數(shù)字化變電站意義及關(guān)鍵技術(shù)研究

高培淞曾曉璞

數(shù)字化變電站意義及關(guān)鍵技術(shù)研究

高培淞1曾曉璞2

（1.成都電業(yè)局城網(wǎng)管理所，四川 成都 610061；2.成都電業(yè)局人力資源部，四川 成都 610061）

基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，對研究數(shù)字化變電站重要意義進(jìn)行了探討。結(jié)合數(shù)字化變電站二次體系結(jié)構(gòu)，對數(shù)字化變電站關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，從整體上對數(shù)字化變電站進(jìn)行闡述。

數(shù)字化變電站 ；意義 ；關(guān)鍵技術(shù) ；體系結(jié)構(gòu)

1 實(shí)現(xiàn)數(shù)字化變電站的重要意義

變電站自動化技術(shù)經(jīng)過十多年的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到一定的水平，一定程度上提高了電網(wǎng)建設(shè)的現(xiàn)代化水平，增強(qiáng)了輸配電和電網(wǎng)調(diào)度的可靠性。然而，傳統(tǒng)變電站自動化系統(tǒng)仍然存在下列問題：

互操作問題

由于不同廠家變電站自動化系統(tǒng)采用的通信技術(shù)和協(xié)議各不相同，造成產(chǎn)品之間缺乏互操作性，導(dǎo)致集成和維護(hù)成本的增加，也降低了系統(tǒng)的可靠性。

電磁式互感器的問題

傳統(tǒng)互感器存在鐵芯飽和、暫態(tài)特性差和體積龐大等缺點(diǎn)，難以滿足現(xiàn)代自動化技術(shù)的需求。

常規(guī)一次設(shè)備的問題

目前多數(shù)變電站都沒有裝設(shè)狀態(tài)監(jiān)視設(shè)備，由于缺乏一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視信息，通常只能采用計(jì)劃檢修，而不能實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修。同時，非智能斷路器設(shè)備也不能實(shí)現(xiàn)按波形控制合閘角和在線監(jiān)測的功能。

線纜投資、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較高

數(shù)字化變電站成功地解決了上述傳統(tǒng)變電站存在的問題，是電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢，是通訊技術(shù)、信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)以及數(shù)字化技術(shù)在變電站內(nèi)的全面推廣應(yīng)用將是解決這些難題的關(guān)鍵所在。目前，國際電工委員會TC57工作組已經(jīng)制定了《變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)》系列標(biāo)準(zhǔn)——IEC 61850，為變電站自動化系統(tǒng)提供了統(tǒng)一平臺和標(biāo)準(zhǔn)框架。隨著電子式電流、電壓互感器、一次運(yùn)行設(shè)備在線狀態(tài)檢測、變電站運(yùn)行操作培訓(xùn)仿真等技術(shù)日趨成熟，以及計(jì)算機(jī)高速網(wǎng)絡(luò)在實(shí)時系統(tǒng)中的開發(fā)應(yīng)用，勢必對已有的變電站自動化技術(shù)產(chǎn)生深刻的影響，全數(shù)字化的變電站自動化系統(tǒng)即將得到廣泛的應(yīng)用。通過數(shù)字化變電站技術(shù)的研究和實(shí)施，提高變電站自動化系統(tǒng)以及整個電網(wǎng)的技術(shù)水平和安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。

目前我國正在大力建設(shè)創(chuàng)新型國家，國家電網(wǎng)公司已成為全國“創(chuàng)新型試點(diǎn)企業(yè)”。國家電網(wǎng)公司高度重視科技進(jìn)步和自主創(chuàng)新，將其作為公司和電網(wǎng)發(fā)展的戰(zhàn)略支撐，力爭掌握一批擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵技術(shù)和核心技術(shù)，占據(jù)世界電力科技發(fā)展制高點(diǎn)，在能源技術(shù)創(chuàng)新中積極發(fā)揮主體作用和表率作用，服務(wù)創(chuàng)新型國家建設(shè)。而數(shù)字化變電站在各個方面均順應(yīng)了科技進(jìn)步和自主創(chuàng)新的要求。首先在技術(shù)儲備方面，IT技術(shù)與通信技術(shù)近些年來的突破性進(jìn)展使得數(shù)字化變電站從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度而言成為可能，智能化電氣設(shè)備的發(fā)展，特別是智能化斷路器、電子式互感器等機(jī)電一體化智能設(shè)備的出現(xiàn)，使得變電站進(jìn)入了數(shù)字化發(fā)展的新階段；其次在發(fā)展水平上看，在數(shù)字化變電站的研究、試驗(yàn)、工程推廣等方面，國外企業(yè)也剛剛開展，尤其國內(nèi)在ECT/EPT及變電站自動化等方面的研究工作并不落后于國外企業(yè)，可以說實(shí)現(xiàn)數(shù)字化變電站是建設(shè)創(chuàng)新型電網(wǎng)的要求，也是我國電力行業(yè)趕超國際水平的一個契機(jī)。

