數(shù)字化變電站設(shè)計(jì)及運(yùn)行中面臨的問(wèn)題

摘要：數(shù)字化變電站是未來(lái)變電站的發(fā)展方向，也是電力系統(tǒng)中的信息節(jié)點(diǎn)與電能控制的節(jié)點(diǎn)，具有智能化、網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn)。然而由于技術(shù)的不成熟，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)不足，在設(shè)計(jì)和運(yùn)行方面還存在一定的問(wèn)題，本文分析了設(shè)備的配置和設(shè)計(jì)是否合理，經(jīng)濟(jì)性與功能是否得到了優(yōu)化，分析了運(yùn)行中設(shè)備出現(xiàn)的問(wèn)題，日常維護(hù)存在的問(wèn)題，并提出了相關(guān)建議。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化變電站；智能化；信息節(jié)點(diǎn)

中圖分類號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9599 (2012) 09-0000-02

一、引言

數(shù)字化變電站是智能電網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)物，其建設(shè)基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)電氣設(shè)備的功能優(yōu)化組合，實(shí)現(xiàn)互操作性和信息共享。數(shù)字化變電站其主要的特點(diǎn)是一次系統(tǒng)的智能化和二次系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化，智能化技術(shù)的應(yīng)用增強(qiáng)了電網(wǎng)調(diào)度以及輸電和配電的可靠性，IED（智能化電氣設(shè)備）體積小，數(shù)字化變電站占地面積小，建站投資成本低。隨著智能化水平的提高，現(xiàn)在無(wú)人值班變電站也正大力發(fā)展起來(lái)，管理與維護(hù)成本低。數(shù)字變電站的發(fā)展對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定性，自動(dòng)化水平的提高都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

然而從傳統(tǒng)的變電站到數(shù)字化變電站的投入使用還需要一個(gè)過(guò)渡過(guò)程，一方面是改造和過(guò)度方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施，另一個(gè)方面是由于新的技術(shù)手段的投入，新的設(shè)備的投入，由于運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)不足，設(shè)備兼容問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò)方案的安全問(wèn)題等還有待進(jìn)一步探討。

二、數(shù)字化變電站的特點(diǎn)

（一）數(shù)據(jù)采集的數(shù)字化

數(shù)字化變電站采用的是數(shù)字化的電氣測(cè)量系統(tǒng)，電氣量的采集、傳輸、處理以及輸出都是將模擬信號(hào)數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)一次系統(tǒng)與二次系統(tǒng)的電氣隔離。

（二）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次化

數(shù)字化變電站的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)IEC61850的特點(diǎn)是采用的層次化的結(jié)構(gòu)體系，將變電站的邏輯結(jié)構(gòu)分成三個(gè)層次，分別是過(guò)程層、間隔層、站控層，各個(gè)層次之間通過(guò)光纖進(jìn)行信號(hào)的通訊，與傳統(tǒng)的電纜相比，抗電磁干擾的能力更強(qiáng)，接線更加簡(jiǎn)化，數(shù)據(jù)傳輸速度更快。

（三）智能化的電氣設(shè)備

電氣設(shè)備的智能化是數(shù)字化變電站的基礎(chǔ)，例如現(xiàn)在研究和應(yīng)用較廣泛的電子式互感器、新型斷路器等，通過(guò)將電子技術(shù)與微機(jī)技術(shù)相結(jié)合，能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行更加精確的控制。

（四）緊湊的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

由于智能化電氣設(shè)備的應(yīng)用，數(shù)字化變電站的測(cè)量控制系統(tǒng)的重量輕，體積小，很方便將其集成在智能控制柜中，進(jìn)行功能的優(yōu)化組合。

正由于數(shù)字化變電站結(jié)合了現(xiàn)代電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其數(shù)據(jù)處理方式以及通信方式都不同于傳統(tǒng)的變電站，智能化程度更高，投資成本更低，因此得到了推廣，但是，目前技術(shù)不成熟，仍然還存在一定的問(wèn)題。

三、數(shù)字化變電站設(shè)計(jì)中的問(wèn)題

數(shù)字化變電站內(nèi)部設(shè)備的設(shè)計(jì)關(guān)系到整個(gè)數(shù)字變電站生命周期的工作性能，由于現(xiàn)在生產(chǎn)智能化電氣設(shè)備的廠家較多，部分設(shè)備的技術(shù)不是很成熟，設(shè)計(jì)缺乏人性化，仍然存在一定不兼容和不合理等方面的問(wèn)題。

