新型關(guān)鍵技術(shù)在數(shù)字化變電站建設(shè)中的應(yīng)用

李海亮

摘 要：伴隨數(shù)字化變電站技術(shù)的快速進(jìn)步，數(shù)字化變電站的建設(shè)工作取得了實(shí)質(zhì)性地進(jìn)展。文章對(duì)電子式互感器以及變電站信息通信技術(shù)等自動(dòng)化系統(tǒng)中新型核心技術(shù)的運(yùn)用情況進(jìn)行了深入分析與探討。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化變電建設(shè)；信息通信技術(shù)；自動(dòng)化；電子式互感器

中圖書分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2012）32-0120-02

伴隨科技的快速進(jìn)步，中國(guó)的數(shù)字化變電站技術(shù)已日趨成熟，數(shù)字化變電站指的是變電站內(nèi)的一次電子裝置、二次電子裝置全部實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，并建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)建模以及通信平臺(tái)，從而使得智能設(shè)備間的互操作性得到提升。智能化開關(guān)技術(shù)、一次運(yùn)行設(shè)備在線檢測(cè)技術(shù)、電流電壓互感器（光電式）以及變電站運(yùn)行操作仿真技術(shù)的快速發(fā)展，加上自動(dòng)系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的運(yùn)用，對(duì)于變電站的數(shù)字化發(fā)展十分有利。

1 網(wǎng)絡(luò)化的信息通信技術(shù)

所謂數(shù)字化變電站指的是利用先進(jìn)的代通信技術(shù)及其通信媒介取代普通的通信電纜，從而進(jìn)一步簡(jiǎn)化了分層組網(wǎng)技術(shù)，使得二次系統(tǒng)變得更加簡(jiǎn)捷。變電站內(nèi)的所有二次設(shè)備都是基于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的微處理機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)制造，而設(shè)備間的互聯(lián)利用的是高速通信網(wǎng)絡(luò)，通過局域網(wǎng)達(dá)到數(shù)據(jù)、資源的高度共享，省去了普通功能裝置的接口，傳統(tǒng)的功能裝置被邏輯上的功能模塊所替代網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的運(yùn)用，數(shù)字化變電站能夠達(dá)到跨變電站、自動(dòng)協(xié)調(diào)控制以及跨區(qū)域的保護(hù)目的。

數(shù)字化變電站相互之間的通信通過以太網(wǎng)交換機(jī)（工業(yè)級(jí)IEC61850），充分利用光纖環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，所有變電站間信息實(shí)現(xiàn)了高速連接。變電站內(nèi)部主保護(hù)與測(cè)控裝置、直流以及電量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)（IED）則充分利用變電站高速以太網(wǎng)交換機(jī)（IEC61850）對(duì)信息進(jìn)行匯總，變電站、變電站監(jiān)控中心相互的通信都是通過IEC61850 通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)來完成。變電站內(nèi)配置了一種高性能的通信管理機(jī)，這種通信管理機(jī)與主機(jī)一體化的工業(yè)級(jí)嵌入式計(jì)算機(jī)相連。利用多模式通信接口將站內(nèi)其他設(shè)備信息進(jìn)行匯總，并綜合考慮未來擴(kuò)展的需要，匯總之后的信息在高速以太網(wǎng)上進(jìn)行交換。系統(tǒng)利用全站SNTP網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一對(duì)時(shí)模式，各站擁有各自獨(dú)立的全球定位系統(tǒng)GPS。

數(shù)字化變電站的站控層主要包括監(jiān)控、事件日志、告警以及遠(yuǎn)動(dòng)服務(wù)器等設(shè)備；間隔層主要繼電保護(hù)、測(cè)控、計(jì)量以及與接入其他智能設(shè)備規(guī)約轉(zhuǎn)換等設(shè)備；過程層主要包括合并單元、智能開關(guān)以及數(shù)字互感器等設(shè)備。站控層通信全部選用IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)，可直接接入IEC61850裝置的主要包括監(jiān)控后臺(tái)、遠(yuǎn)動(dòng)通信管理機(jī)以及保護(hù)信息子站等。間隔層通信網(wǎng)選用的是一種星型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，這種網(wǎng)絡(luò)能夠使得跨間隔的橫向聯(lián)鎖功能得以實(shí)現(xiàn)。電壓不超過110 kV 及的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)都可以選用單以太網(wǎng)，電壓超過110 kV的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)必須選用雙以太網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)選用的是IEC61850國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，而非IEC61850規(guī)約的設(shè)備必須經(jīng)過規(guī)約轉(zhuǎn)換之后才能接入。

