行。

相对分散模式，指的是自动化系统设备按站内的电压等级或一次设备布置区域划分成几个相对独立的小区，在该小区内建设相应的设备小室，保护、监控等设备安装于设备小室中，主站通信控制器、直流、录波等设备仍集中安装在控制室，各小室之间以及与控制室之间均通过工业总线网络互联。这种模式从90年代后期开始得到大量应用。

分层分布分散模式亦即全监控，指的是参照中低压变电站综合自动化的结构模式，除主变、母线和高压线路的保护测控、中央信号、通信仍采用集中组屏外，出线、电容器的保护、监控等设备完全按设备间隔安装于就地的设备小室或直接安装在一次设备上，各模块之间采用标准局域总线和通信规约互联。当然，也可按集中组屏的方式安装这些模块。这种模式在最近有迅速发展的势头。[2]

随着新技术的发展、新标准的制订、新应用需求的提出，还会出现与之相适应的新的系统结构模式。

3、 超高压变电站自动化系统建设中需注意的问题

根据工程实践，笔者认为在超高电压变电站自动化系统的建设中，需要对以下几个方面给予特别的注意。

（1）在系统集成方面，应更强调功能集成、模块协调，实现数据、资源共享，除了因可靠性要求外，要减少一切不必要的冗余，以提高系统的运行可靠性和性价比。

（2）对减少建设投资的考虑，应从减少占地、减少二次连接电缆、减少装置数量、减少每个装置中所用元器件数量、减少人员、降低后续的维护费用等方面综合考虑，才能全面反映出采用新型设备所取得的经济效益。

（3）对于面向对象问题，需对对象有统一明确的定义。面向变电站、面向电压等级、面向设备间隔、面向物理监控对象等不同的基点，会产生不同的设计思想，从而会引起系统结构的完全不同。

（4）关于系统的标准化问题，不仅通信接口硬件、通信规约要标准化，而且模块的物理结构尺寸、接线端子也要尽量标准化，以利于系统未来的扩容升级改造。

（5）对于系统的诊断，需要诊断软件能够迅速定位和隔离故障，并增加设置专用“黑盒子”，避免再出现类似二滩电厂那样的大事故却无法追踪的尴尬局面。

（6）直接采用数字载波、数字微波、光纤等高速数据通信通道，彻底避免数字通道模拟使用、高速通道低速使用的弊端。光纤通道由于具有：可靠性高、抗干扰能力强、传输频带宽、通信容量大、传输衰耗小、通信距离远、传输速度快、体积小、重量轻、敷设方便等优点应优先考虑采用。

（7）关于变电站自动化系统中保护压板的设置问题，应考虑尽量减少硬压板而采用软压板，保护投退可全部采用软压板。当然，保护出口回路仍必须采用硬压板。

（8）低周减载功能应智能化，结合时间定值、负荷性质、负荷容量等从系统级综合考虑。

（9）对小电流接地选线功能，若完全分散完成则降低了选线的准确性，传统的完全集中又过多地占用了硬件资源，所以应采用数据共享法来保证准确性和低造价。

（10）电压无功综合控制功能，应由系统完成，而不考虑另配置专门的功能单元。

（11）系统设备的维护问题，应提倡现场模块级维护，对故障模块进行更换，尽量避免现场的元件级维护。

（12）系统干扰主要有辐射干扰和传导干扰，长导线易引起传导干扰，所以要尽量减少电缆长度，要符合电器设备电磁兼容性国际标准国家标准行业标准。辐射干扰对系统的影响则比较有限。

（13）直流电源的配置方式需给以充分考虑。保护监控就地分散安装后，直流电源供电电缆成了主要的传导干扰源，因此其配置方式就成了抗干扰的瓶颈。

（14）SCADA实时数据、电量计费数据、保护数据、故障录波数据等尽量统一规约，统一通道，统一时标。

（15）事故总信号最好由保护系统的中心管理模块统一集中产生，

（16）保护远方复归-自动化系统须考虑远方复归功能，但运行单位可根据当地的规定选择投入或退出以及屏蔽。

变电站模块化建设篇（10）

现今的变电站都在向智能变电站的方向发展，而智能变电站的建设离不开一系列的新型检测设备，只有靠这些新型检测设备智能变电站才能建设的更好。智能变电站是建立智能电网的一个必备条件，现今的智能变电站结合了许多目前发明的先进的技术以及设备，对现代社会产生了非常大的影响。智能变电站主要依靠先进的技术以及设备将变电站内的设施全部改造成智能化控制，然后再利用内部的通信技术将检测到的信息传达到系统内部通信平台，然后将该信息在全网予以共享，工作人员可以通过个人计算机对所检测到的信息给予处理，从而来实现二次设备自动检测系统对变电站智能化建设的目标。本文将从二次设备自动检测系统的可行性、设备的特点、系统的硬件构成以及软件框架设计来综合设计智能变电站二次设备自动检测系统。

1 建立智能变电站的二次设备自动化检测系统的可行性

电力行业在这个几乎离不开电的时代有了大跨越的发展，人们常使用的能源中，电能占据了大部分份额。所以对于电能的管理和分配在现今生产生活中有很大的意义，那么只有提高智能变电站的效率和速度才能更好地满足现代人们对于电能的高要求。但是在一个智能变电站中有许多的电子仪器以及各种电子设备，为了统一控制这些电子仪器以及电子设备则需要一种特殊的通信方式将其连接起来，并规范这些电子仪器以及电子设备通信的规范化。

