智能变电站电气二次系统施工图设计

GXF360 2017-05-20

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智能变电站电气二次系统施工图设计

万淑娟1，冯艳1，金燕云2

（1.武汉供电设计院有限公司，湖北武汉 430033；2.湖北省电力公司，湖北武汉 430077）

智能变电站以信息交换为基础，信息传输以光缆替代电缆，以虚端子替代物理端子，以逻辑连接替代物理连接。二次设备的信息网络化，使得二次回路不仅有传统变电站机构箱的开入、开出、跳合闸出口一一对应的电气回路和一对一固定的数据信息流回路，还有过程层设备一发多收的逻辑回路，而且物理回路和逻辑回路结构、型式并不相同，因此智能变电站建设过程中先后提出逻辑设备信息流图、过程层组网图、光缆联系图、GOOSE虚端子图等来描述智能变电站中二次系统的物理回路和逻辑回路。

这些设计方法相互联系又各有偏重地描述二次系统回路，但是这些平面的二次图纸无法直观、全面、精确地描述整个二次系统的物理、逻辑、虚回路连接，设计院无法独立提供SCD文件，SCD文件无法替代二次图纸。因此，需要寻找一种新的设计方法和配置工具来进行二次回路设计，直观、完整、准确地反映一次设备与二次设备、二次设备之间的对应关系，实现设计工作和系统集成的逐步融合。

1 智能变电站电气二次回路的特点

智能变电站电气二次回路分为三个层次：物理回路、GOOSE逻辑回路、虚回路。

物理回路包括二次设备交直流电源回路、电气一次设备与过程层二次设备电气硬接线、过程层设备与间隔层设备光纤回路、间隔层与站控层屏蔽双绞线。

逻辑回路包括过程层设备与间隔层设备之间信息逻辑回路，如线路保护、主变保护、母差保护、测控装置与交换机以及合并单元、智能终端之间GOOSE逻辑关系。

虚回路即二次回路虚拟化，由于二次系统引入通信网络后，光缆取代电缆，传统的硬接线变成看不见的网络通信过程，装置GOOSE信息无端子、无接点、无接线，虚回路基于网络传输的GOOSE信号以虚端子的形式表达。综自变电站与智能变电站二次回路比较如表1所示。

2 电气二次回路设计方法

2.1 常规设计方法

智能变电站常规设计方法，如二次设备配置图、二次设备联系图、交换机组网图、信息逻辑回路图、虚端子图，这些设计方法相互联系又各有侧重地描述智能变电站中物理、逻辑、虚回路之间的关系。几种二次回路设计方法比较如表2所示。

常规设计方法虽然一定程度上解决设计、施工调试、运行维护对智能变电站的描述，但它的缺点是不直观、不全面、相互关联性不强，与现场二次系统配置脱节，缺乏二次系统设计配置工具，无法进行回路的验证和校核，不符合智能变电站面向对象的建模设计思路和逻辑节点任意组合的设计理念。

2.2 SCD配置文件

SCD 文件为全站统一的数据源，该文件描述了所有IED 的实例配置和通信参数、IED 之间的通信配置以及变电站一次系统结构，以及信号联系信息。

SCD文件的配置方法现阶段有两种方式。

方式一是设计人员通过二次设备厂商提供的装置ICD文件，根据信息逻辑回路，建立二次设备之间的连接，即虚端子表，然后将连好的虚端子表格提供给全站系统集成商，由全站系统集成商利用配置工具形成SCD文件，并生成各智能终端配置文件CID文件，下装至对应的二次设备。

方式二是设计人员定义一次系统模型SSD文件，并通过二次设备厂商提供的装置ICD文件，建立二次设备之间物理接口联系、信息逻辑回路和虚回路联系，配置二次逻辑设备通信地址，通过二次设计软件形成全站SCD文件。第二种方式是目前正在推广的模式，也符合未来设计工作和系统集成融合的发展方向。

但SCD文件采用IEC 61850标准中定义的不易被人阅读和理解SCL语言表述二次回路，只有厂家专业人员才能读懂文件语句和语义，设计、施工调试、运行维护人员无法掌握虚拟二次回路的模型文件，难以支撑智能电网规模建设。

3 基于智能变电站二次设计软件

3.1 存在问题

现阶段，部分软件公司为智能变电站开发二次系统设计软件，工程配置软件在虚回路和网络配置功能方面功能设置合理，但是在智能变电站具体实施过程中，SCL配置工具生成的虚端子表，存在以下不足：

表1 常规变电站与智能变电站二次回路比较表

表2 常规设计方法技术特点比较表

IED虚端子编制以输入方向为准，没有给出相关虚端子的输出，没有完整二次回路展示。

由于ICD文件定义不标准，前期工程配置工作量大，且与设计人员设计习惯差别较大。

配置工具生成二次图纸深度不够，与传统设计方法相差较大，利用效率不高。

3.2 功能框架

工程配置工具应能够一次性建模，软件输出应能详细描述工程信息，直观反映工程基础内容。设计人员应该专注于二次设备信息逻辑关系，软件能够自动分配光配端口和交换机端口，屏柜连接光缆标识、统计、起止点识别；配置完成后，提供装置模型浏览、物理回路浏览，通信地址浏览及校验。配置工具功能框架如图1所示。

图1 二次回路配置工具的功能框架

3.3 功能建模

目前，设计软件功能主要包含物理回路、虚端子回路、SCD文件配置等功能模块。采用工程实例配置、图纸导出、报表导出的操作方式，便于工程数据的修改、复制和输出。在此基础上，结合工程开展过程中出现的问题，分析在各功能子模块的内容和形式，提炼二次回路逻辑功能定位，提出以下建议，逐步实现SCD文件替代二次回路图纸的目标。

物理回路模块增加过程层设备端子排图、一次设备原理接线图、一次系统接线图等子功能。

SCD文件配置模块增加二次设备信息逻辑图等功能，全景展示二次系统输入、输出和联闭锁关系。

采用规范化ICD文件，增加二次设备端口定义。

增加SCL配置工具的出图量，符合常规二次设计出图习惯。