智能變電站過程層應(yīng)用技術(shù)研究

廖榮鵬 黃芬蘭

摘 ?要：隨著經(jīng)濟的發(fā)展，社會已經(jīng)向智能化、信息化的時代發(fā)展?？茖W(xué)技術(shù)水平的提高，變電站也向著智能化的方向發(fā)展前進。文章主要從變電站過程層的概述出發(fā)，并闡述了智能變電站過程層的基本要求，并提出了相關(guān)的方案。

關(guān)鍵詞：智能變電站;過程層;應(yīng)用技術(shù);研究

中圖分類號：TM63 ? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2015）06-0040-02

智能變電站與常規(guī)變電站最主要的區(qū)別就是體現(xiàn)在過程層上，智能變電站可以實現(xiàn)24 h實時監(jiān)測，并具備采集信息數(shù)據(jù)、處理分析數(shù)據(jù)以及執(zhí)行各項命令等職能?？梢哉f，智能變電站是未來電力系統(tǒng)發(fā)展的主流趨勢，可以更好地節(jié)約電能，節(jié)約成本，實現(xiàn)經(jīng)濟利益最大化。

1 ?變電站過程層的概述

智能變電站是當(dāng)前電力系統(tǒng)發(fā)展的一大產(chǎn)物，它是隨著科技的發(fā)展從而實現(xiàn)變電站的智能化和自動化?？梢杂行У膶崿F(xiàn)信息的數(shù)字化，并且具備一定的采集信息、處理數(shù)據(jù)信息的能力，實現(xiàn)信息共享。智能變電站由站控層、間隔層和過程層三層結(jié)構(gòu)。而過程層位于整個自動化系統(tǒng)的最底層，主要由變壓器、斷路器、隔離開關(guān)以及電流電壓互感器等一次設(shè)備和各種智能組件構(gòu)成的電子裝置。其主要職能是對整個設(shè)備進行監(jiān)測，并執(zhí)行相關(guān)的操作命令。過程層是三層中與一次設(shè)備連接最為密切的，因此它的運行狀態(tài)也直接影響到整個變電站運行的穩(wěn)定性。

2 ?應(yīng)用過程層的基本要求

過程層在整個變電站中的使用當(dāng)中起著重要的作用，因此，要想整個自動化系統(tǒng)合理、安全的運行下去，就必須遵循相應(yīng)的原則，這樣才能更好安裝和管理好過程層。

2.1 ?實時性原則

在通信標(biāo)準(zhǔn)中IEC 61580中規(guī)定的GOOSE是一種面向通用對象的變電站事件，簡言之，其主要工作職能就是保護交換和傳輸中的信息能夠合理有效。在智能變電站中，GOOSE服務(wù)主要是對那些智能單元、一次設(shè)備等進行有效的連接信息傳輸服務(wù)，尤其是對跳合閘信號和命令的傳輸。雖然GOOSE服務(wù)的報文數(shù)據(jù)量不是很大，但是它所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都較為重要，而且傳輸過程極具突發(fā)性，因此在傳輸報文的過程中就必須要遵循實時性原則，有效的將數(shù)據(jù)信息傳送到制定地點。一般對GOOSE服務(wù)傳輸數(shù)據(jù)的時間限定在4 ms以內(nèi)。

2.2 ?采樣值傳輸數(shù)據(jù)技術(shù)原則

采樣值傳輸主要是過程中與間隔層之間通信的一個重要內(nèi)容，在二者傳輸過程中，其中過程層中最大的一個數(shù)據(jù)流就在互感器的保護以及測控之間的采樣值傳輸中。因此，采樣值傳輸數(shù)據(jù)也必須要有一定的實效性，其相關(guān)技術(shù)原則也有如下要求：①采樣值的傳輸要與過程網(wǎng)進行連接，一般采取光纖連接;②要注意的是，間隔層中的承擔(dān)保護、檢測的設(shè)備與合并單元進行連接時，要通過過程層的交換機進行傳輸，二者不能直接進行連接。交換機獲取采樣值信號然后在通過其二次傳輸實現(xiàn)消息共享;③接入方式選取點對點的接入方式。以便更好的發(fā)揮交換機的虛擬技術(shù)和優(yōu)先級技術(shù)，這樣就更能保護網(wǎng)絡(luò)，提高穩(wěn)定性能。

