常規(guī)變電站數(shù)字化改造的關(guān)鍵技術(shù)分析

杜小飛

(深圳供電局有限公司，廣東深圳518000)

1 過程層數(shù)字化改造

1.1 常規(guī)合并單元

通常，對(duì)常規(guī)變電站互感器的數(shù)據(jù)單元進(jìn)行合并時(shí)需要嚴(yán)格按照就地安裝的原則來展開，采用就地采樣電纜的方式來對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行傳輸，同時(shí)把采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理以后，使用、或協(xié)議，利用光纖通道將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，從而保護(hù)該模擬量，滿足裝置檢測(cè)數(shù)據(jù)共享的需要［1］。

1.2 變壓器智能單元

傳統(tǒng)變壓器的制造方式會(huì)對(duì)變壓器的智能單元造成影響與束縛，變壓器不是通過電氣量的形式來進(jìn)行保護(hù)，傳輸過程中的本體信號(hào)與有再調(diào)壓需要利用電纜來連接，同時(shí)要通過驅(qū)動(dòng)繼電器的方式來完成相關(guān)工作。在數(shù)字化變電的環(huán)節(jié)中，采用光纖網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)過程層與間隔層之間信息的轉(zhuǎn)化。由于變壓器具有非電氣量這種較為獨(dú)立的特性，憑借變壓器結(jié)構(gòu)中的本體智能單元，能夠?qū)崿F(xiàn)非電氣量保護(hù)、有載調(diào)壓以及測(cè)控的一體化。

1.3 智能操作箱

智能操作箱是指數(shù)字化變電站中一次開關(guān)設(shè)備的智能終端。智能操作箱能夠有效解決變電站一次設(shè)備和數(shù)字化信息網(wǎng)絡(luò)之間的接口問題。智能操作箱利用光纖網(wǎng)絡(luò)將一次設(shè)備、保護(hù)與測(cè)控等裝置連接在一起，并實(shí)現(xiàn)刀閘與斷路器之間的分合。這個(gè)智能操作箱能接收來自保護(hù)、保護(hù)劑測(cè)控等裝置設(shè)備通過GOOSE 網(wǎng)絡(luò)下達(dá)出的斷路器或刀閘的分、合及閉鎖的命令，之后轉(zhuǎn)化成與之相對(duì)應(yīng)的繼電硬接點(diǎn)進(jìn)行輸出［2］。

2 間隔層數(shù)字化改造

2.1 SWV

常規(guī)變電站的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是按照特定的采樣率來采集電氣的模擬量，并通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)GPS 對(duì)時(shí)系統(tǒng)的同步采樣。一般情況下，是采用SWV 報(bào)文的形式對(duì)模擬量信息進(jìn)行傳送，SWV 實(shí)現(xiàn)了對(duì)全站模擬量的傳輸服務(wù)。數(shù)字化變電站的采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過合并單元之后，可以通過協(xié)議發(fā)送給交換機(jī)，進(jìn)而能夠在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行測(cè)控，實(shí)現(xiàn)多個(gè)保護(hù)及其他裝置的共享。

2.2 GOOSE

GOOSE 在標(biāo)準(zhǔn)中的定義，是在比較快速的以太網(wǎng)絡(luò)播報(bào)文傳輸?shù)幕A(chǔ)之上，代替了傳統(tǒng)智能電子設(shè)備相互之間電纜接線通信的一種方式，發(fā)揮著保護(hù)傳輸數(shù)據(jù)信息的作用，例如斷路器位置、跳閘及連鎖等具有較高實(shí)效性的信息。同一個(gè)GOOSE 網(wǎng)絡(luò)中的任意一個(gè)智能電子設(shè)備都能夠成為一個(gè)訂閱端，進(jìn)而來接收數(shù)據(jù)，與此同時(shí)，也成為發(fā)布端，能夠?yàn)槠渌煌闹悄茉O(shè)備提供相關(guān)信息數(shù)據(jù)，從而能夠更好地實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備之間通信數(shù)據(jù)的變更。在接收數(shù)據(jù)的過程中，能夠?qū)︽溌分袛嗟惹闆r進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)標(biāo)志進(jìn)而對(duì)裝置進(jìn)行相應(yīng)處理，從而可以提高GOOSE 服務(wù)的靈活性與可靠性。

3 站控層數(shù)字化改造

MMS 是在開發(fā)和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，電子計(jì)算機(jī)或一些智能化電子設(shè)備之間對(duì)監(jiān)控信息及實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)進(jìn)行交換的一套相對(duì)獨(dú)立、較為完善的國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文規(guī)范，以下介紹MMS 的主要功能。

3.1 信號(hào)上送

有緩沖報(bào)告控制塊能夠?qū)崿F(xiàn)開入、報(bào)警、危險(xiǎn)事件等信號(hào)類別的數(shù)據(jù)上送功能。通過BRCB 能夠完成遙信與開入的周期上送、變化上送以及事件的緩存。

3.2 測(cè)量上送

無緩沖性的報(bào)告控制模能夠?qū)崿F(xiàn)遙測(cè)與保護(hù)測(cè)量類數(shù)據(jù)的上送功能，并且能夠映射到MMS 的服務(wù)報(bào)告中。

