數(shù)字化變電站電力自動化技術(shù)特點、應(yīng)用及發(fā)展

于林娜

（河北省黃驊市電力局，河北 黃驊 061100）

在當(dāng)今的信息化時代中，數(shù)字化也越來越為人們所重視，數(shù)字化技術(shù)為信息社會提供了基礎(chǔ)。數(shù)字化變電站就是使變電站的所有信息采集，傳輸，處理，輸出過程由過去的模擬信息全部轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，并建立與之相適應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)。它的基本特征體現(xiàn)在設(shè)備智能化，通信網(wǎng)絡(luò)化模型和通信協(xié)議統(tǒng)一化，運行管理自動化等方面。變電站自動化應(yīng)用技術(shù)經(jīng)過十多年的發(fā)展已經(jīng)達到一定的水平，隨著智能控制開關(guān)、光電式電流電壓傳感器、一次運行設(shè)備在線狀態(tài)檢測等技術(shù)日趨成熟，以及高速計算機網(wǎng)絡(luò)在實時系統(tǒng)中的應(yīng)用，數(shù)字化技術(shù)在變電站自動化運行管理系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。

1.數(shù)字化變電站的技術(shù)特點和應(yīng)用

1.1 一次設(shè)備的智能化

一次設(shè)備中被檢測的信號回路和被控制的操作驅(qū)動回路都采用微處理器和光電技術(shù)的設(shè)計，這使常規(guī)機電式繼電器及控制回路的結(jié)構(gòu)簡化了，傳統(tǒng)的導(dǎo)線連接被數(shù)字程控器及數(shù)字公共信號網(wǎng)絡(luò)所取代?？删幊炭刂破鞔媪俗冸娬径位芈分谐Ｒ?guī)的繼電器和其邏輯回路，常規(guī)的強電模擬信號和控制電纜被光電數(shù)字和光纖代替。

1.2 二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化

變電站中常規(guī)的二次設(shè)備：故障錄波裝置、繼電保護裝置、電壓無功控制、量控制裝置、遠動裝置、同期操作裝置、在線狀態(tài)檢測裝置等，都是基于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的微處理機技術(shù)而設(shè)計制造，設(shè)備之間的通信連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)，二次設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)真正地實現(xiàn)了數(shù)據(jù)、資源的共享。

1.3 自動運行的管理系統(tǒng)

變電站運行管理系統(tǒng)的自動化包括電力生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)、狀態(tài)記錄統(tǒng)計無紙化、自動化；變電站運行發(fā)生故障時，并且能夠及時地提供故障分析報告，指出故障原因及相應(yīng)的處理意見；系統(tǒng)能自動發(fā)出變電站設(shè)備檢修報告。要想在變電站內(nèi)一次電氣設(shè)備與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。在一、二次設(shè)備之間同樣實現(xiàn)全數(shù)字化通信，如果變電站內(nèi)智能裝置的數(shù)量急劇增加，全站智能裝置必須采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)建模及數(shù)據(jù)通信平臺，才能實現(xiàn)互操作性。

2.數(shù)字化變電站電力自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)運行

對變電站直流智能設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測管理系統(tǒng)，包括分布在各變電站的智能檢測設(shè)備，還包括數(shù)據(jù)采集設(shè)備、信息處理單元，智能檢測設(shè)備的信息輸出端接入信息采集設(shè)備的輸入端，信息采集設(shè)備將信息轉(zhuǎn)換為TCP/IP通訊協(xié)議的數(shù)據(jù)包，并將所采集數(shù)據(jù)信息送入開放實時數(shù)據(jù)庫，便于設(shè)備運行狀態(tài)信息處理單元進行分析處理，使設(shè)備信息能得到充分利用，對數(shù)據(jù)進行處理分析并web發(fā)布，對變電站直流電源系統(tǒng)各設(shè)備的運行情況進行實時監(jiān)控。

在高壓和超高壓變電站中，保護裝置、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、控制操作回路等將割列出來作為化一次設(shè)備的一部分。反言之，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)繼電保護裝置、測控等裝置的I/O部分；而在中低壓變電站則將保護、監(jiān)控裝置多型化、融合化，完整地安裝在開關(guān)柜上，實現(xiàn)了變電站機電一體化設(shè)計。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，即化的多層網(wǎng)絡(luò)化設(shè)備；在邏輯結(jié)構(gòu)上可分為3個層次分別稱為“過程層”、“間隔層”、“站控層”，各層次內(nèi)部及層次之間采用高速網(wǎng)絡(luò)通信。

2.1 過程層。過程層是一次設(shè)備與二次設(shè)備的融合面或者說過程層是指組成的復(fù)雜的非線性動態(tài)系統(tǒng).過程層的主要功能分3類:①電力運行實時的電氣量檢測；②運行設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)檢測③操作控制執(zhí)行與驅(qū)動。

