數(shù)字化變電站方案設(shè)計(jì)探討

吳燕子

（南京國(guó)聯(lián)電力工程設(shè)計(jì)有限公司，江蘇 南京 210000）

新能源發(fā)電電源分散，發(fā)電量也不均衡。要想平衡電網(wǎng)供需，保障電力供應(yīng)穩(wěn)定，輸電方向需要由單向向多向發(fā)展。電網(wǎng)要想奔向未來(lái)，既需要給力的電力基礎(chǔ)設(shè)施，也需要給力的運(yùn)營(yíng)方式。在發(fā)輸配儲(chǔ)用的電力價(jià)值鏈上，處處都需要智能化、數(shù)字化的監(jiān)控、通訊和控制系統(tǒng)保證電網(wǎng)的可靠運(yùn)行。變電站于電網(wǎng)，仿佛關(guān)節(jié)于骨骼、穴位于經(jīng)絡(luò)。因此，要構(gòu)建數(shù)字化的未來(lái)電網(wǎng)，就要建立起數(shù)字化變電站。

1 數(shù)字化變電站概述

1．1 數(shù)字化變電站的概念

根據(jù)DL/T860標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)字化變電站的主要組成部分，包括間隔層、站控層以及過(guò)程層這三個(gè)部分。同時(shí)，在數(shù)據(jù)建模以及通信服務(wù)協(xié)議選擇過(guò)程中，所使用到的模式為DL/T860模式，同時(shí)，在數(shù)字化變電站建設(shè)過(guò)程中，主要應(yīng)用了一部分具有數(shù)字化接口的電子式互感器等智能設(shè)備。除此之外，為了能夠?qū)崿F(xiàn)變電站控制命令、監(jiān)測(cè)信號(hào)以及保護(hù)跳閘命令的數(shù)據(jù)的采集、傳送以及分析處理和之后的數(shù)據(jù)共享等一系列數(shù)據(jù)處理流程，從而能夠使得變電站具備智能化功能、程序化操作以及網(wǎng)絡(luò)化二次功能先進(jìn)功能。

1．2 與傳統(tǒng)變電站的區(qū)別

（1）過(guò)程層。包括電子式互感器、智能終端及合并單元等設(shè)備，從而能夠及時(shí)地收集以及綜合處理一次信息，并且將這些信息完成轉(zhuǎn)換以及數(shù)字化合并。

（2）電子式互感器。電子式傳輸器的主要組成部分包括連接到二次轉(zhuǎn)換器以及傳輸系統(tǒng)中的一個(gè)或者是多個(gè)電流傳感器或者是電壓傳感器，通過(guò)應(yīng)用該電子式互感器，能夠?qū)⒈粶y(cè)量的能量直接傳輸給測(cè)量?jī)x表、測(cè)量?jī)x器以及繼電保護(hù)以及繼電控制裝置。

（3）合并單元。合并單元的主要功能是直接將經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化得來(lái)的電流及電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行合成。

（4）智能終端。指的是就近安裝系統(tǒng)設(shè)備，從而能夠采集、傳輸、綜合分析處理及控制信息的一項(xiàng)智能化電子裝置。

（5）GOOSE。無(wú)論狀態(tài)如何發(fā)生變化，GOOSE智能電子設(shè)備都能夠借助之前所得到的電話報(bào)告，多播一個(gè)高速二進(jìn)制對(duì)象——通用面向?qū)ο蟮淖冸娬臼录?bào)告。

（6）IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。IEC61850是國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）TC57工作組指定的《變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)》系列標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)該標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)，工作人員就能夠在工作過(guò)程中遵從該標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的設(shè)備行為、數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)命名、設(shè)備的通用配置語(yǔ)言以及設(shè)備的自描述特性。通過(guò)規(guī)范這一類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，能夠方便不同電網(wǎng)工作人員工作的交接，使得各個(gè)智能電器設(shè)備之間能夠?qū)崿F(xiàn)互操作以及信息共享。通過(guò)這些操作式的保護(hù)裝置以及測(cè)控裝置的通信接口以及模型區(qū)域規(guī)范化，同時(shí)，還進(jìn)一步定義了智能化開(kāi)光以及電子式CT、PT等一次設(shè)備的通信接口和模型。