接口兼容問(wèn)題。數(shù)字化變電站內(nèi)部的設(shè)備來(lái)自不同的廠家，接口的類型很多，在實(shí)際的運(yùn)行當(dāng)中會(huì)遇到接口不兼容的問(wèn)題，從而導(dǎo)致設(shè)備之間不能進(jìn)行有效的信號(hào)傳輸與數(shù)據(jù)共享，例如GPS對(duì)時(shí)接口與接收設(shè)備的接口不兼容，此時(shí)采用的解決辦法常常是由GPS的廠家更換插件，但是這樣就造成了不必要的時(shí)間拖延與成本的增加。

測(cè)控裝置冗余問(wèn)題。在數(shù)字化變電站中，微機(jī)的測(cè)量裝置很多，一方面設(shè)備的利用率不高，另一方面，增加了運(yùn)行維護(hù)的工作量，并且增加了出現(xiàn)錯(cuò)誤的幾率。因此在設(shè)計(jì)和建設(shè)階段，可以盡量減少微機(jī)的數(shù)目，可以合并的接口應(yīng)當(dāng)盡可能合并，避免過(guò)多的測(cè)量和控制單元，造成資源浪費(fèi)和不必要的工作量增加。

遙視系統(tǒng)無(wú)法生效問(wèn)題。遙視系統(tǒng)是遠(yuǎn)程控制和無(wú)人值班變電站中，工作人員的“眼睛”，能夠?qū)F(xiàn)場(chǎng)的情況通過(guò)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸。那么工作人員只需要通過(guò)遙視系統(tǒng)就可以了解變電站的運(yùn)行狀態(tài)，大大地提高了工作效率，是數(shù)字化變電站智能化的體現(xiàn)。然而實(shí)際工作中，攝像頭的數(shù)目不足，安裝位置不夠，不能獲得足夠的信息，遙視系統(tǒng)的功能沒(méi)有完全發(fā)揮。

通信故障問(wèn)題。信號(hào)通信是數(shù)字化變電站的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，也是保證信號(hào)傳輸工作正常的前提。然而由于其通常由微小的網(wǎng)絡(luò)組成，通常沒(méi)有得到足夠的重視，但是通信網(wǎng)絡(luò)一旦出現(xiàn)故障，那么就會(huì)造成很嚴(yán)重的影響，通信網(wǎng)絡(luò)的防護(hù)措施做得不夠，現(xiàn)在很多的通信光纜是埋在地下，沒(méi)有鋼鎧進(jìn)行保護(hù)，很容易受到老鼠或者人為的破壞。在數(shù)字化變電站中，使用的是各個(gè)廠家的設(shè)備，常常有不兼容的現(xiàn)象出現(xiàn)，為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)通信，需要加轉(zhuǎn)換器等，對(duì)信號(hào)通信造成了一定的影響。因此，在進(jìn)行通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí)應(yīng)該采用具有保護(hù)措施的光纜，盡量采用同一廠家的智能化設(shè)備，或者在進(jìn)行招標(biāo)時(shí)明確規(guī)定設(shè)備接口的標(biāo)準(zhǔn)。

設(shè)計(jì)缺乏人性化?，F(xiàn)在數(shù)字化變電站的建設(shè)和設(shè)計(jì)缺乏人性化，主要是體現(xiàn)在，變電站的設(shè)計(jì)和施工完成了，基本的功能也具備，但是卻給運(yùn)行和操作的人員的工作帶來(lái)極大的不方便。變電站內(nèi)很多的設(shè)備都安裝在室內(nèi)，在設(shè)計(jì)的時(shí)候?yàn)榱嗣烙^，很多時(shí)候直接將各種管道埋在地下，而在施工中進(jìn)行二次光纜或電纜的敷設(shè)時(shí)非常的麻煩，因此需要運(yùn)行人員與施工的人員進(jìn)行溝通，采取合理的線路掩埋方式。

監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不合理。變電站中后臺(tái)的監(jiān)控系統(tǒng)采用的都是單機(jī)、單網(wǎng)的設(shè)計(jì)方式，這樣運(yùn)行的可靠性有所降低，并影響到變電站的安全運(yùn)行。然而，現(xiàn)在數(shù)字化變電站中都是通過(guò)微機(jī)以及相關(guān)的軟件對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和控制，而智能化電氣設(shè)備的更新?lián)Q代比較快，軟件有時(shí)候針對(duì)新的設(shè)備難以發(fā)現(xiàn)其缺陷，監(jiān)控工作難以進(jìn)行。

由上分析可知，數(shù)字化變電站在設(shè)計(jì)階段的許多問(wèn)題對(duì)變電站的運(yùn)行有著關(guān)鍵性的影響，在設(shè)計(jì)中應(yīng)該按照IEC61850的相關(guān)技術(shù)規(guī)范，采用統(tǒng)一協(xié)議，根據(jù)需要采用具有較高性能和具有完善的保護(hù)措施的設(shè)備。

