淺談變電站綜合自動化到數(shù)字化的過渡

曾美英,黎永豪,葉 蓓（廣東電網(wǎng)公司佛山供電局，廣東佛山，528200）

淺談變電站綜合自動化到數(shù)字化的過渡

曾美英,黎永豪,葉 蓓
（廣東電網(wǎng)公司佛山供電局，廣東佛山，528200）

本文從變電站遠(yuǎn)動技術(shù)發(fā)展史角度闡述筆者對目前綜合自動化工作的一些感想，并設(shè)想了數(shù)字化變電站的發(fā)展遠(yuǎn)景。

綜合自動化；IEC61850；數(shù)字化變電站

0 引言

目前，變電站綜合自動化系統(tǒng)正逐步取代RTU裝置。一般認(rèn)為推廣綜合自動化系統(tǒng)的目的是：1、分布分散式系統(tǒng)可節(jié)省控制室面積，節(jié)省大量二次電纜；2、現(xiàn)場通訊用以太網(wǎng)取代現(xiàn)場總線，技術(shù)在進(jìn)步，運(yùn)行更可靠；3、系統(tǒng)擴(kuò)充靈活、方便等等。但是從實(shí)際效果來看，并沒有達(dá)到革命性的突破。變電站的電纜敷設(shè)量仍然巨大，設(shè)備技術(shù)含量在增加但系統(tǒng)功能卻沒有實(shí)質(zhì)性飛躍。因此有待進(jìn)一步的技術(shù)革新。

1 變電站遠(yuǎn)動技術(shù)發(fā)展史

在闡述這個問題之前，我們先了解一下變電站遠(yuǎn)動技術(shù)發(fā)展史。

1）最初的變電站監(jiān)控依靠人工值班。保護(hù)設(shè)備一般為電磁型，故障預(yù)告和事故告警通過鳴笛以及光字牌來通知值班人員。設(shè)備的可靠性較低，二次回路比較復(fù)雜。這一時期為“前遠(yuǎn)動時期”。

2）隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)動裝置RTU(Romote Terminal Unit)“四遙”功能的實(shí)現(xiàn)使變電站無人值班成為可能。調(diào)度自動化系統(tǒng)能接收到變電站遙信、遙測量的實(shí)時變化，能在遠(yuǎn)方遙控所有站內(nèi)高壓開關(guān)。RTU還能通過特定的通訊協(xié)議，接收微機(jī)保護(hù)的保護(hù)動作測量值、定值信息等內(nèi)容。這一時期是遠(yuǎn)動史上革命性的一頁，變電站運(yùn)行模式由“有人值班”向“無人值班”轉(zhuǎn)變。

3）國外流行的分布分散式綜合自動化系統(tǒng)的引入，從邏輯上將變電站自動化系統(tǒng)劃分為兩層，即站控層（Station Level）和間隔層（Bay Level）。間隔層由測控裝置、繼電保護(hù)裝置、間隔層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及與站控層網(wǎng)絡(luò)的接口設(shè)備等構(gòu)成，安裝地點(diǎn)分散在開關(guān)柜上或其他一次設(shè)備附近?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場總線或以太網(wǎng)匯總上傳。站控層由監(jiān)控主機(jī)、操作員站、遠(yuǎn)動主機(jī)、繼電保護(hù)工作站等構(gòu)成，面向全變電站進(jìn)行運(yùn)行管理的中心控制層。這個時期的特點(diǎn)是設(shè)備技術(shù)在進(jìn)步，但設(shè)計(jì)思想受束縛，110kV等級以上測控、保護(hù)仍安裝在主控室，二次回路仍需敷設(shè)大量電纜。設(shè)備換代改造工作在大規(guī)模的推進(jìn)，但是由此創(chuàng)造的效益并不明顯。

2 lEC61850規(guī)約的應(yīng)用推動實(shí)施數(shù)字化變電站

IEC61850是一個關(guān)于變電站自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)通信的國際標(biāo)準(zhǔn)，其目的是使變電站內(nèi)不同廠家的智能電子設(shè)備（IED）之間通過一種標(biāo)準(zhǔn)（協(xié)議）實(shí)現(xiàn)互操作和信息共享。IEC 61850有以下幾大特點(diǎn)：

1）定義了變電站的信息分層結(jié)構(gòu)

變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議 IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)草案提出了變電站內(nèi)信息分層的概念，將變電站的通信體系分為 3 個層次，即變電站層、間隔層和過程層，并且定義了層和層之間的通信接口。

2）采用了面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)建模技術(shù)

整個電力系統(tǒng)統(tǒng)一建模。IEC61850建模了大多數(shù)公共實(shí)際設(shè)備和設(shè)備組件。這些模型定義了公共數(shù)據(jù)格式、標(biāo)識符、行為和控制,例如變電站和饋線設(shè)備(諸如斷路器、電壓調(diào)節(jié)器和繼電保護(hù)等)