1．3 數(shù)字化變電站的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)的變電站相比，基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站擁有數(shù)字化的CT、VT、二次設(shè)備和開(kāi)關(guān)設(shè)備，從而能夠在通信協(xié)議上實(shí)現(xiàn)無(wú)限銜接，并且使得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸功能更為優(yōu)先，保證所進(jìn)程的數(shù)字化變電站能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)共享，同時(shí)，共享的數(shù)據(jù)及信息較為全面，并且較為經(jīng)驗(yàn)，也方便之后的安裝、運(yùn)行、后續(xù)的維護(hù)以及升級(jí)等一系列操作，同時(shí)，在具備相同格式的底層數(shù)據(jù)上，還能夠在更進(jìn)一步降低設(shè)備需要投入的成本的基礎(chǔ)上，提供給使用者以更先進(jìn)的應(yīng)用功能。此外，由于使用少量光纖代替大量電纜，可以充分簡(jiǎn)化二次接線。數(shù)字信號(hào)和處理無(wú)附加誤差，可以提升測(cè)量的精度。二次設(shè)備具有小型化、標(biāo)準(zhǔn)化、集成化的特點(diǎn)，可以靈活布置，從而減少變電站集控室的面積。

2 數(shù)字化變電站設(shè)計(jì)方案

2．1 數(shù)字化變電站系統(tǒng)的基本架構(gòu)

（1）站控層。站控層主要是保信子站網(wǎng)絡(luò)通信記錄分析系統(tǒng)、五防子系統(tǒng)、操作員工作站、主機(jī)、衛(wèi)星過(guò)時(shí)系統(tǒng)和其他智能設(shè)備接口設(shè)備、運(yùn)動(dòng)通信裝置組成。站控層能夠?qū)⑷抗ぷ髡局胁杉鬏數(shù)臄?shù)據(jù)信息直接搜集，同時(shí)將這些信息輸入數(shù)據(jù)庫(kù)中定時(shí)刷新，這些進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，之后將會(huì)轉(zhuǎn)入歷史數(shù)據(jù)記錄庫(kù)中；通過(guò)站控層，傳輸而來(lái)的有關(guān)信息及數(shù)據(jù)還能夠直接傳輸?shù)秸{(diào)度端，同時(shí)，還能在電網(wǎng)的命令下達(dá)或者是控制中心控制指令發(fā)出以后，按照順序下發(fā)到間隔層以及過(guò)程層執(zhí)行。同時(shí)，站控層還能夠控制全站的操作閉鎖控制，能夠在站內(nèi)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控以及實(shí)現(xiàn)人機(jī)互聯(lián)。除此之外，站控層還具有在線的維護(hù)過(guò)程層以及間隔層等二次設(shè)備，對(duì)有關(guān)的電網(wǎng)參數(shù)進(jìn)行修改等一系列功能。

（2）間隔層。間隔層主要由測(cè)控裝置、計(jì)量裝置、保護(hù)測(cè)繪一體化裝置、穩(wěn)定控制裝置以及保護(hù)裝置等共同組成。而間隔層的主要工作是通過(guò)匯集實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)信息，從而完成系統(tǒng)的自動(dòng)控制、保護(hù)功能以及邏輯控制功能，同時(shí)，對(duì)這些功能進(jìn)行運(yùn)算判別以及發(fā)布信號(hào)。除此之外，間隔層還能夠在連鎖以及閉鎖和相關(guān)同期功能進(jìn)行過(guò)程中進(jìn)行判別。此外，間隔層還能夠直接在站控層以及過(guò)程層之間實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。

（3）過(guò)程層。過(guò)程層主要負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及電氣量的采集，同時(shí)，執(zhí)行控制命令等一系列操作。是由電子互感器、合并單元和智能終端構(gòu)成。

2．2 數(shù)字化變電站設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)

（1）非常規(guī)互感器技術(shù)。在電力系統(tǒng)中，互感器能夠?qū)崿F(xiàn)電能的計(jì)量、測(cè)量、控制以及保護(hù)等一系列操作，同時(shí)，還能夠?yàn)橐陨喜僮魈峁┮欢ǖ碾妷盒盘?hào)或者是電流信號(hào)。也因此，非常規(guī)護(hù)感器的可靠性以及精度直接同整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性、安全性以及經(jīng)濟(jì)性等相關(guān)聯(lián)，非常規(guī)護(hù)感器是電力系統(tǒng)當(dāng)中的一項(xiàng)重要設(shè)備。目前，電力系統(tǒng)測(cè)量電流或電壓主要采用的是傳統(tǒng)電磁式互感器，它具有類(lèi)似于變壓器的結(jié)構(gòu)。隨著我國(guó)電網(wǎng)已經(jīng)將原來(lái)的220KV的骨干電網(wǎng)提高到了500KV，電壓等級(jí)不斷提高，傳統(tǒng)的互感器也暴露出來(lái)一系列問(wèn)題。其中，一方面電磁式互感器具備較為復(fù)雜的絕緣結(jié)構(gòu)，除此之外，又因?yàn)槠涔こ淘靸r(jià)過(guò)高，重量以及體積也在隨著性能的增加而增加，支撐結(jié)構(gòu)也在趨于復(fù)雜。