GOOSE機(jī)制指的是面向通用對(duì)象的變電站事件，能夠?qū)τ蓴?shù)據(jù)集組織的公共數(shù)據(jù)交換獲得支持，是實(shí)現(xiàn)分布式保護(hù)或者分布式自動(dòng)化的前提，能夠運(yùn)用在間隔層以及過程層設(shè)備之間的縱向聯(lián)系，比如跳閘信息等，還可以運(yùn)用在間隔層設(shè)備之間的橫向聯(lián)系，保護(hù)以及測(cè)控等IED 相互之間也能夠?qū)崿F(xiàn)信息的交換，從而使得未來數(shù)字化變電站的互操作以及功能自由分布等功能得以實(shí)現(xiàn)。伴隨數(shù)字化變電站發(fā)展的日益成熟，將來的遠(yuǎn)方調(diào)度中心不需要經(jīng)過遠(yuǎn)動(dòng)裝置進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，通過直接接入變電站綜自系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)從而獲得所需要的相關(guān)信息。

2 自動(dòng)化運(yùn)行管理

數(shù)字化變電站運(yùn)行管理必須按照標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化以及現(xiàn)代化的要求進(jìn)行管理。為了有效貫徹落實(shí)“安全第一，預(yù)防為主”的安全生產(chǎn)方針，嚴(yán)格遵守“保人身、保電網(wǎng)、保設(shè)備”的電力生產(chǎn)工作原則，嚴(yán)格控制班組異常以及未遂為安全生產(chǎn)目標(biāo)，進(jìn)一步強(qiáng)化設(shè)備運(yùn)行管理工作，理順變電運(yùn)行管理。從而確保電網(wǎng)持續(xù)供電以及變電站安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行。

2.1 設(shè)備管理

2.1.1 設(shè)備和專業(yè)劃分發(fā)生的變化

電子式互感器所代替了普通的電磁型TA、TV，一次設(shè)備和二次設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)了有效融合，從而使得傳統(tǒng)的一次設(shè)備與二次設(shè)備之間界定更模糊；而網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)取代了傳統(tǒng)的二次回路的概念，繼電保護(hù)以及自動(dòng)化專業(yè)人員對(duì)回路的維護(hù)工作已經(jīng)變成對(duì)光纖通信網(wǎng)絡(luò)以及系統(tǒng)軟件的維護(hù)，使得傳統(tǒng)的繼電保護(hù)以及自動(dòng)化專業(yè)之間的界限也是變得更加模糊。所以，伴隨數(shù)字化變電站的快速發(fā)展，對(duì)一次設(shè)備、二次設(shè)備重新進(jìn)行界定早已提升議事日程，預(yù)計(jì)很快會(huì)有相關(guān)的文件加以明確。繼電保護(hù)以及自動(dòng)化兩個(gè)專業(yè)密切相關(guān)，部分供電局已開始嘗試建立大二次的基層班組，從而進(jìn)一步推動(dòng)數(shù)字化變電站的快速發(fā)展。

2.1.2 維護(hù)管理

智能化、網(wǎng)絡(luò)化是數(shù)字化變電站的基本特點(diǎn)，其維護(hù)工作量與綜合自動(dòng)化變電站相比更少，而事實(shí)上，維護(hù)工作顯得非常關(guān)鍵。在數(shù)字化變電站中必須高度重視合并單元、智能終端以及交換機(jī)等工作電源以及環(huán)境，并需要制定相應(yīng)的維護(hù)作業(yè)指導(dǎo)書。針對(duì)ODF箱上光纖的熔接以及接口位置，必須仔細(xì)檢查，保證光纖連接可靠。同時(shí)必須高度重視相關(guān)軟件的升級(jí)工作，必要的時(shí)候應(yīng)聯(lián)系廠家來完成軟件的升級(jí)工作，準(zhǔn)確記錄當(dāng)前運(yùn)行的軟件版本號(hào)。

