智能變電站自動化系統(tǒng)建設(shè)方案探討

1.引言

為了實(shí)現(xiàn)國家電網(wǎng)公司建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)，積極探索建設(shè)智能變電站的建設(shè)方案，同時(shí)隨著“三集五大”體系建設(shè)目標(biāo)的提出，“大運(yùn)行”、“大檢修”與變電站建設(shè)和功能定位密切相關(guān)，特別是“大運(yùn)行”提出的調(diào)度一體化和調(diào)控一體化，對變電站調(diào)控?cái)?shù)據(jù)和監(jiān)控功能提出了更高要求，因此，需要進(jìn)一步按照新的要求探索智能變電站建設(shè)方案。

2.智能變電站內(nèi)組網(wǎng)方案

智能變電站分為三層，分別為過程層、間隔層和站控層。

（1）過程層

過程層包括變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電流/電壓互感器等一次設(shè)備及其所屬的智能組件以及獨(dú)立的智能電子裝置；主要有電子式互感器、智能單元（用于開關(guān)和變壓器智能化）。

（2）間隔層

間隔層設(shè)備一般指繼電保護(hù)裝置、系統(tǒng)測控裝置、監(jiān)測功能組主IED等二次設(shè)備，實(shí)現(xiàn)使用一個(gè)間隔的數(shù)據(jù)并且作用于該間隔一次設(shè)備的功能，即與各種遠(yuǎn)方輸入/輸出、傳感器和控制區(qū)通信；主要有保護(hù)裝置、測控裝置、安全穩(wěn)定裝置、故障錄波、備用電源自投等自動裝置。

（3）站控層

站控層包括自動化站級監(jiān)視控制系統(tǒng)、站域控制、通信系統(tǒng)、對時(shí)系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)面向全站設(shè)備的監(jiān)視、控制、告警及信息交互功能，完成數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制（SCADA）、操作閉鎖以及同步相量采集、電能量采集、保護(hù)信息管理等相關(guān)功能。

站控層功能宜高度集成，可在一臺計(jì)算機(jī)或嵌入式裝置實(shí)現(xiàn)，也可分布在多臺計(jì)算機(jī)或嵌入式裝置中，主要有監(jiān)控系統(tǒng)（含監(jiān)控、一體化五防、VQC）、保護(hù)及故障信息子站、遠(yuǎn)動通信服務(wù)器等。

3.智能變電站建設(shè)方案

典型的智能變電站系統(tǒng)應(yīng)兼顧技術(shù)的先進(jìn)性和實(shí)用性，以電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性及繼電保護(hù)的可靠性為宗旨，基于先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟硬件、自動控制、傳感器和光纖網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，充分融合智能一次設(shè)備在線監(jiān)測、程序化控制、保護(hù)測控、當(dāng)?shù)乇O(jiān)控和遠(yuǎn)動等主要功能，能較好地滿足電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和高效運(yùn)行的要求。

3.1 電子式互感器的實(shí)現(xiàn)

3.1.1 電子式互感器的定義

電子式互感器是由連接到傳輸系統(tǒng)和二次轉(zhuǎn)換器的一個(gè)或多個(gè)電流或電壓傳感器組成的一種裝置，用以傳輸正比于被測量的量，供給測量儀器、儀表和繼電保護(hù)或控制裝置。在數(shù)字接口的情況下，一組電子式互感器共用一臺合并單元完成此功能。

3.1.2 電子式互感器的構(gòu)成

電子式互感器通常由傳感模塊和合并單元兩部分構(gòu)成，傳感模塊又稱遠(yuǎn)端模塊，安裝在高壓一次側(cè)，負(fù)責(zé)采集、調(diào)理一次側(cè)電壓電流并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。電子式互感器遠(yuǎn)端模塊的配置圖如圖3所示。合并單元安裝在二次側(cè)，負(fù)責(zé)對各相遠(yuǎn)端模塊傳來的信號做同步合并處理。合并單元的基本結(jié)構(gòu)如圖4所示。

3.1.3 解決同步采樣的方案

變壓器差動保護(hù)從不同電壓等級的多個(gè)間隔獲取數(shù)據(jù)、母線差動保護(hù)從多個(gè)間隔獲取數(shù)據(jù)、線路縱差保護(hù)線路兩端數(shù)據(jù)采樣以及三相電流、電壓采樣都存在同步采樣問題。另外由于常規(guī)互感器與電子式互感器會并存，如電壓、電流之間，變壓器不同的電壓等級之間也會存在同步采樣問題。解決同步采樣的2種方案如下。

（1）基于GPS秒脈沖同步的同步采樣。此同步方法簡單，但秒脈沖丟失時(shí)存在危險(xiǎn)。

（2）二次設(shè)備通過再采樣技術(shù)（插值算法）實(shí)現(xiàn)同步。此同步方法采樣率要求高，不依賴于GPS和秒脈沖傳輸系統(tǒng)，但硬件軟件要求高，實(shí)現(xiàn)難度較大。

3.1.4 采樣數(shù)據(jù)傳送標(biāo)準(zhǔn)的選擇

采樣數(shù)據(jù)傳送標(biāo)準(zhǔn)有兩種方案。

（1）IEC6004428

點(diǎn)對點(diǎn)光纖串行數(shù)據(jù)接口，傳輸延時(shí)短且確定，可以采用再采樣技術(shù)實(shí)現(xiàn)同步采樣，硬件和軟件實(shí)現(xiàn)簡單，適合保護(hù)要求。

（2）IEC618502921/2

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接口，傳輸延時(shí)不確定（400Ls ～3ms），無法準(zhǔn)確采用再采樣技術(shù)，硬件軟件比較通用，但對交換機(jī)要求極高，硬件和軟件實(shí)現(xiàn)都將困難，不同間隔間數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)間不確定，不利于母差、變壓器等保護(hù)的數(shù)據(jù)處理，比較適合測控、電能儀表一類。

3.2 IEC61850的應(yīng)用

IEC61850是基于網(wǎng)絡(luò)通信平臺的變電站自動化系統(tǒng)唯一的國際標(biāo)準(zhǔn)。采用開放性IEC61850國際標(biāo)準(zhǔn)主要解決網(wǎng)絡(luò)通信及信息共享和互操作的問題。其特點(diǎn)主要有：信息分層（站控層、間隔層、過程層）、面向?qū)ο蠼：托畔⒆晕颐枋觯m應(yīng)開放互操作性要求、采用抽象通信服務(wù)接口，適應(yīng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅猛發(fā)展、具有傳輸采樣測量值和快速傳輸變化值。

4.結(jié)語

智能變電站應(yīng)該使用智能一次設(shè)備，但是目前國內(nèi)外還沒有真正意義上智能以一次設(shè)備，一次設(shè)備的智能化仍然需要通過一定的二次設(shè)備來轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)，一般采用智能終端的模式。智能變電站使變電站自動化得到進(jìn)一步提高，測控、保護(hù)屏和控制電纜得到大幅減少，安裝周期縮短，運(yùn)行維護(hù)工作量減少，可靠性大大提高，智能變電站是變電站自動化技術(shù)發(fā)展方向和必然趨勢，智能變電站的建設(shè)應(yīng)從生產(chǎn)上的迫切需要出發(fā)，考慮技術(shù)上、管理上的現(xiàn)實(shí)可能，積極探索，穩(wěn)妥推進(jìn)。