2.3 ?智能終端設(shè)計基本原則

智能終端是智能變電站的一個重要設(shè)備，它實際上一種智能組件，通過電纜與一次設(shè)備連接，從而起到監(jiān)測和測量的作用。智能終端主要針對通用對象的變電站事件，做到合理有效的監(jiān)測和控制。在安裝智能終端時，應(yīng)多安裝在封閉的空間，如戶內(nèi)柜、戶外柜等，且防護等級必須要高，要達(dá)到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。在具體的設(shè)計環(huán)節(jié)也應(yīng)遵循幾點原則：①智能終端主要針對的是通用對象的變電站，其傳播速度要保整合理，因此，設(shè)計時要注重信息傳播的實時性;②應(yīng)具備COOSE命令記錄功能，無論是命令時間還是命令來源以及相關(guān)的措施都要記錄下來，并且還要提供有效的查看方法;③在設(shè)計智能終端時，還要讓其具備通信功能和轉(zhuǎn)換功能，這樣才能有效地執(zhí)行相關(guān)的控制命令。

3 ?智能化變電站過程層應(yīng)用方案

3.1 ?常規(guī)互感器方案

在該設(shè)計方案中，以220 kV線路保護為例，通過常規(guī)互感器從而加裝、采集單元以實現(xiàn)采樣值的數(shù)字化。配置好現(xiàn)場采集單元，處理好互感器輸出的模擬量最終按FT3格式輸出，然后在采用光纖的方式接入合并單元。整個方案系統(tǒng)是基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)，從而以達(dá)到不經(jīng)過交換機而直接采樣的效果，如圖1所示。該種設(shè)計方案可以直接經(jīng)過GOOSE跳斷路器，斷路器的失靈、重合閘也可以通過GOOSE玩了過方式直接啟動。該種方案的最大優(yōu)點就是從長遠(yuǎn)方面考慮，在后期工程中可以直接將常規(guī)互感器改造成為電子式互感器。但同時也存在一定的弊端，結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，且對于常規(guī)電流互感器的飽和問題也沒有得到有效的解決。

3.2 ?電子式互感器直采直跳方案

該種方案也是以220 kV線路保護為例，但是與常規(guī)互感器方案不同，該方案采用的是電子式互感器，因此不需要采集單元，可以實現(xiàn)直采直跳的狀態(tài)。即過程層采樣值與GOOSE信息采用實現(xiàn)點對點傳輸。在整個方案中，繼電保護的采樣值是基于IEC 61850-9標(biāo)準(zhǔn)GOOSE協(xié)議下進行的，如圖2所示。

在該種方案下，采取的是雙重化配置保護裝置，這樣更能保持設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性。該種方案最大的優(yōu)點就是簡單方便，省略了交換機的環(huán)節(jié)，同時也不需要依賴同步對時信號，使得變電站信息傳輸更加方便、快捷，輕松實現(xiàn)信息數(shù)字化、集成化。雖然該種方案可以省略大量的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，使得數(shù)據(jù)信息傳播更加便捷，但是需要保護和合并單元的網(wǎng)口多，發(fā)熱量過大，就必須要用到更多的光纜和交換機，雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是配件過于復(fù)雜。

3.3 ?過程層三網(wǎng)合一的方案

三網(wǎng)合一是指IEC 61850-9-2采樣信息、IEEE 1588對時信息以及GOOSE信息共網(wǎng)傳輸?shù)姆桨?。該方案以變壓器保護為例，實現(xiàn)三網(wǎng)合一結(jié)構(gòu)，如圖3所示。在該結(jié)構(gòu)中，間隔層和過程層合并單元采用的是IEC 61850-9-2表展，而與過程層智能終端合并單元則是采用的是GOOSE通信協(xié)議，通過配置間隔交換機以及各主干網(wǎng)交換機從而實現(xiàn)信息共享。

該方案的最大優(yōu)點就是實現(xiàn)三網(wǎng)合一，信息共享。與其他兩種方案相比，可以最大化地實現(xiàn)信息共享，并且該方案網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單、清晰，也不需要大量的光纜和交換機作為附件去連接。無論是設(shè)計環(huán)節(jié)還是實際安裝環(huán)節(jié)都比較簡便，也方便進行后期管理和維護?？梢哉f，三網(wǎng)合一方案是未來技術(shù)發(fā)展的一大主流趨勢。雖然三網(wǎng)合一的方案簡介、方便，但是其技術(shù)性要求較高，技術(shù)難度較大，可靠性也有待探究，并缺乏有效的冗余手段。因此，在實行該種方案還需要注重冗余技術(shù)的應(yīng)用。

4 ?結(jié) ?語

綜上所述，智能變電站是未來電力系統(tǒng)發(fā)展的潮流方向，智能化變電站也使得電網(wǎng)的配電管理更加穩(wěn)定、安全。而過程層作為變電站較為重要的環(huán)節(jié)，其相關(guān)技術(shù)的研究尤為重要。本文主要從過程層的概念出發(fā)，闡述了過程層的相關(guān)技術(shù)要求，并提出當(dāng)前的三大技術(shù)方案。其中三網(wǎng)合一方案較為合理，但其技術(shù)性和可靠性還有待探究。

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