終端程序化式智能變電站的探討

黃傳水

摘 要：隨著智能變電站二次設(shè)備的日趨成熟，將現(xiàn)有的保護裝置、測控裝置設(shè)備優(yōu)化成終端程序（APP模式）是今后智能變電站發(fā)展趨勢。重點針對終端程序化進行了分析，并對終端程序化智能變電站的應(yīng)用前景進行了展望；同時介紹了智能變電站的定義及特點。

關(guān)鍵詞：智能變電站；終端程序；保護；測控；系統(tǒng)功能

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A

0.引言

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和世界科技進步，變電站自動化技術(shù)的發(fā)展主要有3個階段：

（1）分立元件構(gòu)成的自控裝置階段：該階段又可經(jīng)歷電磁式、晶體管式、集成電路式3個階段，時間上屬于20世紀70年代以前。

（2）以微機處理器（MPU）為核心的智能自動裝置階段：1971年，世界上第一個微機處理器問世，MPU取代晶體管及集成電路組成的分立元件，測量準確度提高，可靠性提升，部分功能有所擴展，但仍維持原有的功能邏輯，通信與信息資源共享無法實現(xiàn)，導(dǎo)致變電站在實際上成為了自動化的孤島。

（3）智能化時代：始于20世紀80年代中后期，在這基礎(chǔ)上又進入了全數(shù)字化、智能化的時代。

（4）變電站綜合自動化和變電站自動化階段：變電站綜合自動化系統(tǒng)是將變電站的二次設(shè)備（包括測量儀表、信號系統(tǒng)、繼電保護、運動裝置以及自動化裝置）在功能的優(yōu)化組合以及重新設(shè)計下，使用現(xiàn)代化電子信息技術(shù)、計算機技術(shù)、信號處理技術(shù)以及通信技術(shù)與電力系統(tǒng)的有關(guān)理論和技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)對全變電站的主要設(shè)備以及配、輸電線路的測量、自動監(jiān)視、自動控制、保護、調(diào)度通信等綜合自動化功能性配置。

20世紀80年代和90年代中期，國內(nèi)外都把具有上述功能的系統(tǒng)稱作變電站綜合自動化系統(tǒng)，以區(qū)別只有局部功能的自動化系統(tǒng)。1997年國際電網(wǎng)大會工作組在其報告中采用了“變電站自動化”和“變電站自動化系統(tǒng)”的名詞，此后IEC61850標準采用“變電站自動化系統(tǒng)”（SAS）的名詞，并給出了一個十分簡明扼要、極具概況性的定義：SAS就是在變電站提供包括通信基礎(chǔ)設(shè)施在內(nèi)的自動化系統(tǒng)。

當(dāng)前智能變電站的發(fā)展建設(shè)，是基于二次設(shè)備研發(fā)技術(shù)的高速發(fā)展，變電站集成理念逐漸深入人心，變電站建設(shè)理念逐漸趨向于減少占地面積、節(jié)約成本造價、提升供電效率的標點所發(fā)展理念。智能變電的節(jié)能環(huán)保、運行安全、調(diào)控靈活以及維護成本低的優(yōu)勢，是時代發(fā)展過程中的必然趨勢。

本文對智能變電站的保護設(shè)備和監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的程序化設(shè)想進行討論和分析，以期為智能變電站的建設(shè)發(fā)展提供參考依據(jù)。

1.智能變電站的優(yōu)勢

智能變電站是由具有可靠性、先進性、集成性、環(huán)保性、低碳性的設(shè)備科學(xué)組合所形成，智能變電站的基本要求為通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、全站信息數(shù)字化、高壓設(shè)備智能化、系統(tǒng)功能集成化、信息共享標準化、運作狀態(tài)可視化以及設(shè)計結(jié)構(gòu)緊密化等智能化技術(shù)特征，滿足電網(wǎng)系統(tǒng)信息傳輸，通過靈活的信息傳遞共享，能夠為變電所決策提供方便，進而提高整個電網(wǎng)運行可靠性及經(jīng)濟性的新一代變電站。在智能電網(wǎng)中高壓設(shè)備智能化發(fā)揮著重要作用，這也是傳統(tǒng)電網(wǎng)與智能電網(wǎng)的重要區(qū)分標志。