IEC61850通信技术能够很好地规范设备的输出并实现二次设备检测系统的无缝连接，IEC61850标准是由国际电工委员会在2004年颁布的，此项标准适用于任何国家的变电站通信网络的建设，这项标准吸取了大量先进的技术，能够在最大程度上保护以及控制自动化产品。这项技术不仅在智能变电站内部有很好的运用，而且还能用于智能变电站与调度中心的通信。IEC 61850能够很大程度的改善信息技术和自动化技术的设备数据集成，能够在最大程度上减少工程量以及诊断维护费用。由于其独特的灵活性还解决了智能变电站自动化系统产品的协议转换问题，并且其大规模的系统集成大大降低了智能变电站自动化系统的工程费用。一般变电站的事件都是以报文的方式传递并通过解码芯片得到采集到的数值，但是将自动化的检测系统配合IEC 61850通信的话便可以对变电站内的设备和设施进行仿真模拟，这无疑为变电站升级为智能变电站提供了先进的技术支持。

2 智能变电站二次设备的特点

智能变电站中广泛使用的是电子式互感器，这种互感器将从根本上克服充油互感器的燃烧爆炸事故，而且不会由于电压互感器二次短路而造成安全问题。智能变电站的一次设备和二次设备是利用光纤进行连接，这样便使得二次设备不会受到传输过程中的电磁干扰。

2.1 二次设备的网络化

现阶段的变电站二次设备与一级设备的信息传递主要是通过互联网上的GOOSE协议，而传递信息的电缆也被光纤或者屏蔽网络来取代，这在很大程度上保护了变电站的信息传递的安全性。

2.2 运行管理系统的自动化

在原有的管理系统中便有较大程度的自动化，而且在各大智能变电站中都有很强的操作性能。但随着信号有了光纤进行传输后依据在IEC 61850协议使得智能变电站有了更好地自动化性能，现阶段在保护测控屏上已没有了原始的保护功能硬压板，而是采用了新型的保护功能软压板。最关键的一点就是智能变电站在各个保护装置以及各个智能终端上设计了检修压板，这将使得二次设备自动检修系统更加完善。

3 智能变电站二次设备自动检测系统的硬件构成

这种自动检测系统主要是利用个人便携计算机（检测管理机）以及检测仪器两部分所构成，个人便携计算机的作用主要是建立系统和流程监视，这样能使得检测结果得到很好地保存并方便日后查看，建立的过程为以下几方面。

（1）在接受检测的装置中输入信号指令，从此来模拟信息轮廓模型。

（2）在接受检测的系统中自动对具有相同标识符配置到一起，使接受检测的装置能够接受测试系统说发出的模拟信号，检测方案主要是将接受检测的任务划分为若干个单独测试。然后通过设定不同的模拟信号，从而来得到信号变化的规律。

检测仪的主要任务是测试划分出的若干个单元，检测仪的适应性极强。该检测仪中含有管理模块、时间同步模块以及开关量输入、输出模块，其中管理模块的作用是构建与测试管理机的通信机制，其中还包括接受任务和实时发送检测结果。而时间同步模块则是保证接受检测的装置与测试装置的时间完全一致，使得检测结果实时传送到管理模块。开关量输入模块和输出模块分别是接受检测装置的开出信号和开入信号，然后利用内部的互联网来交换数据并传递信息。个人便携电脑与检测仪是通过管理模块来进行连接的，利用国际上常用的规章来保证时间得以同步进行。

4 智能变电站二次设备自动检测系统的软件框架设计

在进行系统维修或检查中，自动检测系统的软件框架主要包括便携个人电脑以及嵌入式测试仪。

4.1 检测方面的管理机软件

检测人员需要自身携带个人便携电脑，即管理机。在检测过程中好的管理机软件可以让检测工程事半功倍，管理机软件主要功能就是能够将检测中的意图变为流程形式，同时能够将检测结果保存，方便以后查看或打印。可以说这个工作是整个检测系统中最核心的部分，这个软件的好坏将决定着检测水平，通过这款软件能对仪器进行大体上的了解。

（1）自动化虚拟的连接线模块

先进的智能化变电站是通过网络或者光纤来进行数据的传输和信息的通信，但这只是一个通信方法。IEC 61850则是通过逻辑信息来进行信息通信，这种虚拟的模块能够很好地识别具有相同标识符的文件，同时还可以快速查出其信息点的位置。

（2）通信方面的模块

此模块的最大用途就是进行信息间的通信，这种通信方式可以实时的接受检测信息并接受新的检测任务，最后发送其检测结果，这种数据一般都有标识以及特殊的命令码。

4.2 嵌入形式的检测仪器软件

这种检测仪器软件的优点是能够实时的检测多任务，其设计理念就是实时、高效、稳定的检测，而且还能够持续运行较长时间。检测仪器所安装的管理模块是这儿系统得以良好运行的关键，正是管理模块才使得其他各种模块都能得到很好地控制以及管理。

伴随着智能电网的不断建设，其所配套的智能变电站也将不断进行技术创新，二次设备自动检测系统的设计对以后的技术创新有着很强的积极作用。

参考文献：

[1]梅德冬，黄国方，孙军陵.智能变电站二次设备自动检测系统设计[J].低压电器，2011（02）.

[2]周魁.智能变电站二次设备自动检测系统设计[J].电源技术应用，2013（04）.

[3]唐健敏.对于智能变电站二次设备自动检测系统设计进行浅析[J].电源技术应用，2012（12）.