數(shù)字化變電站對(duì)變電運(yùn)行的影響

金國(guó)忠，徐 偉，王 鳴

（嘉興電力局，浙江 嘉興 314000）

0 引言

隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字化設(shè)備的成熟，數(shù)字化技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用程度也越來(lái)越高。與傳統(tǒng)常規(guī)變電站（簡(jiǎn)稱常規(guī)站）相比，數(shù)字化變電站（簡(jiǎn)稱數(shù)字站）技術(shù)更先進(jìn)，對(duì)變電運(yùn)行水平要求也更高。變電運(yùn)行人員對(duì)常規(guī)站的運(yùn)行維護(hù)已經(jīng)相當(dāng)熟悉，對(duì)設(shè)備和技術(shù)的理解模式也根深蒂固，而數(shù)字站的投運(yùn)對(duì)運(yùn)行人員思維模式是一次大挑戰(zhàn)，需要運(yùn)行人員在運(yùn)行維護(hù)中不斷積累經(jīng)驗(yàn)。結(jié)合數(shù)字站的運(yùn)行情況，基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)，從數(shù)字站基本特點(diǎn)出發(fā)，對(duì)運(yùn)行操作方法、基礎(chǔ)資料管理和運(yùn)行準(zhǔn)備等工作進(jìn)行分析，闡述數(shù)字站對(duì)變電運(yùn)行帶來(lái)的影響。

1 數(shù)字站的基本特點(diǎn)

數(shù)字站指信息采集、傳輸、處理、輸出過(guò)程完全數(shù)字化的變電站，基本特征為一次設(shè)備智能化、二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化和運(yùn)行管理自動(dòng)化，基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 數(shù)字站的基本結(jié)構(gòu)

（1）一次設(shè)備智能化。一次設(shè)備具有自動(dòng)檢測(cè)自身故障、自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)與遠(yuǎn)方控制中心通信等基本功能。國(guó)外的ABB、西門(mén)子等公司均有實(shí)用化的產(chǎn)品在掛網(wǎng)運(yùn)行，但是國(guó)內(nèi)受技術(shù)水平限制，一般采用常規(guī)一次設(shè)備加智能組件來(lái)實(shí)現(xiàn)。所謂智能組件就是若干智能電子裝置的集合，安裝于宿主設(shè)備旁，承擔(dān)與宿主設(shè)備相關(guān)測(cè)量、控制和檢測(cè)等功能。因此數(shù)字站的一次設(shè)備旁就近安裝智能組件設(shè)備，一次設(shè)備和智能組件仍通過(guò)電纜連接，而智能組件與測(cè)控之間通過(guò)光纜連接。通常智能組件以下部分就是數(shù)字站中所謂的過(guò)程層，電子式互感器和全光纖式互感器取代傳統(tǒng)互感器負(fù)責(zé)電流電壓的采集。

（2）二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化。數(shù)字站根據(jù)IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，采用光纜組成數(shù)字網(wǎng)傳輸開(kāi)關(guān)量和采樣值，二次電纜和二次壓板將大量減少，如保護(hù)屏上將看不到硬壓板。站控層和間隔層一般會(huì)組成MMS網(wǎng)，而為了動(dòng)作可靠和快速，一般會(huì)獨(dú)立組GOOSE網(wǎng)絡(luò)，傳輸開(kāi)關(guān)控制信號(hào)和間隔間閉鎖信號(hào)，如圖2所示。

圖2 二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

（3）運(yùn)行管理自動(dòng)化。數(shù)字站的開(kāi)放性為各種設(shè)備互連提供了可能，各種運(yùn)行管理設(shè)備可以通過(guò)IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議參與變電站的自動(dòng)化管理，如在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分析系統(tǒng)等，為運(yùn)行管理提供了多樣化的手段。

2 運(yùn)行維護(hù)的特點(diǎn)

2.1 運(yùn)行操作的特點(diǎn)

（1）數(shù)字站既可以進(jìn)行程序化操作也可以進(jìn)行人工逐步操作。因此典型操作需要定義兩種常見(jiàn)的操作方式，一種是在后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)上進(jìn)行初態(tài)到目標(biāo)態(tài)的程序化操作，另一種是當(dāng)順控因故無(wú)法進(jìn)行時(shí)采用開(kāi)關(guān)遙控、閘刀就地電動(dòng)的常規(guī)操作。另外也可以進(jìn)行后臺(tái)點(diǎn)控和就地手動(dòng)等操作方式。

（2）TA端子的取消，使得TA端子切換虛擬化。在數(shù)字站中檢修開(kāi)關(guān)時(shí)，電流回路脫離差動(dòng)保護(hù)是通過(guò)退出主變保護(hù)相應(yīng)合并器投入軟壓板實(shí)現(xiàn)的?；诔杀究紤]110 kV進(jìn)線電流和母線電壓往往共用合并器，退出該壓板使電流回路脫離的同時(shí)也使母線的二次電壓脫離保護(hù)。

