樊 靜

（國(guó)電南瑞南京控制系統(tǒng)有限公司，南京 210032）

海上風(fēng)電場(chǎng)通常建設(shè)在離岸10km以外的海域，占海面積廣闊，且海洋氣候復(fù)雜多變，給巡視和檢修造成了很大的不便，設(shè)備一旦發(fā)生故障，需要長(zhǎng)時(shí)間才能修復(fù)或更換，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。海上升壓站由于其特殊性，施工難度大，可以利用裝配式變電站二次設(shè)備預(yù)制艙的設(shè)計(jì)理念，縮短海上升壓站二次系統(tǒng)安裝、調(diào)試工期，降低施工難度。

智能變電站是由先進(jìn)、可靠、環(huán)保、集成的設(shè)備組合而成，以高速網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)為信息傳輸基礎(chǔ)，以全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動(dòng)完成信息采集、測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測(cè)等基本功能，同時(shí)具備支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)功能的變電站。智能化變電站作為數(shù)字化變電站的延續(xù)，是實(shí)現(xiàn)建設(shè)統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)。

1 二次設(shè)備預(yù)制艙

預(yù)制式二次組合設(shè)備由預(yù)制式二次組合設(shè)備艙（以下簡(jiǎn)稱預(yù)制艙）、艙體輔助設(shè)施、二次設(shè)備屏柜（或機(jī)架）等組成，在工廠內(nèi)完成相關(guān)配線、調(diào)試等工作，并作為一個(gè)整體運(yùn)輸至工程現(xiàn)場(chǎng)，就地安裝于基礎(chǔ)上。預(yù)制艙采用集裝箱式構(gòu)造，可為單個(gè)艙體，也可為多個(gè)分艙體拼接而成。艙內(nèi)根據(jù)需要配置消防、安防、暖通、照明、通信等輔助設(shè)施，其環(huán)境滿足變電站二次設(shè)備運(yùn)行條件及變電站運(yùn)行調(diào)試人員現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的要求。

2 智能變電站網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案

智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)模式，采用三層設(shè)備兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在功能邏輯上由站控層、間隔層、過(guò)程層以及網(wǎng)絡(luò)和安全防護(hù)設(shè)備組成。

2.1 站控層

站控層設(shè)備包括一體化監(jiān)控主機(jī)（兼操作員站、工程師站）、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)、數(shù)據(jù)服務(wù)器，綜合應(yīng)用服務(wù)器、遠(yuǎn)動(dòng)通信設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)等。整個(gè)系統(tǒng)層軟件采用一體化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)管理控制間隔層、過(guò)程層設(shè)備等功能，形成全站監(jiān)控、管理中心，并與遠(yuǎn)方監(jiān)控/調(diào)度中心通信。

站控層采用雙星型以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，MMS、GOOSE、SNTP三網(wǎng)合一，分別設(shè)置A網(wǎng)和B網(wǎng)，兩個(gè)網(wǎng)段在物理上相互獨(dú)立。配置4臺(tái)主干交換機(jī)，其中安全I(xiàn)區(qū)2臺(tái)，安全I(xiàn)I區(qū)2臺(tái)，I區(qū)與II區(qū)之間采用防火墻連接。站控層交換機(jī)與站控層設(shè)備之間的通信采用100M電口，站控層交換機(jī)與間隔層交換機(jī)通信采用100M光口。

2.2 間隔層

圖1 站控層/間隔層交換機(jī)配置及連接方案圖

間隔層由若干個(gè)二次子系統(tǒng)組成，包括繼電保護(hù)、測(cè)控裝置、安全自動(dòng)裝置、故障錄波裝置、電能計(jì)量裝置等，在站控層及站控層網(wǎng)絡(luò)失效的情況下，仍能獨(dú)立完成間隔層設(shè)備的就地監(jiān)控功能。

