數(shù)字化變電站自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用探討

周新潔

摘 要 目前，數(shù)字化變電站自動(dòng)化技術(shù)在我國的發(fā)展相對歐美國家和日本來說還未發(fā)展成熟，有關(guān)這方面的理論、實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)尚且不甚完備。因此，本文致力于數(shù)字化變電站的科學(xué)設(shè)計(jì)。先說明論述數(shù)字化變電站的概念，然后根據(jù)利用這些理念，設(shè)計(jì)一個(gè)35kV數(shù)字化變電站。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化變電站 IEC61850 自動(dòng)化技術(shù)

數(shù)字化變電站自動(dòng)化技術(shù)被大范圍地使用，有利于我過相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和創(chuàng)新，這種技術(shù)能夠改善實(shí)際的操作環(huán)境，不拋棄原有的基礎(chǔ)而在此之上進(jìn)一步發(fā)展。這樣一來，原有的相關(guān)設(shè)備不至于全全拋棄，導(dǎo)致極大的浪費(fèi)。它與電網(wǎng)的發(fā)展息息相關(guān)，因此對于它的研究方向也不應(yīng)偏離電網(wǎng)，在未來，我們將探討出成熟的相關(guān)理論和發(fā)展新的技術(shù)，推動(dòng)我國電力事業(yè)的蓬勃發(fā)展。

1 數(shù)字化變電站及其自動(dòng)化技術(shù)

數(shù)字化變電站系統(tǒng)是一種極具綜合性和只能性的數(shù)字化系統(tǒng)。它由三個(gè)層次構(gòu)成。首先來說變電站層，這個(gè)層的關(guān)鍵設(shè)備主要的作用是統(tǒng)計(jì)即時(shí)的數(shù)據(jù)信息，充分地利用歷史數(shù)據(jù)庫，改善原有的數(shù)據(jù)庫，并將數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)總控室，同時(shí)還能在間隔層和過程層中執(zhí)行。其次來說一說第二層間隔層，它主要設(shè)備的設(shè)定主要用于統(tǒng)計(jì)及時(shí)信息，執(zhí)行關(guān)閉功能。最后介紹過程層，它的主要功能有對設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與在線監(jiān)測，控制驅(qū)動(dòng)，實(shí)施執(zhí)行命令。隨著技術(shù)的改進(jìn)，信息處理、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等技術(shù)在在變電站的二次設(shè)備中應(yīng)用成熟。數(shù)字化變電站的二次設(shè)備比起常規(guī)變電站來說，它能簡化變電站的二次接線，進(jìn)一步提高安全度和運(yùn)行的平穩(wěn)度，同時(shí)又能夠節(jié)省運(yùn)行維護(hù)成本。

數(shù)字化變電站自動(dòng)化技術(shù)重點(diǎn)在于自動(dòng)化，它在信息處理方面的全過程都能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，將信息轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)再自動(dòng)處理，用不著人為操作。這樣一來，大大便利了對電力仿真實(shí)驗(yàn)室的建立以及自動(dòng)化技術(shù)的深度研究。

2 實(shí)例設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)是人們開展實(shí)踐的實(shí)驗(yàn)田，在任何方面，設(shè)計(jì)都是自己同競爭對手拉開差距的關(guān)鍵策略，設(shè)計(jì)作為實(shí)踐的參考和對照表，作為活動(dòng)的方向標(biāo)，對于實(shí)際具有重大的指導(dǎo)作用，當(dāng)設(shè)計(jì)完成之后，通過模擬實(shí)踐，得出結(jié)果，不僅可以節(jié)約成本和時(shí)間，對于一些比較危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)來說，也避免了風(fēng)險(xiǎn)。在此以一個(gè)典型接線的35kV變電站為例，對其進(jìn)自動(dòng)化變電站設(shè)計(jì)。

2.1 配置方案

本設(shè)計(jì)按照常規(guī)的35kV變電站設(shè)計(jì)，兩臺載調(diào)壓變壓器，兩段35kV母聯(lián)，兩路進(jìn)線。其中一條進(jìn)線帶一臺35kV站變，旨在給所用變作備用電源以防意外，兩段母線有五路出線的10kV母聯(lián)，然后再往這兩條10kV的母線上接入兩組電容器。

綜合自動(dòng)化變電站用組屏安裝，在兩母線上，依次配置一臺多饋線保護(hù)裝置，兩段母線利用這種保護(hù)裝置即可為各饋線，10kV進(jìn)線。兩套保護(hù)裝置各組一個(gè)屏。多饋線保護(hù)置于主控室或10kV高壓室，這種保護(hù)裝置能夠兼顧5條10kV饋線的監(jiān)控與保護(hù)作用和母聯(lián)的保護(hù)作用。

