數(shù)字化變電站設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及其生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用

摘要:數(shù)字化變電站是由智能化一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備分層構(gòu)建，建立在IEC61850通信規(guī)范基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。本文從數(shù)字化變電站設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及其生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用等幾個(gè)方面進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞:數(shù)字化變電站;設(shè)計(jì)特點(diǎn);實(shí)踐應(yīng)用

目前，變電站綜合自動化技術(shù)已經(jīng)在我國得到廣泛的應(yīng)用，但是，變電站綜合自動化技術(shù)的運(yùn)用還存在一些技術(shù)上的局限性。另外，隨著電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，電壓等級越來越高，對系統(tǒng)運(yùn)行管理也提出了更高的要求。隨著數(shù)字式互感器技術(shù)和智能一次電氣設(shè)備技術(shù)的日臻成熟并開始實(shí)用化，以及計(jì)算機(jī)高速網(wǎng)絡(luò)在電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)中的開發(fā)應(yīng)用，數(shù)字化變電站技術(shù)開始在我國逐步得到應(yīng)用。數(shù)字化變電技術(shù)代表著變電站自動化技術(shù)的發(fā)展方向。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)為數(shù)字化變電站技術(shù)奠定了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)字化一次設(shè)備以及數(shù)字化通信技術(shù)的發(fā)展及實(shí)用化，也使得按IEC61850建設(shè)數(shù)字化變電站成為可能。

一、數(shù)字化變電站設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

(1)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(jì)，簡化了常規(guī)機(jī)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。換言之，變電站二次回路中常規(guī)的繼電器及其邏輯回路被可編程序代替，常規(guī)的強(qiáng)電模擬信號和控制電纜被光電數(shù)字和光纖代替。

(2)網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備

變電站內(nèi)常規(guī)的二次設(shè)備，如繼電保護(hù)裝置、防誤閉鎖裝置、測量控制裝置、遠(yuǎn)動裝置、故障錄波裝置、電壓無功控制、同期操作裝置以及正在發(fā)展中的在線狀態(tài)檢測裝置等全部基于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的微處理機(jī)設(shè)計(jì)制造，設(shè)備之間的連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)通信，二次設(shè)備不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復(fù)的I/O現(xiàn)場接口，通過網(wǎng)絡(luò)真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源其享，常規(guī)的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。

(3)自動化的運(yùn)行管理系統(tǒng)

變電站運(yùn)行管理自動化系統(tǒng)應(yīng)包括電力生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)、狀態(tài)記錄統(tǒng)計(jì)無紙化;數(shù)據(jù)信息分層、分流交換自動化;變電站運(yùn)行發(fā)生故障時(shí)能即時(shí)提供故障分析報(bào)告，指出故障原因，提出故障處理意見;系統(tǒng)能自動發(fā)出變電站設(shè)備檢修報(bào)告，即常規(guī)的變電站設(shè)備“定期檢修”改變?yōu)椤盃顟B(tài)檢修”。

在變電站自動化領(lǐng)域中，智能化電氣的發(fā)展，特別是智能開關(guān)、光電式互感器機(jī)電一體化設(shè)備的出現(xiàn)，變電站自動化技術(shù)進(jìn)入了數(shù)字化的新階段。在高壓和超高壓變電站中，保護(hù)裝置、測控裝置、故障錄波及其他自動裝置的I/O單元，如A/D變換、光隔離器件、控制操作回路等將割列出來作為智能化一次設(shè)備的一部分。反言之，智能化一次設(shè)備的數(shù)字化傳感器、數(shù)字化控制回路代替了常規(guī)繼電保護(hù)裝置、測控等裝置的I/O部分;而在中低壓變電站則將保護(hù)、監(jiān)控裝置小型化、緊湊化，完整地安裝在開關(guān)柜上，實(shí)現(xiàn)了變電站機(jī)電一體化設(shè)計(jì)。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;在邏輯結(jié)構(gòu)上可分為三個(gè)層次，分別稱為“過程層”、“間隔層”、“站控層”。

二、350KV數(shù)字化變電站工程實(shí)施

(1)總體建設(shè)方案

由于電壓等級高，電子式互感器應(yīng)用成熟度不夠，暫不采用數(shù)字式的電流電壓互感器;采用智能終端連接常規(guī)斷路器，安裝到開關(guān)場;一次設(shè)備采用全電動、全遠(yuǎn)方、程序化操作設(shè)計(jì);主要IED之間的信息交互采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的MMS和GOOSE技術(shù);保護(hù)和測控裝置按傳統(tǒng)的變電站二次設(shè)備功能配置。

(2) 網(wǎng)絡(luò)組建

①M(fèi)MS網(wǎng)。MMS網(wǎng)主要承擔(dān)間隔層IED裝置及站控層計(jì)算機(jī)之間的信息交互，通過MMS報(bào)文實(shí)現(xiàn)變電站“四遙”功能。

