數(shù)字化變電站關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究

劉小彩

LIU Xiao-cai

（鄭州電力高等?？茖W(xué)校，鄭州 450004）

0 引言

數(shù)字化變電站就是變電站內(nèi)一次電氣設(shè)備和二次電子裝置均實現(xiàn)數(shù)字化通信，并具有全站統(tǒng)一的數(shù)據(jù)建模及數(shù)據(jù)通信平臺，在此平臺的基礎(chǔ)上實現(xiàn)智能裝置之間的互操作性。數(shù)字化變電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)繼承并發(fā)展了分層分布式變電站結(jié)構(gòu)的特點，同時隨著電子式互感器、智能開關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，使得數(shù)字化變電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)又有了不同于常規(guī)變電站的革命性變化。本文根據(jù)電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的特點，闡述作為數(shù)字化電網(wǎng)基礎(chǔ)的數(shù)字化變電站的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用問題。

1 數(shù)字化變電站具有的主要特點

1.1 數(shù)字化的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

采用如光電式或電子式互感器的數(shù)字化電氣量測系統(tǒng)采集變電站電流、電壓等電氣量，不僅實現(xiàn)了一、二次系統(tǒng)的電氣隔離，而且增大了電氣量的動態(tài)測量范圍和測量精度，為信息集成化應(yīng)用提供了保障[1]。變電站系統(tǒng)應(yīng)是全部數(shù)字化實現(xiàn)和集成。

1.2 智能化的一次設(shè)備

一次設(shè)備被檢測的信號回路和被控制的操作驅(qū)動回路采用微處理器和光電技術(shù)設(shè)計，簡化了常規(guī)機電式繼電器及控制回路的結(jié)構(gòu)，數(shù)字程控器及數(shù)字公共信號網(wǎng)絡(luò)取代傳統(tǒng)的導(dǎo)線連接。使用智能的一次設(shè)備，應(yīng)使傳統(tǒng)的設(shè)備均應(yīng)具備智能接口，變電站內(nèi)各個設(shè)備采用統(tǒng)一的IEC61850標準，實現(xiàn)設(shè)備的互操作性。

1.3 分層分布分散的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在物理上可分為兩類，即智能化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備；系統(tǒng)采用成熟的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和開放式互連規(guī)約，能夠更完整地記錄設(shè)備信息并顯著地提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。依據(jù)電力系統(tǒng)IEC61850標準體系的建模標準[2]，在邏輯結(jié)構(gòu)上可分為過程層、間隔層、站控層的三層結(jié)構(gòu)模型，各層次內(nèi)部及層次之間采用高速網(wǎng)絡(luò)通信。

1.4 網(wǎng)絡(luò)化的信息通信技術(shù)

采用現(xiàn)代通信技術(shù)，使用通信媒介替代傳統(tǒng)的電纜，分層組網(wǎng)使變電站層次結(jié)構(gòu)關(guān)系得以簡化，降低二次系統(tǒng)的復(fù)雜性。變電站內(nèi)的二次設(shè)備全部基于標準化、模塊化的微處理機設(shè)計制造，設(shè)備之間的連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)通信，通過網(wǎng)絡(luò)真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源共享[3]。利用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，實現(xiàn)跨變電站，區(qū)域電網(wǎng)的保護和自動協(xié)調(diào)控制。

1.5 設(shè)備實現(xiàn)狀態(tài)檢修

在數(shù)字化變電站中，可以有效地獲取電網(wǎng)運行狀態(tài)數(shù)據(jù)以及各種IED裝置的故障和動作信息，實現(xiàn)對操作及信號回路狀態(tài)的有效監(jiān)視。設(shè)備檢修策略可以從常規(guī)變電站設(shè)備的“定期檢修”變成“狀態(tài)檢修”，從而大大提高系統(tǒng)的可用性。

1.6 自動化的運行管理技術(shù)

變電站運行管理自動化技術(shù)包括電力生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)、狀態(tài)記錄統(tǒng)計無紙化；數(shù)據(jù)信息分層、分流交換自動化；變電站運行發(fā)生故障時能及時提供故障分析報告，提出故障處理意見；智能化一次設(shè)備可直接處理設(shè)備信息并獨立執(zhí)行本地功能，具有自檢功能，發(fā)現(xiàn)缺陷時能及時報警；系統(tǒng)能自動發(fā)出變電站設(shè)備檢修報告.新型高壓斷路器二次系統(tǒng)是采用微機、電力電子技術(shù)和新型傳感器建立起來的，如ABB公司的PASS和SIEMENS 公司的HIS等。

2 數(shù)字化變電站的技術(shù)應(yīng)用情況

2.1 光電/電子式互感器的問題。

目前光電/電子式互感器的產(chǎn)品可選型號相對較少，部分高電壓等級的電流互感器變比較大，不能滿足現(xiàn)場運行需要。只能在合并器上采用軟件的方法修改變比，使得TA的輸出精度可能無法滿足要求，給變電站的計量、保護都帶來一定的負面影響。同時由于光電/電子式互感器本身的結(jié)構(gòu)特點和工作方式，導(dǎo)致互感器的角差、比差現(xiàn)場試驗難以進行，甚至極性試驗也無法開展，只能等到設(shè)備投運帶電后，才能檢驗接線的準確性。這都需要設(shè)備廠家和運行主管單位專門制定。