2.2 技術(shù)資料管理

技術(shù)資料的管理工作對(duì)于數(shù)字化變電站顯得特別重要，必須高度重視如下資料的保存以及更新工作。參數(shù)整定表、合并單元的軟件版本號(hào)。網(wǎng)絡(luò)VLAN 的劃分原則及其詳細(xì)狀況；接收聯(lián)系表、GOOSE 報(bào)文發(fā)送；測(cè)控、保護(hù)、智能終端、故障錄波、交換機(jī)等GOOSE 網(wǎng)設(shè)備等相關(guān)文件；GOOSE 網(wǎng)光纜以及尾纖聯(lián)系圖；后臺(tái)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)備份；系統(tǒng)規(guī)范定義文件（SSD）、配置IED 描述文件（CID）、變電站配置文件（SCD）、IED 能力描述文件（ICD）；設(shè)備的告警或者出現(xiàn)故障之后的處理方式。

2.3 運(yùn)行管理

2.3.1 巡視檢查

數(shù)字化變電站設(shè)備運(yùn)行班組必須嚴(yán)格遵守相關(guān)管理規(guī)定要求對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行巡視檢查，具體內(nèi)容包括：{1}合并單元：定期對(duì)合并單元采樣情況進(jìn)行檢查，同時(shí)應(yīng)對(duì)激光電源的使用情況進(jìn)行檢查，各通道數(shù)據(jù)的“中斷”以及“異?！睌?shù)值的統(tǒng)計(jì)狀況進(jìn)行檢查；②智能終端：對(duì)于智能終端的指示是不是正確以及有沒有告警等狀況進(jìn)行檢查；③智能終端柜：詳細(xì)記錄柜內(nèi)溫度以及濕度值，對(duì)加熱器以及風(fēng)扇是不是正常工作等進(jìn)行檢查；④交換機(jī)：對(duì)交換機(jī)的運(yùn)行溫度，指示燈以及各接口是不是正常進(jìn)行檢查。

2.3.2 “五防”管理

由于在線式五防得到了快速發(fā)展，結(jié)合在線式五防系統(tǒng)的基本特點(diǎn)以及在程序化操作的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)前大部分的新建數(shù)字化變電站都運(yùn)用了在線式五防系統(tǒng)。需要高度重視的是在線式五防系統(tǒng)中接地樁的穩(wěn)定性以及刀閘電機(jī)電源的電動(dòng)操作性。在程序化操作過程中主要是依靠五防邏輯及操作票順序從而保證操作的正確性，所以，對(duì)于五防邏輯的正確性已經(jīng)合理性就有了更加嚴(yán)格的要求，在投運(yùn)之前的驗(yàn)收環(huán)節(jié)必須進(jìn)行重點(diǎn)把關(guān)，對(duì)邏輯表進(jìn)行仔細(xì)審核，努力搞好所有閉鎖試驗(yàn)。

2.3.3 倒閘操作

數(shù)字化變電站中的倒閘操作具有自動(dòng)化程度非常高的特點(diǎn)，特別是實(shí)現(xiàn)了程序化操作之后，工作效率得到很大的提高，操作的準(zhǔn)確性也得到了進(jìn)一步提高。這些全部是建立在設(shè)備穩(wěn)定、五防正確以及操作票正確的前提下。所以，在數(shù)字化變電站中，對(duì)設(shè)備的維護(hù)以及對(duì)五防及操作票的審核是重中之重。

