數(shù)字化變電站的調(diào)試問題及其關(guān)鍵內(nèi)容研究

董 晴

(寧夏送變電工程公司，寧夏 銀川750001)

0 引言

在變電站自動化領(lǐng)域中，智能化電氣的發(fā)展，特別是智能開關(guān)、光電式互感器，變電站自動化技術(shù)進入了數(shù)字化的新階段。 盡管在全國各地不斷有數(shù)字化變電站工程項目的投運，但電力建設(shè)的調(diào)試作業(yè)卻沒有跟上數(shù)字化變電站的建設(shè)步伐，調(diào)試項目不清楚，調(diào)試方法不統(tǒng)一，仍然處在探索研究階段。

1 數(shù)字化變電站結(jié)構(gòu)

1.1 物理結(jié)構(gòu)

1.1.1 智能化的一次設(shè)備

智能化的一次電氣設(shè)備主要包括：電子式電流/電壓互感器、智能型斷路器/隔離開關(guān)、智能型變壓器，以及其它電氣輔助設(shè)備。 一次設(shè)備被檢測的信號回路和被控制的操作驅(qū)動回路采用微處理器和光電技術(shù)設(shè)計。 簡化了常規(guī)機電式繼電器及控制回路的結(jié)構(gòu)，數(shù)字程控器及數(shù)字公共信號網(wǎng)絡(luò)取代傳統(tǒng)的導(dǎo)線連接。

1.1.2 網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備

變電站內(nèi)的二次設(shè)備，如繼電保護裝置、防誤閉鎖裝置、測量控制裝置、遠動裝置、故障錄波裝置、電壓無功控制、同期操作裝置以及正在發(fā)展中的在線狀態(tài)檢測裝置設(shè)備等全部基于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的微處理機設(shè)計制造，設(shè)備之間的連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)通信，而不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復(fù)的I/O 現(xiàn)場接口，通過網(wǎng)絡(luò)真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源共享。 常規(guī)的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。

1.2 邏輯結(jié)構(gòu)

1.2.1 過程層

1）電力運行的實時電氣量檢測

電力運行的實時電氣量檢測主要是電流、電壓、相位以及諧波分量的檢測，其他電氣量如有功、無功、電能量可通過間隔層的設(shè)備運算得出。 與常規(guī)方式相比所不同的是傳統(tǒng)的電磁式電流互感器、電壓互感器被光電電流互感器、光電電壓互感器取代； 采集傳統(tǒng)模擬量被直接采集數(shù)字量所取代，這樣做的優(yōu)點是抗干擾性能強，絕緣和抗飽和特性好，開關(guān)裝置實現(xiàn)了小型化、緊湊化。

2）運行設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)在線監(jiān)測

變電站需要進行狀態(tài)參數(shù)檢測的設(shè)備主要有變壓器、斷路器、刀閘、母線、電容器、電抗器以及直流電源系統(tǒng)。 在線檢測的內(nèi)容主要有溫度、壓力、密度、絕緣、機械特性以及工作狀態(tài)等數(shù)據(jù)。

3）操作控制的執(zhí)行與驅(qū)動

包括變壓器分接頭調(diào)節(jié)控制，電容、電抗器投切控制，斷路器、刀閘合分控制，直流電源充放電控制。 即按上層控制指令動作，比如接到間隔層保護裝置的跳閘指令、電壓無功控制的投切命令、對斷路器的遙控開合命令等。 過程層的控制執(zhí)行與驅(qū)動大部分是被動的， 即按上層控制指令而動作，在執(zhí)行控制命令時具有智能性能判別命令的真?zhèn)渭捌浜侠硇?，還能對即將進行的動作精度進行控制， 能使斷路器定相合閘，選相分閘，在選定的相角下實現(xiàn)斷路器的關(guān)合和開斷，要求操作時間限制在規(guī)定的參數(shù)內(nèi)。 又例如對真空開關(guān)的同步操作，要求能做到開關(guān)觸頭在零電壓時關(guān)合，在零電流時分?jǐn)嗟取?/p>

1.2.2 間隔層

數(shù)字化變電站的間隔層設(shè)備在自動化方面比現(xiàn)在有很大的變化，主要表現(xiàn)為對象的統(tǒng)一建模、通信信息的分層、通信接口的抽象化和自描述規(guī)范等技術(shù)的應(yīng)用。 數(shù)字化變電站的站級層除實現(xiàn)變電站與控制系統(tǒng)的無縫通信外，基于信息共享的站級層運行支持功能可以與變電站運行功能協(xié)調(diào)工作。

1.2.3 站控層

數(shù)字化變電站的站控層除實現(xiàn)變電站與控制系統(tǒng)無縫通信外，基于信息共享的站控層運行支持功能可以與變電站運行功能協(xié)調(diào)工作。

2 數(shù)字化變電站網(wǎng)絡(luò)

2.1 數(shù)字化變電站通信網(wǎng)絡(luò)的要求

2.1.1 功能要求

在IEC 61850 中， 數(shù)字化變電站可以抽象為一個分層的網(wǎng)絡(luò)體系。 通過面向?qū)ο蠼y(tǒng)一建模，每一個變電站對象(包括所有一、二次設(shè)備)可以分解為一個或多個邏輯節(jié)點(如斷路器，在IEC 61850 中被視為一個邏輯節(jié)點)。 變電站的功能(如斷路器操作)是通過不同層次的多個邏輯節(jié)點共同完成的。邏輯節(jié)點間的信息交互是通過網(wǎng)絡(luò)來完成的，也就是說數(shù)字化變電站的各種功能應(yīng)用都依賴于網(wǎng)絡(luò)。 通信網(wǎng)絡(luò)必須具備傳輸各種節(jié)點信息的功能，包括站控層MMS、過程層G00SE、采樣值網(wǎng)等。