（3）軟壓板大量取代硬壓板是運(yùn)行操作的一個(gè)顯著轉(zhuǎn)變。數(shù)字站的壓板操作以軟壓板遙控為主，配備少量的硬壓板。保護(hù)的功能投退，開(kāi)入開(kāi)出均可以通過(guò)操作軟壓板實(shí)現(xiàn)，硬壓板主要是開(kāi)關(guān)的總出口、非電量保護(hù)投跳和投信、10 kV低壓保護(hù)的開(kāi)入開(kāi)出等。考慮到安全性，通過(guò)軟壓板投退保護(hù)的操作，必須要檢查裝置無(wú)異常、操作畫(huà)面和后臺(tái)報(bào)文符合操作要求。

2.2 運(yùn)行維護(hù)的特點(diǎn)

（1）設(shè)備的運(yùn)行規(guī)程需要修訂或新增。數(shù)字站智能化的一次設(shè)備（如智能終端、合并器，電子式互感器、光式互感器等）和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備（如GPS對(duì)時(shí)系統(tǒng)、交換機(jī)、光纖、數(shù)字式二次設(shè)備等）無(wú)相對(duì)應(yīng)的運(yùn)行規(guī)程，原有的規(guī)程沒(méi)有涉及新設(shè)備的內(nèi)容，許多條款已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展和新設(shè)備的應(yīng)用，數(shù)字站關(guān)鍵的設(shè)備如交換機(jī)原本就沒(méi)有相應(yīng)的運(yùn)行規(guī)程。新設(shè)備的運(yùn)行需求與相對(duì)滯后的規(guī)程所形成的矛盾將在一定的時(shí)間范圍內(nèi)繼續(xù)存在。因此數(shù)字站運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累和運(yùn)行數(shù)據(jù)的保存顯得十分重要，其成果將是編制新規(guī)程的重要參考依據(jù)。

（2）巡視的項(xiàng)目發(fā)生變化。數(shù)字站大量應(yīng)用新技術(shù)和新設(shè)備將使運(yùn)行巡視的關(guān)注點(diǎn)發(fā)生變化，需及時(shí)制定巡視項(xiàng)目表。新技術(shù)應(yīng)用后原有的設(shè)備從原理到結(jié)構(gòu)和外觀都發(fā)生了改變，如電子式互感器，不需要巡視油色、油位、滲漏油，二次端子接頭發(fā)熱，端子箱引線端子無(wú)松動(dòng)、過(guò)熱、打火現(xiàn)象等情況，需要關(guān)注的是絕緣脂的狀態(tài)、振動(dòng)和聲響、采集器和光纖是否異常等。對(duì)一些關(guān)鍵設(shè)備，如GPS對(duì)時(shí)系統(tǒng)、交換機(jī)等，巡視時(shí)要重點(diǎn)關(guān)注外觀和指示燈以及光字牌；光纖的運(yùn)行維護(hù)也是全新的課題。

（3）安全措施由點(diǎn)到面。常規(guī)站的安全措施可以直觀地參照設(shè)備之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的聯(lián)系，可以在相關(guān)的設(shè)備、壓板和端子上設(shè)置標(biāo)示牌和布置紅布幔等措施。因此常規(guī)站安全措施的布置方法和范圍均簡(jiǎn)單明確，而數(shù)字站在這兩方面均存在一定的難度。安全措施布置方法的困難集中在軟壓板和交換機(jī)端口方面，如軟壓板既可由運(yùn)行人員后臺(tái)操作也可由檢修人員就地操作。要確保壓板狀態(tài)不發(fā)生變化，插拔交換機(jī)端口時(shí)確保不誤碰誤插其他接口等。安全措施的布置范圍需要從該設(shè)備對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的影響范圍來(lái)考慮，特別是多個(gè)功能合一的設(shè)備，如合并單元、交換機(jī)、GPS對(duì)時(shí)系統(tǒng)、主變高壓側(cè)測(cè)控等，主變分接開(kāi)關(guān)調(diào)檔回路檢查時(shí)，涉及分接開(kāi)關(guān)、主變本體智能終端、非電量、主變交換機(jī)、高壓側(cè)測(cè)控、主變閘刀等，如是中央交換機(jī)檢查則涉及更多的設(shè)備。

（4）事故處理思路需要擴(kuò)展。常規(guī)站的事故及異常處理過(guò)程和方法經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐已經(jīng)非常成熟，而數(shù)字站在這方面還要不斷積累經(jīng)驗(yàn)。數(shù)字站的事故及異常處理與常規(guī)站的差別也集中在這兩點(diǎn)。數(shù)字站的事故及異常處理除了檢查一次設(shè)備、保護(hù)裝置和告警信息外，還要考慮到一次設(shè)備是否受到干擾，網(wǎng)絡(luò)是否出現(xiàn)異常，采樣是否同步等問(wèn)題。

2.3 設(shè)備命名的特點(diǎn)