間隔層網(wǎng)絡(luò)采用雙星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分別設(shè)置A網(wǎng)和B網(wǎng)。間隔層交換機(jī)與間隔層設(shè)備之間的通信采用100M電口，雙重化的保護(hù)第一套保護(hù)裝置接入A網(wǎng)，第二套保護(hù)接入B網(wǎng)。各電壓等級(jí)間隔層交換機(jī)與站控層交換機(jī)通信采用100M光口。

2.3 過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

結(jié)合國(guó)家電網(wǎng)公司智能變電站設(shè)計(jì)規(guī)范，并考慮南方電網(wǎng)公司對(duì)數(shù)字化變電站的要求，根據(jù)目前已經(jīng)運(yùn)行的智能變電站調(diào)研情況，過(guò)程層采用采樣值SV網(wǎng)絡(luò)和GOOSE組網(wǎng)共網(wǎng)傳輸模式，保護(hù)裝置采用直采直跳模式，測(cè)控裝置、電度表、故障錄波器、網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分析裝置則是從過(guò)程層采樣值網(wǎng)絡(luò)獲取相關(guān)信息。過(guò)程層由網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)間隔層與過(guò)程層設(shè)備之間、間隔層設(shè)備之間以及過(guò)程層設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信，傳輸GOOSE報(bào)文及SV報(bào)文。過(guò)程層由電子式互感器、合并單元、智能終端等，完成與一次設(shè)備相關(guān)的功能，包括實(shí)時(shí)運(yùn)行的電氣量的采集、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)、控制命令的執(zhí)行等。

過(guò)程層按間隔配置交換機(jī)：即每個(gè)間隔單網(wǎng)配一臺(tái)交換機(jī)，每臺(tái)交換機(jī)完成本間隔言息的匯聚與分配，其中一個(gè)網(wǎng)口與過(guò)程層中心交換機(jī)交換信息。

3 對(duì)時(shí)系統(tǒng)解決方案

智能變電站系統(tǒng)采用主從式時(shí)間同步系統(tǒng)，由一臺(tái)主時(shí)鐘、多臺(tái)從時(shí)鐘和信號(hào)傳輸介質(zhì)組成，用以為被授時(shí)設(shè)備或系統(tǒng)對(duì)時(shí)。根據(jù)實(shí)際需要和技術(shù)要求，主時(shí)鐘可設(shè)用以接收上一級(jí)時(shí)間同步系統(tǒng)下發(fā)的有線時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)的接口。接收單元接收到外部時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)后，時(shí)鐘單元按優(yōu)先順序選擇外部時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)作同步源，將時(shí)鐘牽引入跟蹤鎖定狀態(tài)，并補(bǔ)償傳輸延時(shí)。這時(shí)，時(shí)鐘受外部時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)的控制，并輸出與其同步的時(shí)間同步信號(hào)和時(shí)間信息。如接收單元失去外部時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，則時(shí)鐘進(jìn)入守時(shí)保持狀態(tài)。這時(shí)，時(shí)鐘仍能保持一定的時(shí)間準(zhǔn)確度，并輸出時(shí)間同步信號(hào)和時(shí)間信息。外部時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)恢復(fù)后，時(shí)鐘單元自動(dòng)結(jié)束守時(shí)保持狀態(tài)，并被外部時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)牽引入跟蹤鎖定狀態(tài)。

在變電站配置一套主鐘，通過(guò)主時(shí)鐘發(fā)送時(shí)間信號(hào)至從時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)全站智能裝置對(duì)時(shí)和同步采樣。站控層采用SNTP方式實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)，過(guò)程層采用IRIG-B（DC）實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)智能電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，該方案已成功的應(yīng)用于某海上風(fēng)電場(chǎng)，未來(lái)此方案相關(guān)的技術(shù)提升和改進(jìn)還有很廣闊的前景，希望以本文為契機(jī)激發(fā)更多的技術(shù)人員投身該項(xiàng)技術(shù)的研究中去，并最終促進(jìn)我國(guó)的電力電網(wǎng)快速發(fā)展。