3）數(shù)據(jù)自描述

該標(biāo)準(zhǔn)定義了采用設(shè)備名、邏輯節(jié)點(diǎn)名、實(shí)例編號和數(shù)據(jù)類名建立對象名的命名規(guī)則；采用面向?qū)ο蟮姆椒?，定義了對象之間的通信服務(wù)，比如，獲取和設(shè)定對象值的通信服務(wù)，取得對象名列表的通信服務(wù)，獲得數(shù)據(jù)對象值列表的服務(wù)等。面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)自描述在數(shù)據(jù)源就對數(shù)據(jù)本身進(jìn)行自我描述，傳輸?shù)浇邮辗降臄?shù)據(jù)都帶有自我說明，不需要再對數(shù)據(jù)進(jìn)行工程物理量對應(yīng)、標(biāo)度轉(zhuǎn)換等工作。由于數(shù)據(jù)本身帶有說明，所以傳輸時可以不受預(yù)先定義限制，簡化了對數(shù)據(jù)的管理和維護(hù)工作。

4）采用與網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立的抽象通信服務(wù)接口（ACSI）

IEC61850總結(jié)了電力生產(chǎn)過程特點(diǎn)和要求，歸納出電力系統(tǒng)所必需的信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)服務(wù)，設(shè)計(jì)出抽象通信服務(wù)接口，它獨(dú)立于具體的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層協(xié)議（例如目前采用的MMS），和采用的網(wǎng)絡(luò)（例如現(xiàn)在采用的IP）無關(guān)。

下圖是目前典型的IEC61850系統(tǒng)配置圖

光電互感器采集的光信號轉(zhuǎn)化成IEC61850規(guī)約的格式后上傳至間隔層。這種系統(tǒng)組網(wǎng)思路與綜合自動化變電站類似。實(shí)現(xiàn)了光纖取代二次電纜，為真正的數(shù)字化變電站鋪平了道路。

3 展望未來的數(shù)字化變電站

一次設(shè)備的進(jìn)步推動數(shù)字化變電站的發(fā)展。目前光電互感器技術(shù)已經(jīng)基本成熟。智能開關(guān)的開發(fā)仍處于摸索的階段，目前一般以智能就地操作箱加傳統(tǒng)開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。未來將會出現(xiàn)集成遙信、遙控功能的智能開關(guān)，通過IEC61850規(guī)約直接將信息上送至間隔層的GOOSE。全站各間隔的數(shù)據(jù)均集中在間隔層的GOOSE。在未來，測控單元、保護(hù)都可能不再以硬件的形式存在而是演化成不同的程序。下圖以單網(wǎng)結(jié)構(gòu)來簡述未來數(shù)字化變電站的應(yīng)用情況。GOOSE是網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備，是全站的信息匯集的地方。遠(yuǎn)動工作站負(fù)責(zé)信息遠(yuǎn)傳。操作工作站負(fù)責(zé)站端的圖形界面、信號接受等工作。繼保工作站作用是運(yùn)行各進(jìn)程為全站一次設(shè)備實(shí)施繼電保護(hù)。一臺高性能的微機(jī)就可以取代全站的硬件保護(hù)。當(dāng)采集/計(jì)算出的數(shù)據(jù)到的大于保護(hù)定值時，繼保工作站立即通過GOOSE向相應(yīng)斷路器發(fā)出跳閘命令。由于繼保工作的重要性，繼保工作站必須雙機(jī)或三機(jī)冗余。全站電度表也是由一臺微機(jī)來實(shí)現(xiàn)。

4 數(shù)字化變電站帶來的新問題

將各保護(hù)的程序移植到工作站上，必須做到各進(jìn)程互不干涉。并且要有友好的定值輸入界面。由于數(shù)據(jù)的高度共享，甚至可以實(shí)時獲取到其它變電站的線路電流、阻抗等信息，所以保護(hù)功能可以相應(yīng)擴(kuò)充。以線路原本使用的距離保護(hù)為例，其缺點(diǎn)是不能在第一時限保護(hù)線路全長。在這里由于可以獲得對側(cè)端的信息，所以能夠解決這個矛盾，實(shí)現(xiàn)全線路快速動作。隨著時間推移，肯定會有很多新算法、新原理的保護(hù)程序出現(xiàn)。

數(shù)字化變電站打破了傳統(tǒng)二次系統(tǒng)各專業(yè)界限和設(shè)備劃分原則，供電部門也應(yīng)該與時俱進(jìn)，重新劃分技術(shù)專業(yè)，新制定相應(yīng)的檢修方案。設(shè)備廠家也應(yīng)相應(yīng)調(diào)整，提供最合理的保護(hù)動作邏輯。

5 結(jié)語

以上是筆者在工作中的一些認(rèn)識和建議。數(shù)字化變電站可以全面提高變電站的技術(shù)水平和運(yùn)行管理水平。但是需要一次設(shè)備和通訊設(shè)備發(fā)展到一定水平才能實(shí)現(xiàn)。這可能是一個漫長的過程，但是在全體專業(yè)技術(shù)人員的不斷探索下一定能夠?qū)崿F(xiàn)。

譚文恕.變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議IEC61850介紹.電網(wǎng)技術(shù),2001,25(9):7~9

曾美英.1974-，女，工程師.從事電力系統(tǒng)變電運(yùn)行管理

黎永豪.1975-，男，高級工程師.從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)運(yùn)行管理

葉蓓.1978-，女，高級工程師.從事電力系統(tǒng)配網(wǎng)運(yùn)行管理

On the substation automation to digital transition

Zeng Meiying，Li Yonghao，Ye Bei
(Guangdong Power Grid Corporation Foshan Power Supply Bureau,Foshan Guangdong,528200)

This article from the substation remote perspective of the author of the history of technological development on the current work of some of the feelings of integrated automation and envisages the development vision of digital substation.

Integrated automation;IEC61850；Digital Substation