為減少單個(gè)環(huán)網(wǎng)中交換機(jī)節(jié)點(diǎn)數(shù)，將MMS網(wǎng)分為兩個(gè)環(huán)，站控層主機(jī)一、主機(jī)二分別接至兩個(gè)不同的主交換機(jī)，350KV間隔層設(shè)備MMS通訊口接入一個(gè)環(huán)，220 kV及35 kV間隔層設(shè)備接入另一個(gè)環(huán)。

②350KV GOOSE 網(wǎng)絡(luò)。350KV第一套、第二套保護(hù)GOOSE網(wǎng)絡(luò)單獨(dú)組網(wǎng)，互不聯(lián)系。350KV每套GOOSE網(wǎng)每串設(shè)置交換機(jī)2臺，每段母線設(shè)置交換1臺，全所500kV遠(yuǎn)景共需交換機(jī)24臺。

③220 kV GOOSE網(wǎng)絡(luò)。220 kV第一套、第二套保護(hù)GOOSE網(wǎng)絡(luò)單獨(dú)組網(wǎng)。同一間隔的線路保護(hù)、智能終端、測控接于同一交換機(jī)，一臺交換機(jī)不得接入同一方向的兩條出線保護(hù)，并最多接入4個(gè)間隔相關(guān)IED設(shè)備。測控只接入第一套GOOSE網(wǎng)，母差保護(hù)及公用設(shè)備接于母線交換機(jī)。

(3)程序化操作實(shí)現(xiàn)

微機(jī)保護(hù)投退操作、微機(jī)保護(hù)狀態(tài)調(diào)整操作、微機(jī)保護(hù)定值區(qū)切換操作、重合閘投退操作，350KV、220 kV、35kV一次設(shè)備(包括主變、母線、開關(guān)、線路、電容器組、低抗)由運(yùn)行改冷備用或由冷備用改運(yùn)行的操作和相應(yīng)二次設(shè)備狀態(tài)調(diào)整，220 kV進(jìn)出線倒母線操作和相應(yīng)二次設(shè)備狀態(tài)的調(diào)整等項(xiàng)目可以采用程序化操作模式。

①程序化操作流程。程序化操作流程按六個(gè)部分設(shè)計(jì)，一是接調(diào)度操作預(yù)令;二是調(diào)度正式下令，操作票選擇;三是輸入操作口令，開放和啟動程序化操作進(jìn)程;四是逐項(xiàng)唱票復(fù)誦，經(jīng)確認(rèn)后啟動程序化操作，經(jīng)系統(tǒng)自動判別或人工判斷是否操作成功。五是操作過程發(fā)生事故的緊急處置。六是操作任務(wù)執(zhí)行完畢后，退出程序化操作進(jìn)程。

②程序化操作實(shí)現(xiàn)方式。程序化操作功能在監(jiān)控后臺以嵌入獨(dú)立操作票系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，不另外單獨(dú)配置服務(wù)器，與監(jiān)控后臺共享數(shù)據(jù)信息。程序化操作結(jié)合常規(guī)的五防操作步驟，適應(yīng)各種運(yùn)行方式的需求。運(yùn)行人員可以通過模擬預(yù)演生成操作票，也可以通過調(diào)用典型操作票生成操作票。操作票生成后，經(jīng)審核正確，通過輸入操作口令和監(jiān)護(hù)口令啟動程序化操作。

③程序化操作過程中異常或事故處理。當(dāng)操作過程中發(fā)生異常或事故時(shí)，不能簡單地轉(zhuǎn)為人工處理，終止程序化操作。需對異常和事故進(jìn)行分類，通過人機(jī)交互來處理異常和事故情況。一是程序化操作過程中發(fā)生設(shè)備異常或設(shè)備故障時(shí)，如閘刀拒分、拒合或某二次操作步驟目標(biāo)狀態(tài)檢查不符合要求等，系統(tǒng)立即中斷程序化操作，并給出提示，由運(yùn)行人員確認(rèn)是否需要繼續(xù)程序化操作。二是如果異常情況較嚴(yán)重，不能繼續(xù)操作，則由運(yùn)行人員終止程序化操作進(jìn)程;如果異常情況處理可以在短時(shí)間內(nèi)處理，則暫停程序化操作，待異常處理畢后恢復(fù)程序化操作。

三、結(jié)語

未來的電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)需要新的信息架構(gòu)支持，將監(jiān)控、保護(hù)和就地自動化等前后臺信息連接成為一個(gè)整體，以保證電力系統(tǒng)安全和高效地管理。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)為開放式數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)平臺的建立提供了通信依據(jù)。IEC61850 采用面向?qū)ο蟮慕７椒ê统橄?、分層映射的技術(shù)，通過規(guī)范系統(tǒng)和項(xiàng)目管理及一致性測試等途徑保證其目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。它不僅適用于變電站自動化內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通信，也適用于配電自動化、電能計(jì)量系統(tǒng)、發(fā)電廠自動化系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電及其他工業(yè)自動化領(lǐng)域。因此，在工程實(shí)施過程中應(yīng)根據(jù)具體情況逐步推進(jìn)數(shù)字化變電站的建設(shè)深度。

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