（1）制定新命名規(guī)范。數(shù)字站的軟壓板比較多，設(shè)計(jì)圖紙和廠家均不會(huì)給出詳盡名稱和編號(hào)，運(yùn)行部門(mén)根據(jù)需求配置軟壓板并自行命名?？梢钥紤]采用表意雙重命名，功能投退軟壓板用“RT＋編號(hào)”表示，GOOSE出口壓板用“GO出口壓板＋表意＋編號(hào)”表示。編號(hào)來(lái)自裝置中的軟壓板排序，投入壓板和出口壓板各自排序，如投入軟壓板RT1-1表示第1套保護(hù)編號(hào)為1的功能投入軟壓板，GO出口軟壓板GB－5表示高壓備自投編號(hào)為5的GOOSE出口軟壓板。

（2）編制指示燈的功能和狀態(tài)表。數(shù)字站的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備比較多，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的特點(diǎn)是指示燈繁多，除少量表明含義外大多數(shù)無(wú)法直接知道其含義，而且指示燈有常亮、常滅、常閃和偶閃多種狀態(tài)。為了方便巡視和檢查，特別編制了彩色的指示燈功能和狀態(tài)表，粘貼在對(duì)應(yīng)設(shè)備旁以供參考。主要有交換機(jī)對(duì)應(yīng)表、GPS對(duì)時(shí)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)表、小車控制器對(duì)應(yīng)表和其他設(shè)備對(duì)應(yīng)表。

（3）關(guān)鍵設(shè)備簡(jiǎn)要說(shuō)明。由于運(yùn)行人員對(duì)新設(shè)備的了解有限，特別要求廠家提供了關(guān)鍵裝置的基本原理介紹和異常時(shí)對(duì)系統(tǒng)的影響，如GPS對(duì)時(shí)系統(tǒng)說(shuō)明、交換機(jī)端口說(shuō)明等。

2.4 穩(wěn)定抽象原則（SAP）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

相較與常規(guī)站的SAP數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)字站在二次設(shè)備上多了一些以往沒(méi)有應(yīng)用過(guò)的數(shù)字化裝置，例如合并器、智能操作終端、電子式互感器等。對(duì)于電子式互感器來(lái)說(shuō)，沒(méi)有與之匹配的數(shù)據(jù)輸入模板，都是采用常規(guī)的干式電流互感器或電磁式電壓互感器模板進(jìn)行數(shù)據(jù)的導(dǎo)入。暫時(shí)將采集電壓電流數(shù)據(jù)的合并單元?dú)w為測(cè)控裝置，而將智能操作終端歸為操作箱。

2.5 基礎(chǔ)資料的歸檔

數(shù)字站基礎(chǔ)資料的歸檔，目前存在的問(wèn)題主要是：

（1）設(shè)備說(shuō)明書(shū)不詳細(xì)。由于產(chǎn)品個(gè)性化強(qiáng)，說(shuō)明書(shū)無(wú)法完全通用，即便有對(duì)應(yīng)版本的說(shuō)明書(shū)也不夠詳細(xì)，有的類似產(chǎn)品介紹，有的側(cè)重產(chǎn)品測(cè)試幾乎沒(méi)有運(yùn)行維護(hù)的建議。

（2）進(jìn)口設(shè)備的資料沒(méi)有漢化。數(shù)字站設(shè)置有一些進(jìn)口產(chǎn)品如羅杰康交換機(jī)、光纖測(cè)溫等，由于是國(guó)外產(chǎn)品，因此設(shè)備說(shuō)明書(shū)或者中文翻譯不詳盡，或者干脆全英文。

由于數(shù)字站基礎(chǔ)資料的歸檔有別于常規(guī)站，因此，還需做好以下兩條：

（1）由于產(chǎn)品的版本因設(shè)計(jì)需求變動(dòng)較快，應(yīng)及時(shí)索要說(shuō)明書(shū)電子版并存檔，一旦紙質(zhì)遺失還有電子備份。

（2）數(shù)字站的重要資料除了說(shuō)明書(shū)、試驗(yàn)報(bào)告和圖紙外，還要格外注意保存廠家現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的文件備份，特別是交換機(jī)配置說(shuō)明和VLAN劃分表，應(yīng)作為重要資料保存。

3 結(jié)語(yǔ)

數(shù)字站把一次設(shè)備、二次設(shè)備和自動(dòng)化設(shè)備更加緊密地聯(lián)系在一起，基于IEC 61850重新建模，打破了原有的思維模式，對(duì)運(yùn)行人員提出了更高的要求。運(yùn)行人員由過(guò)去面向設(shè)備逐漸要轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦蛟怼⒔Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)壬顚哟蔚念I(lǐng)域，從簡(jiǎn)單的運(yùn)行維護(hù)發(fā)展到對(duì)整個(gè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的理解和分析。因此，數(shù)字化變電站的運(yùn)行一方面要加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行隊(duì)伍的建設(shè)，需要大量高學(xué)歷和高水平的人才補(bǔ)充到運(yùn)行一線；另一方面要重視資料的記錄和總結(jié)，對(duì)各種運(yùn)行數(shù)據(jù)和運(yùn)行情況進(jìn)行收集整理，積累數(shù)字站的運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，才能不斷提高數(shù)字化變電站的運(yùn)行水平。

[1]包紅旗.HGIS與數(shù)字化變電站[M].北京:中國(guó)電力出版社，2009.

[2]劉振亞.智能電網(wǎng)技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2010.