3.3 控制

控制種類繁多，比如，PCS 系列裝置實(shí)現(xiàn)了增強(qiáng)型SBO 和直控的功能，而且還具有持檢同期、閉鎖檢測(cè)及檢無壓等多種控制功能。

4 實(shí)際案例

某個(gè)110 kV 變電站原先是一普通的常規(guī)變電站，其主要設(shè)備結(jié)構(gòu)如下:傳統(tǒng)型的電磁型設(shè)備是一次設(shè)備，使用的是保護(hù)和自動(dòng)化系統(tǒng)，電纜連接著過程層和間隔層之間，而站控層是通過采用以太網(wǎng)和間隔層裝置來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的交換，整個(gè)變電站中110 kV 的兩圈變壓器共有2 臺(tái)，并且采用線變組的接線方式，其中10 kV 的接線為單母分段，每個(gè)主變壓器各自帶有一個(gè)10 kV 的母線，并且10 kV 分段500A 熱備用。101 和102 是主變壓器高壓側(cè)開關(guān);501 和502 是變壓器的低壓側(cè)開關(guān);701 和702 是10 kV 饋線小車的開關(guān)。該電站的主接線情況如圖1 所示。

按照標(biāo)準(zhǔn)體系，使用PCS 系列常規(guī)合并單元、智能單元以及保護(hù)測(cè)控等一體化的裝置來對(duì)該變電站系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)代信息數(shù)字化改造。根據(jù)變電站的實(shí)際運(yùn)行情況，當(dāng)改造工作完成之后，要建起相關(guān)的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，采用光纖網(wǎng)絡(luò)來對(duì)過程層與間隔層之間進(jìn)行有效連接，并采用SMV 與GOOSE 的形式來對(duì)模擬量和開關(guān)量進(jìn)行有序傳送;憑借雙重化MMS 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了間隔層與過程層之間的信息共享。

圖1 某110 kV 變電站主接線圖

通過對(duì)變電站的數(shù)字化改造，使得10 kV 的設(shè)備之間以GOOSE/SMV 的網(wǎng)絡(luò)形式進(jìn)行信息傳輸。由于間隔層設(shè)備之間可以彼此進(jìn)行配合，因而減少了電纜與繼電器的使用數(shù)量。同時(shí)，由于GOOSE 網(wǎng)絡(luò)具備實(shí)時(shí)自檢的功能，因而可以有效解決之前繼電器因出現(xiàn)問題而不能得到及時(shí)檢測(cè)和有效解決的問題，從而使變電站的安全性有了保障，提高了其運(yùn)行的平穩(wěn)與可靠性。綜合多種運(yùn)行方式，能判斷出母線是否出現(xiàn)故障，同時(shí)也能夠傳達(dá)出跳閘命令，提高了繼電保護(hù)的運(yùn)行速度，可在短時(shí)間內(nèi)迅速排除故障，有效保護(hù)一次設(shè)備的安全。網(wǎng)絡(luò)化信息采集降低了信息采集的重復(fù)率與定值分散的重整程度，使操作簡(jiǎn)潔快速，確保了供電穩(wěn)定性。

5 常規(guī)變電站改造中需要注意的技術(shù)問題

5.1 非常規(guī)傳感器的穩(wěn)定性

電氣量測(cè)系統(tǒng)是否穩(wěn)定直接影響到變電站的運(yùn)行情況，因而在變電站的改造過程中一定要確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。測(cè)量精度不夠和穩(wěn)定性不強(qiáng)是無源式互感器普遍存在的問題，主要原因是線性雙折射現(xiàn)象及發(fā)光源器件發(fā)光強(qiáng)度下降、不同材料的維爾德常數(shù)受外界溫度的影響而發(fā)生變化。激光供電器件的穩(wěn)定性影響互感器的使用效果。光學(xué)互感器自身具備線性度優(yōu)異、測(cè)量精度等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)抗電磁干擾能力極強(qiáng)，因而逐漸受到國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究人員的廣泛關(guān)注。通過改進(jìn)工作原理、提高制造工藝等措施，使其穩(wěn)定性得到了提升，國(guó)內(nèi)對(duì)于光學(xué)互感器的研究和應(yīng)用也取得了較大進(jìn)展。

5.2 信息的安全性

由于并未對(duì)變電站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全方面做出明確規(guī)定，而協(xié)議自身的開放性在一定程度上也給電力系統(tǒng)的運(yùn)行帶來了安全性問題。要對(duì)信息安全有足夠重視，需要確保二次系統(tǒng)中信息的保密性、完整性以及精確性。要對(duì)數(shù)字化變電站技術(shù)有清晰認(rèn)識(shí)，尤其是要慎重考慮與分析二次系統(tǒng)的安全防護(hù)問題。

需要根據(jù)電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況與特征，同時(shí)要嚴(yán)格按照安全標(biāo)準(zhǔn)中的要求來制定出有效的信息安全防護(hù)策略，比如可以通過采用閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)訪問、只讀訪問及防火墻等措施來提高信息的安全性。

［1］錢肖. 變電站項(xiàng)目改造方案及評(píng)價(jià)［D］.保定:華北電力大學(xué)，2013.

［2］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)，2006(12).