摘要：本文结合未来新一代智能变电站工程设计方案，系统介绍了过程层设备集成设计思路，探讨了合并单元和智能终端装置集成的可行性和过程层设备外部接口的新模式(即插即用)。此设计思路可以有效地提升智能变电站的建设效率和质量水平。
关键词：智能变电站；新一代智能变电站；过程层设备；即插即用；
前言
新一代智能变电站建设以“系统高度集成、结构布局合理、技术装备先进、经济节能环保、支持调度一体化”为特征，通过电网数据的全面采集和实施共享，支撑电网实时控制和智能调节，提升电网运行可靠性和稳定性。按照新一代智能变电站的设计和建设理念，新一代智能变电站的保护装置将呈现和一次设备集成化、安装就地化、后备保护站域化、信号传输全面数字化的趋势。
一、新一代智能变电站的过程层设备特点
1.本文结未来城110kV变电站，探讨新一代智能变电站的过程层设备集成设计方面的问题。未来城110kV变电站远期110／10kV主变压器3台，110kV单母分段接线，终期线路4回，10kV单母分段接线，终期线路36回，无功补偿装置3×(3+5)Mvar。110kV配电装置及主变压器均户外布置，110kV配电装置布置于主变压器区东面，二次设备问(采用预制舱二次组合设备)布置于主变压器区南面。110kV配电装置采用户外隔离式断路器、110kV母线采用GIB封闭管母，10kV配电装置采用户内气体开关柜，电气一次设备采用小型化设备，缩短间隔纵向尺寸、优化AIS变电站平面布置，节省占地面积。智能变电站过程层设备(合并单元、智能终端、在线状态监测终端)是一次设备与二次系统联系的纽带，过程层设备以110kV等级及主变间隔为单位配置，就地布置于户外电气一次设备旁智能组件柜内，受环境影响、电磁场干扰较大。常规智能变电站大多采用“电气一次设备+传感器”+“智能二次设备”模式，一次设备与二次设备供货商之间缺乏有效的沟通协调和创新动力，过程层设备控制回路冗余、功能重复、间隔内闭锁不完善等问题，新一代智能变电站致力解决上述问题。
2.新一代智能变电站过程层设备设计重点考虑以下几个问题：
(1)过程层设备(合并单元、智能终端、在线状态监测终端)与电气一次设备集成设计(控制回路功能整合优化，回路接线简化)。(2)合并单元、智能终端装置集成设计的可行性研究。(3)应用预制电缆、预制光缆技术，使得过程层设备外部接口“即插即用”，减少二次线缆敷设的时间和工作量，取消光纤现场熔接，实现现场作业最小化。
二、电气一次设备与过程层设备的集成设计
1.隔离式断路器与智能终端的集成
智能终端接收隔离断路器机构发出的断路器位置信号、设备状态信号等，支持分相跳闸、三相跳闸、重合闸、遥控分合等GOOSE命令，并能发出跳合闸指令，实现断路器的遥控和遥信。隔离式断路器本体二次回路是智能终端命令的执行者和开关量的提供者。隔离式断路器与智能终端控制回路的集成设计思路是取消冗余回路、功能集成、使控制与执行界面清晰、完善间隔内五防。本文提出一种过程层设备集成优化方案：将智能终端内压力闭锁、防跳、间隔闭锁回路下放到电气一次设备机构箱，取消智能终端冗余回路；将控制操作把手、指示显示功能统一到智能终端柜柜面，从而减少运维操作界面，便于操作和维护。此外，电气一次设备和过程层设备分工协作，简化“五防”逻辑和回路，具备完善的“五防”功能。过程层设备的逻辑“五防”实现遥控操作防误；电气一次设备机械“五防”实现间隔内操作防误，既实现隔离断路器就地电动和手动操作闭锁，又在断路器分合闸操作时闭锁接地开关；同时，隔离式断路器机构箱保留外部联锁回路，实现禁止带地刀合断路器闭锁功能。
2．GIS封闭管母设备与智能终端的优化
110kVGIB管母设备主要包括1lOkV母线、母线TV、母线隔离开关。110kVGIS管母智能终端接收隔离开关发出的位置信号、状态信号，并能发出隔离开关遥合、遥跳等GOOSE命令。GIS封闭管母与智能终端控制回路优化方案如下：(1)取消一次设备机构箱操作把手和指示装置，将控制操作把手、指示显示功能统一到智能终端柜柜面，减少一个就地操作界面。(2)减少一次设备机构箱辅助触点数量和端子排长度，减小柜箱体积。(3)智能终端内逻辑“五防”实现遥控操作防误，电气一次设备机械“五防”实现就地操作防误，并保留本间隔内电气闭锁接点，满足各种操作“五防”要求。
3.过程层网络压力测试
新一代智能变电站就地化保护装置采用直采直跳方式，过程层网络压力测试对其基本没有影响。过程层网络压力测试主要是针对新一代智能变电站站域保护装置等组网方式的保护装置的测试，这类保护装置受交换机网络延时的影响比较明显。本文给出典型的测试方式如下：(1)在原有网络数据流量的基础上使用网络测试仪在交换机端口上注入GOOSE报文，流量增加至70％、80％、90％，模拟保护区内外故障，测试动作情况和动作时间。(2)在原有网络数据流量的基础上使用网络测试仪在交换机端口上注入SV报文，流量增加至70％、80％、90％，模拟保护区内外故障，测试动作情况和动作时间。在施加网络压力过程中，观察保护装置是否发生告警；模拟故障时，保护装置应该可靠动作。实际测试中发现网络流量过大后，被测试的保护装置均能可靠动作，但是动作时间有明显的延时，这也是新一代智能变电站试点工程中站域保护装置只用于后备保护的主要原因。
三、合并单元、智能终端的集成与即插即用
1.合并单元、智能终端硬件整合
合并单元、智能终端硬件整合，共用CPU的处理能力是关键指标，必须对CPU利用率进行讨论。以ADI公司的BF534DSP(插值)和BF537DSP(共用)为例说明。合并单元1个采样间隔为250us，1个采样需要处理20路信号数据，通过插值方式采样每路大概需要8us，这样需要时间为20x8=160(us)，再加上其他程序占用45us左右，则4kHz采样率时BF534DSP的负载率约为(160+45)／250=0．82。可见插值的DSP负载比较高，所以一般还会有另外一个DSP来进行以太网IEC61850—9—2组包和发送。
2.合并单元、智能终端共用通信接口
合并单元、智能终端属于过程层设备，分别使用SV、GOOGS报文传输数据。SV报文流量大、周期性强、实时性最高；GOOGS报文实时性高、突发性强，而GDW441—2010《智能变电站继电保护技术规范》要求SV发送的抖动必须要控制在10us以内。合并单元、智能终端共端口传输就是将SV报文与GOOSE报文同时打包传输。由于SV报文以等间隔传输，且优先等级最高，要保证其实时性要在装置内部配置SV、GOOSE优先级策略，而这样会对GOOSE报文造成延时影响，但一般延时在20斗s以内，可以忽略不计。经测试，在集成装置共端口情况下，SV、GOOSE报文数据传输均能够满足实时性要求。
结束语
已处于快速建设发展期，智能电气设备技术、过程层设备集成装置、预制线缆技术是今后智能变电站发展和研究的方向。
参考文献：
[1]刘振亚.智能电网技术[M].北京:中国电力出版社,2010.
[2]国家电网公司.Q/GDW383-2009智能变电站技术导则[S].北京:中国电力出版社,2009.
[3]刘曦，朱继红．关于合并单元和智能终端应用模式的探讨．浙江电力，2011，3：15-17．