上海衡诚电力工程技术有限公司上海200124
摘要：智能变电站建立在IEC61850通信标准基础上，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，采用三层两网的架构体系。合并单元、智能终端及交换机的引入，以网络通信方式替代大量二次回路电缆，二次系统功能逻辑和信号的输入、输出与物理连接的通信网络接线不再一一对应，使基于IEC61850标准的智能变电站二次系统的设计不同于传统方法，向设计人员提出了全新的要求和挑战。
关键词：智能变电站；二次系统；施工图；标准化设计
二次系统施工图标准化设计是智能变电站规范设备建模和系统参数配置的基础，是全站工程施工及调试的依据。针对目前二次系统设计存在的问题，依据国家电网公司制定的通用设备接口规范，研究确定了二次系统施工图标准化设计内容及表达方式，有效规范了各种二次设备的信息模型，实现全站模型的标准化，以满足“标准化设计、工厂化加工、装配式建设”的要求。
一、二次系统施工图标准化设计需求分析
1.二次系统设计工作流程。智能变电站二次系统的设计涉及到二次系统设备厂家、系统集成商、设计院等单位的全力配合。在二次系统的整个工作过程中，各个环节相互依存，又相互制约，任何一个环节出现差错，都会导致整个系统不能正常运行。
2.二次系统设计目前存在的问题。在具体的工程实施过程中，由于设备建模缺乏规范、二次系统设计表达方式各异，导致在设备连接和软件测试阶段出现问题，影响施工进度。具体表现在:①一些厂家为了满足所有地区和用户的需求，在设备信息建模阶段使设备功能最大化，部分设备的数据集中包含过多数据属性;②许多设备厂家的ICD文件虚端子定义不一致，使用自定义的逻辑设备名称，在功能配置时，导致其它厂家的配置工具无法读取或读取出错。③信息流图、虚端子连线图、光缆联系图等表达方式各异，导致工程测试人员不能很好理解智能设备中交换的信息。因此为了实现信息交互，各种类型二次设备应统一信息模型和设备、信号的名称，规范ICD文件的建模和参数配置，实现全站模型SCD的标准化。设计图纸作为全站调试工作的基础，更是SCD集成的依据，因此有必要统一施工图标准，实现设计的标准化。
二、二次系统施工图设计图纸表达方法
根据目前的设计模式，二次系统设计施工图纸主要包括过程层SV/GOOSE信息流图、光缆联系图、虚端子逻辑配置表等。但在具体的工程中，信号流图表达方式各异，虚端子配置表的量太大，系统回路信息不明确，施工维护出现问题，导致效率太低。提出了基于标准化虚端子的虚拟二次回路图表协同设计方法，将设计图纸与IEC61850数据模型配置结合，采用网络联系图、SV/GOOSE信息流图、虚拟二次回路图、虚端子连线表来准确反映二次设备之间的物理连接和逻辑关系。
1.过程层网络结构图。根据智能变电站各电压等级的继电保护和与之相关设备及网络的配置原则，除保护装置采用直采直跳外，SV报文和GOOSE报文统一采用网络。方式进行传输.网络采用了星形结构，每个间隔的过程层设备都是通过本间隔的网络交换机与间隔层设备进行数据交换，各间隔的数据汇总到中心交换机并传递到故障录波及网络分析系统。过程层网络联系图反映了二次系统各智能设备通过网络交换数据的物理连接。