3 電子式互感器的運(yùn)用

根據(jù)電子式互感器的不同原理，可以將其分成電原理型和光學(xué)型，光學(xué)型電子互感器是指充分利用光線在電場(chǎng)或者磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象，結(jié)合偏轉(zhuǎn)角度計(jì)算出電場(chǎng)或者磁場(chǎng)的強(qiáng)度，從而推算出系統(tǒng)的電流以及電壓值，該類型的電子式互感器的最大特點(diǎn)是其靈敏度高、絕緣性能好，但也存在一定的局限性，比如檢測(cè)信號(hào)微弱、容易受到周邊環(huán)境的影響、光學(xué)傳感材料的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性比較差以及封裝技術(shù)等等，有關(guān)研究人員已經(jīng)在檢測(cè)方法上采取了一定的措施，然而在短期內(nèi)光學(xué)型互感器仍然無法實(shí)現(xiàn)工程上的推廣與應(yīng)用。所以，國(guó)際上當(dāng)前能夠?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化運(yùn)行仍然是以電原理型的電子互感器為主，這種類型的電子互感器具有穩(wěn)定性好，性能可靠等優(yōu)點(diǎn)，我們國(guó)家對(duì)于光學(xué)型互感器的研究較為深入，因而這種類型的電子式互感器已經(jīng)在商業(yè)運(yùn)行中得到了推廣應(yīng)用。

最近幾年以來，由于我們國(guó)家變電站電壓等級(jí)的快速提高，電子式互感器的優(yōu)勢(shì)得到進(jìn)一步凸顯，特別是在特高壓以及超高壓的電力系統(tǒng)，電子式互感器的優(yōu)點(diǎn)更加凸顯，主要表現(xiàn)在絕緣性能以及暫態(tài)特性優(yōu)異，適應(yīng)強(qiáng)電磁環(huán)境能力強(qiáng)，能夠承受比較高水平的動(dòng)熱，與普通的互感器相比優(yōu)勢(shì)非常明顯。德國(guó)在特高壓試驗(yàn)場(chǎng)電子式互感器得到了大量運(yùn)用，而我們國(guó)家也有幾十個(gè)數(shù)字化變電站成功運(yùn)用，這些都選用了電子式互感器，可以預(yù)計(jì)的是，這將成為我們國(guó)家數(shù)字化變電站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行管理的一場(chǎng)重大的技術(shù)變革，具有十分深遠(yuǎn)的意義。

在技術(shù)方面，電子式互感器的應(yīng)用能夠進(jìn)一步提升設(shè)備的安全穩(wěn)定性，進(jìn)一步提高保護(hù)、測(cè)量以及計(jì)量系統(tǒng)的精確度，能夠有效防止信號(hào)傳輸、處理工作等產(chǎn)生的附加誤差，使得自動(dòng)化設(shè)備數(shù)量減少了，二次接線也更簡(jiǎn)化，變電站系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)一步提高，此外，數(shù)字化變電站設(shè)備的互操作性比較強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)前臺(tái)運(yùn)行系統(tǒng)以及其他后臺(tái)支持系統(tǒng)相互之間的內(nèi)部數(shù)據(jù)能夠高度共享，從而進(jìn)一步降低了通道重復(fù)建設(shè)以及投資，工程周期進(jìn)一步縮短，便于各種變電站的擴(kuò)、改建工作，縮短了設(shè)備投運(yùn)時(shí)間，電力設(shè)備的退出次數(shù)以及時(shí)間，有利于設(shè)備的更新以及維護(hù)工作，電力設(shè)備的工作效率得到提高，變電站工作周期內(nèi)的總投資成本也降低了。

4 結(jié) 語(yǔ)

建設(shè)數(shù)字化變電站的周期比較長(zhǎng)，盡可能符合信息共享、系統(tǒng)集成的要求，建設(shè)基于數(shù)字化電力設(shè)備以及智能電子技術(shù)設(shè)備（智能變壓器、電子式互感器）的數(shù)字化變電站，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字化變電站站內(nèi)各層間的無縫通信需要，這也是我們國(guó)家數(shù)字化變電站的發(fā)展趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 高翔.數(shù)字化變電站應(yīng)用技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008.

[2] 方麗華.數(shù)字化變電站技術(shù)叢書運(yùn)行維護(hù)分冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2010.

[3] 高翔，張沛超.數(shù)字化變電站的主要特征和關(guān)鍵技術(shù)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009，30（23）.