第一，智能變電站具有較高的可靠性，智能變電站的高度可靠性也是智能電網(wǎng)的要求之一。高度可靠性體現(xiàn)在變電站和站內(nèi)設(shè)備可靠性較高，以及變電站本身具備自我診斷以及自我處理功能，對設(shè)備故障進行及早預(yù)防，及時預(yù)警，在設(shè)備故障時能第一時間做出相應(yīng)處理，從而有效降低因設(shè)備故障帶來的供電損失。

第二，智能變電站具有較強的交互性。智能電網(wǎng)需要通過智能變電站所提供的實時、準確、可靠、安全的信息，使智能電網(wǎng)運行、控制得以滿足。智能變電站所采集的信息在實現(xiàn)站內(nèi)共享的同時，也要與電網(wǎng)內(nèi)部其他高級應(yīng)用系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)對象進行實時互動，從而使各級電網(wǎng)運行具有安全性、穩(wěn)定性以及經(jīng)濟適用性的基本特點。

第三，智能變電站具有高度集成化。智能變電站是將現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、電力電子技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、計算機技術(shù)、控制技術(shù)、傳感測量技術(shù)等多種先進技術(shù)與原有的變電站技術(shù)相融合，在此基礎(chǔ)上兼容虛擬電廠技術(shù)和微網(wǎng)技術(shù)，使變電站的數(shù)據(jù)采集模式加以簡化，使統(tǒng)一的電網(wǎng)信息支撐平臺得以形成，并為電網(wǎng)實時控制、在線分析以及智能調(diào)節(jié)等電網(wǎng)系統(tǒng)高級應(yīng)用提供信息支持技術(shù)。

第四，智能變電站具有環(huán)保低碳的特點。智能變電站通過光纖接線代替了傳統(tǒng)的電纜接線；并在變電站內(nèi)的電子設(shè)備應(yīng)用具有高度集成化和低功耗的電子元器件；同時使用電子式互感器取代傳統(tǒng)的互感器，從而使變電站的資源消耗和建設(shè)成本能夠有效降低，降低變電站內(nèi)部所產(chǎn)生的噪音、輻射、電磁干擾以及電磁污染，使變電站內(nèi)部的電磁環(huán)境能夠有效凈化，使變電站的性能得以優(yōu)化，從而使其更符合現(xiàn)今環(huán)境保護以及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的基本要求。

2.智能變電站二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)組成架構(gòu)（以110kV變電站直采直跳方式為例）

智能變電站自動化系統(tǒng)的邏輯功能是由站控層、過程層以及間隔層的3層設(shè)備共同組成。站控層主要工作是監(jiān)督、管理站內(nèi)所有設(shè)備的運行狀態(tài)，以及信息交互工作，其主要是由主機、操控員、通信裝置、其他二次功能設(shè)備構(gòu)成。間隔層是在站控層功能失效后依然能夠?qū)崿F(xiàn)獨立完成就地監(jiān)控，是由若干個二次子系統(tǒng)組成。過程層的主要工作是采集電氣量、實時監(jiān)控設(shè)備的運行情況并發(fā)送相應(yīng)的控制執(zhí)行命令等內(nèi)容主要是有電子式互感器或常規(guī)互感器、合并單元、智能終端組成。在進行智能變電站自動化系統(tǒng)建設(shè)時需要保證所有設(shè)備IDE接口一致，并且在系統(tǒng)建設(shè)成功后需要通過第三方平臺對整個智能變電站自動化系統(tǒng)進行檢測。

從上面來看，現(xiàn)有智能變電站二次設(shè)備主要是從合并單元智能終端一體化裝置或合并單元—測控裝置、保護裝置或自動化裝置—間隔層網(wǎng)絡(luò)或站控層網(wǎng)絡(luò)。

目前該鐘方式，設(shè)備上與以往的常規(guī)計算機監(jiān)控系統(tǒng)變電站便沒有優(yōu)化設(shè)備，反而增加了不少二次設(shè)備，如合并單元智能終端一體化裝置、光纖配線箱、直流單元等，邏輯上來說設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)組成已經(jīng)達到了智能變要求，在同規(guī)模變電站的情況下過多的二次設(shè)備投入反而增加了建設(shè)成本和今后的維護成本。為此優(yōu)化智能變電站二次設(shè)備是今后智能變發(fā)展和研究的方向。endprint