2.2 數(shù)字化電氣測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題

數(shù)字化電氣測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性對于數(shù)字化變電站至關(guān)重要。其中主要是非常規(guī)互感器，非常規(guī)互感器中包含的光電傳感器和光纖二次回路通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性、穩(wěn)定性直接關(guān)系到數(shù)字化變電站數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性?；ジ衅鞔嬖跍y量精度不穩(wěn)定且有偏差的問題，這是由于線性雙折射現(xiàn)象及發(fā)光源器件發(fā)光強度下降、光傳輸環(huán)節(jié)引起偏振角變化和不同材料的維爾德常數(shù)受外界溫度的影響也不同等因素造成的[6]要減小磁光材料或者晶體自身的雙折射以及環(huán)境氣候等的影響，必須對造成傳感頭誤差的各種因素進行分析并研究減小其影響的辦法。

2.3 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)選型問題

全數(shù)字化的系統(tǒng)中信息的采樣、保護算法與控制命令的形成，是由網(wǎng)絡(luò)上多個CPU協(xié)同完成的。如何控制好采樣的同步和保護命令的快速輸出是一個復(fù)雜問題，其最基本的條件是網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性，關(guān)鍵技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)通信速度的提高和合適的通信協(xié)議的制定。目前，以太網(wǎng)已經(jīng)進入工業(yè)自動化過程控制領(lǐng)域，嵌入式以太網(wǎng)的出現(xiàn)為數(shù)字化變電站綜合自動化系統(tǒng)的設(shè)計者提供了實現(xiàn)站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)通信的新途徑[3]，數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的兩級網(wǎng)絡(luò)，全部采用100MHz以太網(wǎng)技術(shù)是可行的。

2.4 IEC61850通信協(xié)議應(yīng)用問題。

IEC61850通信協(xié)議本身并未對變電站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全性做任何規(guī)定，同時協(xié)議本身的開放性和標準性給變電站的網(wǎng)絡(luò)安全帶來重大隱患。要做到二次系統(tǒng)信息的保密性、完整性、可用性和確定性，符合二次系統(tǒng)安全防護的要求，是自動化廠家仍需考慮和完善的技術(shù)環(huán)節(jié)。雖然目前已投運的變電站采取了防火墻、分層分區(qū)隔離等手段進行防護，但防護的效果仍有待時間的考驗。

2.5 數(shù)字化變電站給變電運行工作帶來的新挑戰(zhàn)

數(shù)字化變電站越來越體現(xiàn)出一次設(shè)備和二次設(shè)備的融合。因此將來智能開關(guān)的修試工作如交流耐壓試驗、泄漏電流的測量等必須考慮到這些精密二次設(shè)備的存在，稍有不慎很可能造成設(shè)備損壞。而且評價開關(guān)的好壞不僅由過去傳統(tǒng)的絕緣試驗和機械試驗參數(shù)決定，還要考慮其中二次設(shè)備的控制、監(jiān)視、數(shù)據(jù)傳輸速率和正確性等指標。

2.6 狀態(tài)檢修在線監(jiān)測技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用問題

在線監(jiān)測是推行狀態(tài)檢修的關(guān)鍵技術(shù)支撐，由于它能在運行狀態(tài)下連續(xù)進行測試，因而能及時、有效地發(fā)現(xiàn)設(shè)備的早期缺陷，并據(jù)此確定檢修時機。應(yīng)考慮設(shè)備投入使用后與監(jiān)測裝置的統(tǒng)一配合，加快在線監(jiān)測技術(shù)的實用化進程。此外還應(yīng)注意提高設(shè)備狀態(tài)的分析水平。提高設(shè)備狀態(tài)分析水平是狀態(tài)監(jiān)測與狀態(tài)檢修相銜接的關(guān)鍵一環(huán)。要制定更科學(xué)的檢修策略的數(shù)理統(tǒng)計的方法應(yīng)用到狀態(tài)檢修中去，即通過對有關(guān)設(shè)備大量的歷史資料，對某類設(shè)備的狀態(tài)作出評估，對其狀態(tài)的變化趨勢或規(guī)律作出預(yù)測。

3 結(jié)束語

數(shù)字化變電站技術(shù)的發(fā)展將是個長期的過程。建設(shè)以光電式互感器、智能化集成開關(guān)、智能變壓器等數(shù)字化一次設(shè)備和其他智能電子設(shè)備為基礎(chǔ)的新型變電站自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)字化變電站站內(nèi)各層間的無縫通信，最大限度地滿足信息共享和系統(tǒng)集成的要求，則是數(shù)字化變電站技術(shù)的發(fā)展方向?？傊瑪?shù)字化變電站自動化是一個系統(tǒng)工程，要實現(xiàn)全部數(shù)字化變電站自動化的功能，還有許多技術(shù)問題需要攻關(guān)解決。

[1]曾慶禹.電力系統(tǒng)數(shù)字光電量測系統(tǒng)的原理及技術(shù)[J].電網(wǎng)技術(shù),2001,25（41）：1-5．

[2]高翔.數(shù)字化變電站應(yīng)用展望[J].華東電力,2006,34（8）47-53.

[3]丁書文.數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)選型.繼電器，2003,31（7）：37-40．