四、數(shù)字化變電站運(yùn)行問(wèn)題

保護(hù)裝置由于本身的缺陷誤發(fā)報(bào)文，造成斷路器誤動(dòng)作。由于電力系統(tǒng)或變電站本身的信號(hào)抖動(dòng)，變電站中的保護(hù)裝置可能發(fā)出動(dòng)作信號(hào)，斷路器動(dòng)作，造成供電可靠性降低?？梢酝ㄟ^(guò)升級(jí)全站的保護(hù)程序，增加消除抖動(dòng)的延時(shí)，增強(qiáng)抗干擾的能力。

電壓和電流等數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的問(wèn)題。在數(shù)字化變電站中進(jìn)行傳輸?shù)亩际菙?shù)字信號(hào)。通過(guò)電子互感器采集模擬信號(hào)，然后轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)的重要區(qū)別是，數(shù)字信號(hào)需要有同步時(shí)鐘，而模擬信號(hào)不需要。如果有一個(gè)間隔的信號(hào)丟失，那么將會(huì)造成整個(gè)間隔層的保護(hù)都無(wú)法動(dòng)作。由于設(shè)備的缺陷，信號(hào)丟失也很容易發(fā)生，除此之外，如果同種設(shè)備之間的數(shù)值轉(zhuǎn)換的計(jì)算方法不同，采用的精度不同，也將造成數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤的發(fā)生。解決的辦法是采用精度比較高的設(shè)備或者采用放大系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，減少誤差。

備用電源的不穩(wěn)定性。變電站內(nèi)部的備用電源主要是用于故障或者事故情況下對(duì)站內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行供電。在最初，采用的是站內(nèi)直流和逆變的方式作為變電站的備用電源。但是站內(nèi)直流不穩(wěn)定，因此故障時(shí)通信設(shè)備工作不正常，甚至有時(shí)候會(huì)造成事故相關(guān)狀態(tài)信息的丟失。UPS是一種含有儲(chǔ)能裝置，并且以逆變器作為主要組成部分的恒壓恒頻不間斷電源，主要用于計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)或者其他電力電子設(shè)備的電力供應(yīng)，其電壓波形精度高，頻率穩(wěn)定，能夠承受電網(wǎng)的電能波形波動(dòng)，電能間斷甚至短時(shí)的停電，具有低輸出阻抗的特點(diǎn)，因此作為變電站的備用電源，能夠提高變電站在事故之后的通信傳輸效率。

后臺(tái)機(jī)的運(yùn)行與維護(hù)不到位?，F(xiàn)在數(shù)字化變電站內(nèi)部后臺(tái)機(jī)的管理措施還不完善，管理缺位，只重視后臺(tái)機(jī)的病毒防護(hù)，然而忽視了其中的散熱和清潔工作。后臺(tái)機(jī)是一種常年工作的設(shè)備，其放置的環(huán)境往往有很多灰塵，如果不進(jìn)行及時(shí)清理，很多時(shí)候會(huì)出現(xiàn)藍(lán)屏死機(jī)等現(xiàn)象。然而后臺(tái)機(jī)記錄了大量的數(shù)據(jù)，因此很容易造成數(shù)據(jù)的丟失，對(duì)變電站的工作造成影響，通過(guò)采取及時(shí)有效的數(shù)據(jù)備份措施可以減少損失，但是對(duì)后臺(tái)機(jī)的維護(hù)工作仍然非常關(guān)鍵。

五、總結(jié)

數(shù)字化變電站具有智能化程度高的特點(diǎn)，其技術(shù)和使用的設(shè)備都是新興的，在設(shè)備的設(shè)計(jì)階段與運(yùn)行階段都會(huì)存在各種各樣的問(wèn)題。本文通過(guò)分析，根據(jù)數(shù)字化變電站的技術(shù)特點(diǎn)，總結(jié)了在設(shè)計(jì)階段設(shè)備冗余、設(shè)計(jì)不合理等方面的問(wèn)題，提出了相應(yīng)的建議，也總結(jié)了在實(shí)際運(yùn)行中數(shù)字化變電站中的安裝調(diào)試與日常維護(hù)問(wèn)題，其中提出的建議對(duì)變電站的運(yùn)行具有指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔡吉文，趙娟，錢家政.數(shù)字化變電站技術(shù)淺析[M].科技綜述，2009

[2]馮春松，段春華.變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行[J].黑龍江科技信息，2010

[3]孫東.數(shù)字化變電站系統(tǒng)概述[J].科技風(fēng)，2009

[4]陳軼偉.數(shù)字化變電站實(shí)用化研究[D].浙江大學(xué)，2007

[作者簡(jiǎn)介]孫睿（1984-），男，重慶人，助理工程師，研究方向：電力企業(yè)變電運(yùn)行管理。