通過數(shù)字化66kV變電所的建設(shè)與研究，提出適合中國電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行方式的完整的66kV數(shù)字化變電站系統(tǒng)方案，將對鞍山以至整個遼寧電網(wǎng)的數(shù)字化建設(shè)工作產(chǎn)生積極影響。

數(shù)字化變電站含義及其關(guān)鍵技術(shù)

數(shù)字化變電站技術(shù)是指基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)建立全站統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)通信平臺，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)一次設(shè)備和二次設(shè)備的數(shù)字化通信，以全站為對象統(tǒng)一配置保護(hù)和自動化功能。

其主要特征包括：

——基于IEC61850的全站統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型及通信服務(wù)平臺；

——智能化一次電氣設(shè)備；

——基于全站統(tǒng)一授時的網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備。

我們認(rèn)為實(shí)現(xiàn)“數(shù)字化變電站”的關(guān)鍵技術(shù)包括以下幾點(diǎn)：

●IEC61850的體系架構(gòu)

●全站功能的統(tǒng)一配置

●一體化功能系統(tǒng)控制器

●通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

●電子式電流/電壓互感器

●智能化的一次設(shè)備

●全站統(tǒng)一的授時系統(tǒng)

數(shù)字化變電站基本內(nèi)容

分析上述數(shù)字化變電站要求可見，完整的數(shù)字化變電站方案應(yīng)包括符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的全部一次、二次系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。大體可分為以下幾部分內(nèi)容：

a一次部分

●變壓器

●開關(guān)、刀閘

●直流系統(tǒng)等

b二次部分

二次系統(tǒng)在邏輯上按功能可分為過程層、間隔層和變電站層，結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 數(shù)字化變電站邏輯功能分層體系結(jié)構(gòu)示意圖

●硬件設(shè)備

為實(shí)現(xiàn)圖1所示的邏輯功能，二次系統(tǒng)設(shè)備包括：

a.電子式互感器、合并單元

b.變壓器智能單元

c.開關(guān)、刀閘控制器

d.直流系統(tǒng)智能單元

e.滿足IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)控制器

f.監(jiān)控主機(jī)（操作員站，工程師站）

g.遠(yuǎn)動主機(jī)

h.打印服務(wù)器

i.工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)和用于光纖通信的光端機(jī)

●軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)采用跨平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可選擇windows、Unix、linux操作系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)按照IEC61850模型定義、實(shí)現(xiàn)，所有程序支持IEC61850模型。系統(tǒng)集成工程化工具為工程人員或用戶提供完善、方便的配置、測試、維護(hù)手段，包括系統(tǒng)的配置/組態(tài)、實(shí)時庫的管理、模型、通信的一致性測試、SCL配置文件和參數(shù)化的管理等功能。

●站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)

系統(tǒng)應(yīng)以網(wǎng)絡(luò)交換以太網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，站級總線采用星型結(jié)構(gòu)光纖10M/100M以太網(wǎng)，組網(wǎng)方式為VLAN虛擬以太網(wǎng)，具有自愈功能；過程總線選擇星型結(jié)構(gòu)光纖100/1000Mb以太網(wǎng)，防止出現(xiàn)實(shí)時信息在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)生碰撞以至影響實(shí)時響應(yīng)要求。必要時可考慮采用VLAN優(yōu)先級協(xié)調(diào)多以太網(wǎng)跨過多交換機(jī)運(yùn)行。

在66kV數(shù)字化變電站的設(shè)計(jì)方案中，根據(jù)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量的計(jì)算結(jié)果，站級總線和過程總線均采用星形結(jié)構(gòu)光纖100M以太網(wǎng)。

●授時系統(tǒng)

時鐘同步系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器（主時鐘）及時鐘擴(kuò)展輸出裝置（擴(kuò)展時鐘）組成。時鐘同步系統(tǒng)具有兩臺互為備用的網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器，時鐘擴(kuò)展輸出裝置的具體數(shù)量根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際進(jìn)行選項(xiàng)匹配，以滿足時間系統(tǒng)對信號數(shù)量和種類的要求。網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器和時鐘擴(kuò)展輸出裝置既可以集中組屏，也可根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況單獨(dú)組屏。

[1]謝型果.IEEE1588時鐘同步報(bào)文硬件標(biāo)記研究與實(shí)現(xiàn)[A].華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文[D].2008(06).

[2]許繼電氣電網(wǎng)保護(hù)自動化公司.數(shù)字化變電站關(guān)鍵技術(shù)說明書[Z].2011（06）.

[3]何永安.IEC61850標(biāo)準(zhǔn)對于數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的意義[J].北京電力高等專科報(bào)，2011(03).

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