2.1.2 性能要求通信網(wǎng)絡(luò)的性能要求主要體現(xiàn)在以下幾個方面。1）快速的實時響應(yīng)能力

測量數(shù)據(jù)、保護信號、控制命令等都要求實時傳送。 特別是出現(xiàn)故障時要求信息能在站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)上快速傳送，保證嚴(yán)格的時限要求。 實時性要求有以下3 個方面：①傳輸速度快：指單位時間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒍唷?②響應(yīng)時間短：指事件發(fā)生時， 傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)上及執(zhí)行器接收到該信息馬上執(zhí)行所需的時間。 響應(yīng)時間由4 個方面的因素決定：執(zhí)行器控制中斷的能力； 信息在通信協(xié)議的應(yīng)用層與物理層之間的傳輸時間；等待網(wǎng)絡(luò)空閑的時間；避免信息在網(wǎng)絡(luò)上碰撞的時問，這個時間對大多數(shù)通信協(xié)議是一個隨機數(shù)。 ③巡回時間短： 指系統(tǒng)與所有通信對象都至少完成一次通信所需要的時間。

2）高可靠性

網(wǎng)絡(luò)的可靠性表示網(wǎng)絡(luò)連續(xù)無故障工作的能力，主要從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、鏈路、網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)等方面來保證。 由于電力生產(chǎn)的連續(xù)性和重要性， 站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性是第一位的，應(yīng)避免一個裝置損壞導(dǎo)致站內(nèi)通信中斷。

（1）作為鏈路層，保證網(wǎng)絡(luò)可靠性主要是向網(wǎng)絡(luò)提供可靠的數(shù)據(jù)傳送基本服務(wù)，使用戶免去對丟失信息、干擾信息及順序不正確的擔(dān)心，將物理層的可能出錯的物理連接改造成為邏輯上無差錯的數(shù)據(jù)鏈路，使之對網(wǎng)絡(luò)層表現(xiàn)為無差錯的線路。

（2）網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)對確保網(wǎng)絡(luò)可靠性有很重要的意義，可根據(jù)需要由星型、總線型和環(huán)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)派生出負荷可靠性需要的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 同時，也可以采用網(wǎng)絡(luò)冗余的手段，對比較重要的網(wǎng)絡(luò)使用雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

（3）以太網(wǎng)接口一般有兩種：一種，是BASE T，雙絞銅線；一種，是BASE F，光纜。 一般場合基本選擇光纜，主要是考慮其信號傳輸能力強、抗干擾能力強等因素；有時選擇銅纜主要基于費用少、接口簡單等考慮因素。

3）良好的開放性

站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)為調(diào)度自動化的一個子系統(tǒng)，除了保證站內(nèi)智能設(shè)備互連、便于擴展外，它還應(yīng)服從電力調(diào)度自動化的總體設(shè)計，硬件接口應(yīng)滿足國際標(biāo)準(zhǔn)，選用國際標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，方便用戶的系統(tǒng)集成。

4）支持優(yōu)先級傳輸

數(shù)據(jù)有輕重緩急之分，重要的數(shù)據(jù)須優(yōu)先于其他數(shù)據(jù)傳輸，要求支持優(yōu)先級調(diào)度，以提高時間緊迫性任務(wù)的信息傳輸可確定性。

5）良好的電磁兼容性能

變電站是一個具有強電磁干擾的環(huán)境，存在電源、雷擊、跳閘等強電磁干擾，通信環(huán)境惡劣，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)必須注意采取相應(yīng)措施消除這些干擾的影響。

2.2 數(shù)字化變電站網(wǎng)絡(luò)選擇

根據(jù)數(shù)字化變電站特點，現(xiàn)階段數(shù)字化變電站的實施是在傳統(tǒng)綜合自動化變電站基礎(chǔ)上進行的，其實施方案主要分三方面：站控層與間隔設(shè)備間通信，采樣數(shù)據(jù)的傳輸及開關(guān)智能終端與間隔層設(shè)備間的連接。 站控層與間隔設(shè)備間通信主要體現(xiàn)在協(xié)議層， 現(xiàn)在有IEC 6l850 協(xié)議和IEC 61870-5.103 協(xié)議。 后臺系統(tǒng)應(yīng)能同時支持這兩種協(xié)議的的間隔層設(shè)備接入， 并能將一些不能走IEC 61850 協(xié)議的設(shè)備通過規(guī)約轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后接入后臺監(jiān)控系統(tǒng)。 采樣數(shù)據(jù)傳輸采用IEC 61850-9-1 點對點傳輸協(xié)議， 跨間隔采用IEC 60044-8 傳輸協(xié)議中規(guī)定的高速串行FT3 傳輸協(xié)議。

3 結(jié)束語

總之，變電站自動化系統(tǒng)的研究和生產(chǎn)工作之所以會引起這么多的科研工作者和生產(chǎn)廠家的注意，其根本原因在于變電站實現(xiàn)自動化后， 能夠全面提高變電站的技術(shù)水平，提高運行的可靠性和管理水平。

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

［2］楊奇遜.變電站綜合自動化技術(shù)發(fā)展趨勢[J].電力系統(tǒng)自動化，1997，21(10).