3.把測控裝置、保護裝置或自動化裝置進化成終端程序設(shè)想

在當(dāng)前各中應(yīng)用程序（APP模式）的廣泛應(yīng)用和大數(shù)據(jù)統(tǒng)計日益成熟和穩(wěn)定的情況下。把終端程序程序應(yīng)用到智能變電站，能夠?qū)⒃械亩卧O(shè)備，從合并單元智能終端一體化裝置或合并單元—測控裝置、保護裝置或自動化裝置—間隔層網(wǎng)絡(luò)或站控層的物理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化成：合并單元智能終端一體化裝置（加本間隔測控、保護程序終端）或合并單元—間隔層網(wǎng)絡(luò)或站控層（加公共單元的保護、測控程序終端控制器）的物理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。省去了現(xiàn)有的保護裝置、測控裝置、自動化裝置、直流負荷，大量地節(jié)約了二次設(shè)備的投入、變電站的占地空間，運行維護更簡潔，比現(xiàn)有的智能變電站更智能。

未來通過終端程序代替現(xiàn)有的保護、測控、自動化裝置。大量的減少了二次設(shè)備、屏柜數(shù)量以及占用的空間都大幅降低，經(jīng)濟效益十分顯著。

4.系統(tǒng)功能

（1）當(dāng)前智能變電主要系統(tǒng)功能

（a）具備數(shù)據(jù)采集與處理功能；

（b） 實時數(shù)據(jù)庫的建立，通過對間隔層或者過程層設(shè)備的實時數(shù)據(jù)信息進行存儲和更新；

（c）具備順序控制功能；

（d）使無人值班的相關(guān)功能要求得以滿足；

（e）安裝防誤閉鎖裝置；

（f）具備報警處理功能，通過自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集完成報警信息來源；

（g）具備事故追憶和順序記錄功能；

（h）具備生產(chǎn)畫面以及顯示畫面的功能；

（i）具備在線制表以及在線計算功能；

（j）具備處理數(shù)字或者模擬電能量功能；

（k）具備遠程通信功能；

（l）具備人機聯(lián)絡(luò)功能；

（m）具備系統(tǒng)自我診斷以及自我恢復(fù)功能；

（n）具有與其他智能設(shè)備連接端口；

（o）具備故障信息管理以及故障保護功能；

（p）具備狀態(tài)可視化功能；

（q）具備事故信息綜合分析和故障警告、決策功能；

（r）具備網(wǎng)絡(luò)報文記錄、分析功能；

（s）具備對配置管理基本信息數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)自動生成、記錄功能；

（t）具備其他高級運行應(yīng)用功能。

（2）未來的測控裝置、自動化裝置以及保護裝置需要進化成為終端程序，使其可以安裝在二次設(shè)備上更能有效、靈活、安全、穩(wěn)定的增加各種所需的功能。

結(jié)語

本文從變電站自動化技術(shù)的發(fā)展史，智能變電站的技術(shù)特征入手，設(shè)想了智能變電從原有的二次設(shè)備從合并單元智能終端一體化裝置或合并單元—測控裝置、保護裝置或自動化裝置—間隔層網(wǎng)絡(luò)或站控層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化成：合并單元智能終端一體化裝置（加本間隔測控、保護程序終端）或合并單元—間隔層網(wǎng)絡(luò)或站控層（加公共單元的保護、測控程序終端控制器）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。未來智能變電站的技術(shù)方向依然朝著集約化、智能化以及程序化的方向發(fā)展，因此，對于未來智能變電站的研究任務(wù)依然是重點內(nèi)容。

智能變電站作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，在發(fā)展的過程中必須打破存在其中的專業(yè)壁壘，通過融合電力電子、計算機、通信、程序終端、控制技術(shù)等先進技術(shù)，使變電站資源優(yōu)化配置的最終目標得以達成，從而使變電站的擴展、維護改造、維護、升級工作更加容易，從而實現(xiàn)智能變電站集約型、高度智能化的工業(yè)化發(fā)展需求得以滿足。

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