2.2 三層結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

過程層的主要設(shè)備主要是一次設(shè)備電子式互感器和智能斷路器。需要這些設(shè)備加上智能終端后，能夠新增兩個(gè)功能，一是獲得狀態(tài)監(jiān)測功能，第二給是可以進(jìn)行信號的數(shù)字式轉(zhuǎn)換。智能斷路器的安裝可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字通訊。間隔的劃分，按照斷路器間隔來說主要有設(shè)備有數(shù)字式測控裝置、計(jì)量裝置以及數(shù)字式保護(hù)裝置。變電站層的主要設(shè)備有兩個(gè)，一是監(jiān)控主機(jī)，第二個(gè)是遠(yuǎn)動(dòng)通信機(jī)。

組網(wǎng)原則需要充分考慮到過程層的數(shù)據(jù)交換問題，應(yīng)該按照電氣間隔以及面向功能組網(wǎng)。同時(shí)在數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性和可靠性得到保障的基礎(chǔ)下使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)達(dá)到最簡。實(shí)際操作中，根據(jù)母線所處的位置，對10kV電壓等級的各間隔設(shè)置兩段網(wǎng)絡(luò)，分布在相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)上的電子式互感器就能夠直接地通過交換機(jī)，使用相應(yīng)片段的母線電壓采樣值，這樣一來，兩段網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)流量就可以縮減一部分。

35kV母聯(lián)及10kV母聯(lián)部分網(wǎng)組上各為一間隔，這兩部分的電子式電壓或電流互感器從一次側(cè)采集到信號后，合并單元按照標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確規(guī)范地處理采樣值，然后采樣信息通過間隔內(nèi)的以太網(wǎng)交換機(jī)，最后傳輸?shù)竭^程層環(huán)網(wǎng)中。實(shí)現(xiàn)有用信息在過程層網(wǎng)絡(luò)上的共享，并且還能夠被監(jiān)控和保護(hù)。

2.3 一次設(shè)備的選取

同傳統(tǒng)變電站相比，采用的通信標(biāo)準(zhǔn)能夠?qū)?shù)據(jù)信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換和傳遞共享，數(shù)據(jù)的可靠性、及時(shí)性能優(yōu)良。

電子式互感器是變電站的一個(gè)十分重要的組成設(shè)備。在電子式互感器的選擇上，35kv進(jìn)線、母聯(lián)合饋線上，統(tǒng)統(tǒng)選取有一個(gè)保護(hù)級、一個(gè)測量級輸出的電流互感器。而對于35kV母線，則有稍許不同，是選取有一個(gè)保護(hù)級或者一個(gè)測量級輸出的、帶有零序開口電壓輸出的電子式電壓互感器而不是電流互感器。

2.4 數(shù)字化變電站二次設(shè)備的選擇

網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備的組成中，主要有變壓器、線路測控保護(hù)單元以及備用電源自投裝置等。

在保護(hù)單元的選取上，各單元都是通過電子式互感器得以收集并且通過以太網(wǎng)進(jìn)行信息傳遞。我國有很多的保護(hù)裝置都通過了現(xiàn)場運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，保護(hù)單元的類似產(chǎn)品比如說PST1200變壓器等。另外還有PWF光數(shù)字式保護(hù)測試儀，這個(gè)保護(hù)裝置按照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)直接輸出光電信號，能夠滿足新型數(shù)字式保護(hù)裝置調(diào)試要求。

2.5 基于Opnet網(wǎng)絡(luò)仿真軟件的仿真實(shí)驗(yàn)

根據(jù)以上的數(shù)據(jù)并加以補(bǔ)充，對35kV變電站的設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，所用的仿真軟件Opnet為網(wǎng)絡(luò)仿真軟件。在Opnet系統(tǒng)中有Ethernet-kstn-dv節(jié)點(diǎn)模型，它帶有節(jié)點(diǎn)本身的網(wǎng)絡(luò)控制信息。這個(gè)軟件的功能十分強(qiáng)大，能夠?qū)﹂g隔層內(nèi)的各種通信節(jié)點(diǎn)進(jìn)行仿真，并傳遞信息。其他方面，比如說對定時(shí)數(shù)據(jù)通信行為進(jìn)行仿真模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以采用Video onforence服務(wù)，需要對突發(fā)性的數(shù)據(jù)下傳行為進(jìn)行仿真模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以采用FTP服務(wù)。

3 結(jié)束語

本文通過實(shí)例設(shè)計(jì)，給相應(yīng)的應(yīng)用建設(shè)從網(wǎng)絡(luò)的組建到仿真實(shí)驗(yàn)軟件的選取都提供了一個(gè)非常具體方案，因此具有很強(qiáng)的操作性。數(shù)字化變電站能夠提供一個(gè)更優(yōu)質(zhì)的電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境。目前，我國對于這方面的研究已經(jīng)有了重大成果，在國際上，我國相關(guān)方面的研究也占據(jù)了一定的席位，但這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，它的發(fā)展是一個(gè)長期的過程，我們還需要做更多的努力，在探索中總結(jié)數(shù)字化變電站自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用上最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。在實(shí)踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和磨礪技術(shù)，為今后建設(shè)提供一個(gè)更加經(jīng)濟(jì)和優(yōu)質(zhì)的方案。

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作者單位

曲阜師范大學(xué)日照校區(qū) 山東省日照市 276826