基于數(shù)字化變電站自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用研究

王克君　孟憲寧

摘要：數(shù)字化變電站技術(shù)涉及計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)、繼電保護(hù)自動(dòng)化等多個(gè)高端科研領(lǐng)域，隨著智能化電氣的發(fā)展，變電站自動(dòng)化技術(shù)即將進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代。數(shù)字化變電站技術(shù)是變電站自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展中具有里程碑意義的一次變革。數(shù)字化變電站技術(shù)是當(dāng)今世界最先進(jìn)的電力自動(dòng)化技術(shù)，引領(lǐng)著電力技術(shù)發(fā)展方向，其主要特征是“一次設(shè)備智能化，二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化，符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)”，由電子式互感器、智能化終端、數(shù)字化保護(hù)測(cè)控設(shè)備、數(shù)字化計(jì)量?jī)x表、光纖以太網(wǎng)及IEC61850規(guī)約組成的全智能化的分層分布式變電站，即站內(nèi)信息全部做到數(shù)字化，信息傳遞實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，通信模型達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化，使各種設(shè)備和功能共享統(tǒng)一的信息平臺(tái)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化;變電站;自動(dòng)化技術(shù);應(yīng)用;分析

1導(dǎo)言

隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)變電站已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足電力系統(tǒng)運(yùn)行需求，而數(shù)字化變電站應(yīng)用大規(guī)模集成電路，運(yùn)用通信網(wǎng)絡(luò)、繼電保護(hù)自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)等專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，逐漸實(shí)現(xiàn)了變電站電氣設(shè)備的智能化和網(wǎng)絡(luò)化，自動(dòng)化技術(shù)在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了信息共享，為變電站管理和維護(hù)提供了更加便利的條件。變電站作為我國(guó)電力系統(tǒng)的重要組成部分，在電能輸送中發(fā)揮著不可替代的重要作用，數(shù)字化變電站實(shí)現(xiàn)了變電站系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化，并且通過(guò)應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，極大地提高了變電站運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，推動(dòng)我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展。

2數(shù)字化變電站建設(shè)的基本架構(gòu)

2.1站控層

站控層是數(shù)字化變電站系統(tǒng)中非常關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)，其主要用于定時(shí)登錄數(shù)字化變電站系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)時(shí)刷新數(shù)據(jù)庫(kù)信息，按照數(shù)字化變電站運(yùn)行要求，采集調(diào)度中心相關(guān)數(shù)據(jù)信息保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，并且將相關(guān)指令和信息向變電站的間隔層和過(guò)程層進(jìn)行反饋。同時(shí)，工作人員可在數(shù)字化變電站的站控層進(jìn)行在線(xiàn)編程，實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)交互，并且可實(shí)時(shí)監(jiān)控變電站系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，基于變電站系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)在線(xiàn)修理和維護(hù)間隔層和過(guò)程層出現(xiàn)的運(yùn)行故障，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化變電站故障分析、診斷和維護(hù)的自動(dòng)化和智能化。另外，數(shù)字化變電站站控層具有觸控、打印、預(yù)警、顯示等操作功能，可以很好地保障數(shù)字化變電站安全運(yùn)行。

2.2間隔層

數(shù)字化變電站間隔層主要通過(guò)實(shí)時(shí)匯總變電站系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息，有效控制一次設(shè)備和系統(tǒng)線(xiàn)路的繼電保護(hù)。同時(shí)，間隔層實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化變電站間隔操作的控制鎖止，可優(yōu)先獲得控制命令、運(yùn)算、整體分析、數(shù)據(jù)采集等控制權(quán)，在數(shù)字化變電站系統(tǒng)中發(fā)揮著銜接過(guò)渡的作用，并且基于變電站通信系統(tǒng)，間隔層中的各種電氣設(shè)備實(shí)現(xiàn)了相互對(duì)話(huà)、信息共享的功能。

2.3過(guò)程層

數(shù)字化變電站過(guò)程層通過(guò)檢測(cè)諧波分量、相位、電流和電壓，根據(jù)間隔層電氣設(shè)備運(yùn)行情況，結(jié)合這些參數(shù)，計(jì)算出變電站的電能量、無(wú)功功率和有功功率。其次，檢測(cè)數(shù)字化變電站運(yùn)行情況，做好壓力、電解液密度、溫度、絕緣等級(jí)等數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，匯總這些數(shù)據(jù)信息傳送到數(shù)字化變電站系統(tǒng)服務(wù)器上，有效控制數(shù)字化變電站具體操作，包括開(kāi)關(guān)分合控制、斷路器隔斷控制、升壓器接頭控制、直流電源和交流電源充放電控制、電感電容投切控制等。

3數(shù)字化變電站系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1可靠性較低

數(shù)字化變電站系統(tǒng)過(guò)程層引進(jìn)了很多電氣設(shè)備，需要設(shè)置合并器，但是在變電站實(shí)際應(yīng)用中，合并器頻繁地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，會(huì)嚴(yán)重影響數(shù)字化變電站運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。數(shù)字化變電站系統(tǒng)采用數(shù)字化信息傳輸，容易出現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作延時(shí)、誤碼等問(wèn)題。并且，電子式互感器和光電式互感器工作方式和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)具有特殊性，使得數(shù)字化變電站無(wú)法順利對(duì)互感器進(jìn)行比差、角差的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，也不能順利開(kāi)展極性試驗(yàn)，在電氣設(shè)備帶電投運(yùn)后，影響接線(xiàn)檢驗(yàn)的可靠性和準(zhǔn)確性。