（2）智能斷路器技術(shù)。斷路器在變電站中作為必不可少的設(shè)備，其主要是通過(guò)斷路器的操作，實(shí)現(xiàn)事故快速隔離保障以及正常操作之間的轉(zhuǎn)變。在數(shù)字化變電站中，重要應(yīng)用的是智能斷路器設(shè)備，在設(shè)備中所配備的斷路器具備較高性能，同時(shí)，其控制設(shè)備的性能也比較高。除此之外，其還另外配備有傳感器、電子設(shè)備以及執(zhí)行器，智能斷路器設(shè)備能夠進(jìn)行斷路器的所有操作。而在此基礎(chǔ)上，智能斷路器還能夠?qū)崿F(xiàn)其余的附加操作，而這一系列附加操作及功能能夠應(yīng)用于變電站的監(jiān)測(cè)以及診斷等方面，智能斷路器的主要功能有：①實(shí)現(xiàn)重合閘的智能操作；②分合閘相角控制，實(shí)現(xiàn)斷路器選相合閘和同步分?jǐn)唷?/p>

（3）通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)作為數(shù)字化變電站中的一項(xiàng)重要組成部分，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全可靠以及實(shí)時(shí)性直接同整個(gè)數(shù)字化變電站系統(tǒng)的可用性相關(guān)聯(lián)，也因此，要想提高通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性，則必須先具備有較高可靠性的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及冗余技術(shù)。數(shù)字化變電站網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)主要應(yīng)用于交換機(jī)、集線器、服務(wù)器、以太網(wǎng)接口以及路由器等多項(xiàng)組成部分，而其中作為一種結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的多端口裝置，集線器當(dāng)中的某一端口如果接收到信息，將會(huì)將該信息傳輸給其余的端口。同時(shí)，要想堅(jiān)持這多個(gè)端口中的數(shù)據(jù)，并且判斷數(shù)據(jù)的屬性，則需要借由智能多路交換機(jī)這一裝置實(shí)行。而如果各個(gè)端口所傳出的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)包信息并不完整，那么，交換機(jī)就會(huì)忽略這一數(shù)據(jù)，并不再?gòu)V播，反之，如果數(shù)據(jù)包完整并且能解釋，那么，交換機(jī)就會(huì)根據(jù)該數(shù)據(jù)包的地址信息，將其廣播到另一個(gè)端口中。兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)要想連接到一起，必須由路由器來(lái)實(shí)現(xiàn)，就能夠?qū)⒙酚善鞯木W(wǎng)絡(luò)通信狀況設(shè)置為忽略內(nèi)斷網(wǎng)狀態(tài)，從而能夠直接地向互聯(lián)網(wǎng)通信傳輸?shù)念A(yù)期網(wǎng)址。通過(guò)使用通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)從原本的被保護(hù)，轉(zhuǎn)變?yōu)槿缃窬哂虚_(kāi)放性的自由邊界的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中獨(dú)立出來(lái)，從而使得通信網(wǎng)絡(luò)能夠成為一種能夠被管理器控制的具備較高安全性的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。

3 結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，數(shù)字化變電站使設(shè)備更加簡(jiǎn)約、更高效率、更可靠、更易操作和管理，降低了變電站的建設(shè)和維護(hù)成本，也使電網(wǎng)更加安全、高效、可靠和可預(yù)測(cè)。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，變電站自動(dòng)化技術(shù)未來(lái)的發(fā)展方向以及發(fā)展趨勢(shì)則必然朝著數(shù)字化的方向發(fā)展，而數(shù)字化作為發(fā)展過(guò)程中應(yīng)用的一種手段，就需要在數(shù)字化變電站的設(shè)計(jì)及建造過(guò)程中，從生產(chǎn)角度考慮，判斷數(shù)字化變電站設(shè)計(jì)以及建設(shè)在技術(shù)以及管理上是否能夠完成，從而積極探索正確方向并穩(wěn)妥推進(jìn)建設(shè)流程。