2.二次系统信息流图。二次系统信息流图由ＳＶ信息流图和ＧＯＯＳＥ信息流图组成。ＳＶ信息流图反映了设备间电流、电压数据流的连接，ＧＯＯＳＥ信息流图反映了开关设备的分／合闸、闭锁、开关位置和保护、测控装置内部的开入、开出等信息流的连接。线路保护及母线保护所需的电压、电流ＳＶ信息直接由线路合并单元通过光缆以通信的方式提供，测控装置、电能表的ＳＶ通过光缆由该间隔的网络交换机提供。网络分析仪、故障录波器所需的电流和电压信息通过光缆与该间隔网络交换机级联的过程层中心交换机得到。ＧＯＯＳＥ信息流图反映了开关设备、智能终端、保护和测控装置、网络交换机、故障录波器及网络分析仪等设备间的信息交互内容，体现以间隔为单位的ＧＯＯＳＥ联系全貌。信息流图反映了二次设备之间的物理连接关系及信息交互内容，并且示意了信息流的传递方向，但不能反映具体信息的逻辑连接。
3.虚拟二次回路可视化展示。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，只给出了ＩＥＤ有哪些虚端子的输入，没有给出相关虚端子的输出，也没有完整二次回路展示。在施工及运营维护时，工作人员无法在海量的虚端子表中快速查询出ＩＥＤ有哪些虚端子输出及流向。基于标准化虚端子的虚拟二次回路图表协同设计方法，以标准化虚端子和传统二次回路为基础，将设计图纸与ＩＥＣ６１８５０数据模型配置结合，利用虚拟二次回路图、虚端子连线表可视化展示隐含在信息模型中的逻辑回路。标准化的虚端子包括３个属性，分别为：虚端子编号、虚端子名称（信号功能描述）、虚端子在信息模型中的路径（数据属性）。虚端子编号采用虚端子类型码＋虚端子序列号的编号方式，虚端子类型码包括ＳＶ输入信号ＳＶＩＮ，ＳＶ输出信号ＳＶＯＵＴ，ＧＯＯＳＥ输入信号ＧＯＩＮ，ＧＯＯＳＥ输出信号ＧＯＯＵＴ，虚端子编号与信号名称严格按照国家电网公司输变电工程通用设备规范。虚端子的功能描述按照ＩＥＣ６１８５０标准和Ｑ／ＧＤＷ３９６—２００９《ＩＥＣ６１８５０工程继电保护应用模型》标准中的要求确定；虚端子数据属性按照ＩＥＣ６１８５０标准中定义的数据点的数据引用路径确定。虚拟二次回路图是以ＳＶ／ＧＯＯＳＥ信息流图为基础，根据电气主接线和ＩＥＤ工作原理及各智能设备内部定义的标准虚端子编号和名称，确定信息模型中逻辑连接的起点和终点及对应的路径，参考常规二次回路的表示方法，将隐含在信息模型中的逻辑连接以可视化图纸形式表达出来。信息流图中的每个数据或状态信息相当于信息模型中的一个通信信息片，即等价于常规变电站中的单独电缆连接的点对点的命令，信息对应的两端设备承载着逻辑连接的起点和终点，即虚端子。各ＩＥＤ之间只标识标准化虚端子编号、虚端子名称及信息的流向。用一张图纸清晰地描述了间隔内所有ＩＥＤ的输入、输出信息及流向。智能设备虚端子连线表采用表格方式将信息两端的虚端子连接起来，表格中不仅包含了与虚拟二次回路图中对应的标准化虚端子编号和虚端子名称，同时还包含了信息模型中数据引用路径的数据属性。利用虚拟二次回路图、标准化虚端子连线表可视化展示隐含在信息模型中的逻辑回路，数据信息一目了然，有助于系统集成商及施工运行人员的使用。提出的设计方法在２２０ｋＶ高官变电站二次系统施工图设计中采用，实施结果表明施工图方案表述清晰，有效提高了现场工作效率。
总之，二次系统施工图标准化设计是智能变电站规范设备建模和系统参数配置的基础，是全站工程施工及调试的依据，直接影响工程的质量和进度。针对目前二次系统设计存在的问题，根据国家电网公司制定的通用设备接口规范，研究确定了智能变电站二次系统施工图标准化设计内容及表达方式，采用网络联系图、屏柜柜面布置图、端子排图，保护通道接口连接示意图、光缆(尾缆)联系图表达二次设备之间的物理连接，设备IP配置、采样值/GOOSE信息流图、二次设备虚端子连线表达设备之间的逻辑连接。施工图标准化设计表达可有效规范二次设备的信息模型，实现全站模型的标准化。
参考文献
［1］刘晓雷．数字化变电站的“虚端子”设计方法应用研究．2018.
［2］张忠敏．李建华，浅谈智能变电站二次系统施工图设计表达方法.2017.