3.2保護(hù)不足

數(shù)字化變電站運(yùn)行條件下，部分線(xiàn)路的間隔保護(hù)和保護(hù)校驗(yàn)比較復(fù)雜，操作難度較大，變電站系統(tǒng)所需的電壓量和電流量無(wú)法從常規(guī)繼電保護(hù)裝置中獲得，由于數(shù)字化變電站電壓量和電流量要先通過(guò)合并器才能流入保護(hù)系統(tǒng)，但是試驗(yàn)過(guò)程中需提供標(biāo)準(zhǔn)的電壓量和電流量，并且自帶合并器才能進(jìn)行模擬試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化變電站的誤差保護(hù)，這給電壓量、電流量保護(hù)校驗(yàn)帶來(lái)很大麻煩。當(dāng)前，數(shù)字化變電站主要基于IEC61850通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備、一次設(shè)備的信息通信，但是受到技術(shù)方面的限制，數(shù)字化接口和通信還存在一些問(wèn)題，影響了數(shù)字化變電站保護(hù)的可靠性和穩(wěn)定性。另外，IEC61850通信協(xié)議沒(méi)有明確變電站的安全保護(hù)設(shè)置，由于該協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)性和開(kāi)放性，給數(shù)字化變電站系統(tǒng)埋下很多安全隱患。

4數(shù)字化變電站自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)與效益分析

4.1變電站的各種功能可共享統(tǒng)一的信息平臺(tái)

國(guó)際電工委員會(huì)61850對(duì)電力系統(tǒng)的相關(guān)問(wèn)題標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化變電站自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，由此，電網(wǎng)的一次設(shè)備和二次設(shè)備發(fā)生了翻天覆地的變化，智能化和網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用最大程度的提高了變電站在測(cè)量、保護(hù)、控制和監(jiān)控等系統(tǒng)的工作效率和準(zhǔn)確率。各信息能在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行流通，采用統(tǒng)一的信息、數(shù)據(jù)和功能建立標(biāo)準(zhǔn)化的模型，此舉不僅提高了變電站內(nèi)部信息共享，也提高了變電站工作的效率和準(zhǔn)確性，避免了由于重復(fù)建設(shè)造成的資金的浪費(fèi)，換句話(huà)說(shuō)節(jié)約了資金也就是降低了總體的成本。

4.2有利于變電站規(guī)模的擴(kuò)大和功能的更新

傳統(tǒng)的變電站要進(jìn)行信息規(guī)模的擴(kuò)大必須將原有的設(shè)備淘汰更新為更大規(guī)模的設(shè)備，而數(shù)字化變電站自動(dòng)化技術(shù)使用后，擴(kuò)大變電站規(guī)模就變得容易很多，不需要像傳統(tǒng)的淘汰設(shè)備，只需要在網(wǎng)絡(luò)上接入新設(shè)備即可，這樣一來(lái)不但提高了變電站的功能和整體規(guī)模，能最大程度的降低資源浪費(fèi)，節(jié)省投資成本。使得變電站的工作更加便捷快速，從而提高工作的效率。

4.3提高了變電站電氣設(shè)備運(yùn)行的安全可靠性

傳統(tǒng)變電站通信設(shè)備大多采用電纜的形式進(jìn)行接受信息和通信工作，這樣既需要大量人力也需要耗費(fèi)大量電纜的原資源，且一旦發(fā)生故障，由于電纜自身特點(diǎn)，導(dǎo)致檢修十分麻煩。而新型的數(shù)字化變電站則就是為了解決原有的缺陷，光纖的使用，完全解決了傳統(tǒng)電纜電磁兼容的問(wèn)題，電氣隔離高壓和低壓系統(tǒng)，最大程度上降低了檢修的時(shí)間、頻率和檢修的難度。數(shù)字化變電站還創(chuàng)造性地將二次回路路線(xiàn)取消，取而代之以光纖和網(wǎng)線(xiàn)通信，這樣就可以避免二次回路的一些隱患和故障，既節(jié)省了資源又節(jié)省了勞動(dòng)力同時(shí)還能更高更快更安全更準(zhǔn)確的進(jìn)行工作和運(yùn)行。

5結(jié)論

從上研究可以看出，傳統(tǒng)的變電站不足以滿(mǎn)足如今的要求，在網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展的今天，數(shù)字化變電站自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展迫在眉睫，必須將其廣泛應(yīng)用提上日程，其應(yīng)用能夠有效提高變電站工作效率的同時(shí)保證工作質(zhì)量，還能節(jié)約資源和成本，一舉多得，因此，將數(shù)字化變電站進(jìn)行推廣和發(fā)展對(duì)未來(lái)有深遠(yuǎn)的影響。未來(lái)智能化數(shù)字化還會(huì)不斷發(fā)展，數(shù)字化變電站將向著光電互感器、智能化集成開(kāi)關(guān)和智能變壓器等數(shù)字化設(shè)備將不斷應(yīng)用在其中，最終實(shí)現(xiàn)信息的完全共享和各層次間的無(wú)縫通訊。

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