2.2 間隔層。間隔層設(shè)備的主要功能是：①匯總本間隔過程層實時數(shù)據(jù)信息；②實施對一次設(shè)備保護控制功能；③實施本間隔操作閉鎖功能；④實施操作同期及其他控制功能；⑤對數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計運算及控制命令的發(fā)出具有優(yōu)先級別的控制；⑥承上啟下的通信功能，即同時高速完成與過程層及站控層的網(wǎng)絡(luò)通信功能。

2.3 站控層。站控層的主要任務(wù)是:①通過2級高速網(wǎng)絡(luò)匯總?cè)镜膶崟r數(shù)據(jù)信息，不斷刷新實時數(shù)據(jù)庫，按時登錄歷史數(shù)據(jù)庫；②按既定規(guī)約將有關(guān)數(shù)據(jù)信息送向調(diào)度或控制中心；③接收調(diào)度或控制中心有關(guān)控制命令并轉(zhuǎn)間隔層、過程層執(zhí)行；④具有在線可編程的全站操作閉鎖控制功能；⑤具有站內(nèi)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控，人機聯(lián)系功能；⑥具有對間隔層、過程層諸設(shè)備的在線維護、在線組態(tài)，在線修改參數(shù)的功能；⑦具有變電站故障自動分析和操作培訓(xùn)功能。

3.數(shù)字化變電站技術(shù)中存在的問題

數(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，基于智能斷路器技術(shù)的成熟度實現(xiàn)信息采集、處理、傳輸、從交流量的采集到斷路器操作的全數(shù)字化應(yīng)用；通過變電站總線與過程層總線的集成，實現(xiàn)數(shù)字化變電站集成型自動化的應(yīng)用等。數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的研究目前尚處于起步階段，大部分精力集中在過程層方面，例如智能化開關(guān)設(shè)備，光電互感器、狀態(tài)檢測等技術(shù)與設(shè)備的研究開發(fā)。目前存在著許多問題：首先，研究開發(fā)過程中專業(yè)協(xié)作需要加強，比如智能化電器的研究至少存在機、電、光三個專業(yè)協(xié)同攻關(guān)。其次，材料器件方面的缺陷及改進。并且試驗設(shè)備、測試方法、檢驗標(biāo)準(zhǔn)，特別是電磁干擾與兼容控制與試驗還是薄弱環(huán)節(jié)。

4.數(shù)字化變電站的未來發(fā)展

數(shù)字化變電站技術(shù)的發(fā)展將會是個長期的過程，需要考慮與目前常規(guī)變電站技術(shù)的兼容性。

4.1 過程層常規(guī)設(shè)備接入方案

過程層常規(guī)設(shè)備主要指互感器和斷路器設(shè)備，具體應(yīng)用就是采取非常規(guī)互感器技術(shù)和智能斷路器技術(shù)，或智能斷路器控制器技術(shù)，常規(guī)設(shè)備的接入方式主要有三種基本模式：常規(guī)互感器和常規(guī)斷路器；常規(guī)互感器和智能斷路器；非常規(guī)互感器和常規(guī)斷路器。

4.2 過程總線方案

在第二階段中前面控制和測量數(shù)據(jù)的分離通信系統(tǒng)將合并到一起，控制和測量數(shù)據(jù)的合并減少了間隔接線的復(fù)雜性，但間隔層IED設(shè)備需要兩個以太網(wǎng)口分別與過程總線和變電站總線連接。由于傳送了來自合并單元的數(shù)字化電氣量測系統(tǒng)的瞬時值，此種通信方式比第一階段中的通信方式更快。出于這個原因?qū)⑹褂?00 Mbit／s以太網(wǎng)，通過過程總線保護裝置的跳閘命令被發(fā)送到斷路器。

4.3 過程總線和站總線合并方案

由于第一 ，第二階段中過程總線和變電站總線都使用了基于MMS應(yīng)用層通信堆棧的以太網(wǎng)，和以太網(wǎng)的不斷發(fā)展，使得變電總線聯(lián)接構(gòu)成一個通信網(wǎng)。并且不會影響變電站內(nèi)部站的通信。

5.結(jié)束語

數(shù)字化變電站技術(shù)發(fā)展過程中可以實現(xiàn)對常規(guī)變電站技術(shù)的兼容，這意味著數(shù)字化變電站應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展可以建立在現(xiàn)有變電站自動化技術(shù)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)應(yīng)用上的平穩(wěn)發(fā)展和逐步突破，使新技術(shù)的應(yīng)用能有機地結(jié)合電網(wǎng)的發(fā)展，未來在數(shù)字化變電站應(yīng)用技術(shù)成熟的基礎(chǔ)上將標(biāo)志著新代數(shù)字化電網(wǎng)的實現(xiàn)。同時提高了變電站運行的安全性、可靠性和科學(xué)性。

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[3]夏葉.變電站常規(guī)設(shè)備故障維護與檢修.電器自動化，2008-6.