數(shù)字化變電站智能化改造關(guān)鍵技術(shù)研究

鄭海涯 楊程 何承濤 楊萬錦 錢程

摘 要：隨著科技的發(fā)展，數(shù)字化變電站逐漸成為變電站技術(shù)發(fā)展的方向。數(shù)字化變電站的結(jié)構(gòu)層次分明，自動(dòng)化程度高，檢修維護(hù)方便，因此將傳統(tǒng)變電站改造為數(shù)字化變電站是當(dāng)前研究的一個(gè)熱點(diǎn)。本文針對(duì)數(shù)字化變電站智能化改造關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，研究了數(shù)字化變電站智能化改造過程中的問題。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化變電站;智能化改造;技術(shù)優(yōu)勢(shì)

全球資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等問題日益突出，需要用智能化的技術(shù)和手段來應(yīng)對(duì)目前面臨的各種挑戰(zhàn)[1]。數(shù)字化變電站的實(shí)現(xiàn)具有非常深遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)價(jià)值，不僅可減少設(shè)備的檢修時(shí)間和檢修次數(shù)，綜合提高設(shè)備的使用效率，還可以減少自動(dòng)化設(shè)備的數(shù)量，簡(jiǎn)化二次接線，提高電力系統(tǒng)的可靠性，使設(shè)備具備互操作性，方便了設(shè)備的更新和維護(hù)。

1關(guān)鍵技術(shù)

1.1 智能化斷路器

數(shù)字變電站使用了數(shù)字互感器，而常規(guī)的變電站使用傳統(tǒng)的電磁互感器，前者輸出的是數(shù)字量，而后者輸出的是模擬量。智能和常規(guī)斷路器的不同點(diǎn)是，在采取相應(yīng)的操作之前，智能斷路器會(huì)根據(jù)從上層接收到的操作指令，并結(jié)合其采集到的相關(guān)信息，依據(jù)一定的規(guī)則進(jìn)行電網(wǎng)狀態(tài)的判斷，然后采取某些動(dòng)作[2]。如圖1所示，除了具體一二次設(shè)備的區(qū)別，數(shù)字變電站所采用的通信協(xié)議和傳統(tǒng)變電站的也不一樣，數(shù)字變電站的通信協(xié)議遵守 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)，通信的機(jī)制為 GOOSE，并且交換的信號(hào)是數(shù)字量而不是模擬量。智能斷路器融合了新型傳感器，可以有效地采集有關(guān)信息，與控制裝置密切配合，在檢測(cè)到異常信息時(shí)可以以報(bào)警的方式提醒工作人員，避免故障影響變電站的運(yùn)行。

1.2 非常規(guī)互感器

電壓、電流變換器是測(cè)量系統(tǒng)中的核心部分，根據(jù)不同的實(shí)現(xiàn)原理，可以將其分為多種類型。根據(jù)變換原理，非常規(guī)互感器可以分為有源和無源兩種，下面分別進(jìn)行分析。

（1）有源電子式互感器。有源電子式互感器包括電流式和電壓式兩種。電流式依據(jù)的是羅科夫斯基線圈原理，電壓式依據(jù)的是電阻或者電容分壓原理。

（2）無源電子式互感器。無源電子式互感器根據(jù)原理分為法拉第效應(yīng)光學(xué)測(cè)量原理的電流互感器和普克爾效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)的電壓互感器[3]。傳統(tǒng)的無源互感器穩(wěn)定性不好、制造工藝復(fù)雜、電路比較復(fù)雜，還沒有形成大規(guī)模生產(chǎn)，只是處于預(yù)研階段。光電式互感器的傳感頭部件的能量供應(yīng)可以使用兩種方式：激光發(fā)生器供能和感應(yīng)電流供能。這兩種方式可以根據(jù)需要進(jìn)行切換。

1.3 合并單元（MU）

電子式互感器、一次設(shè)備、二次保護(hù)、測(cè)控和計(jì)量設(shè)備等變電站組件之間需要進(jìn)行連接，連接所使用的單元就是合并單元。合并單元用來接收由一次設(shè)備傳遞過來的信息，并進(jìn)行匯總處理，還可以依據(jù)二次設(shè)備的指令，輸出信號(hào)和開關(guān)信號(hào)，也可以將二次設(shè)備的指令輸出給一次設(shè)備。

1.4 IEC61850協(xié)議

IEC61850 協(xié)議是變電站的通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，為變電站內(nèi)智能設(shè)備的信息交互行為提供了標(biāo)準(zhǔn)，該協(xié)議包含十個(gè)部分的內(nèi)容。IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)際電工委員會(huì)制定的，該協(xié)議基于最先進(jìn)的技術(shù)，并且大量引入其他領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，綜合了多個(gè)方面和領(lǐng)域的行業(yè)發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)。IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)將面向?qū)ο蟮慕Ｋ枷胴瀼赜谡麄€(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，提出了一種全新的變電站自動(dòng)化手段，使得系統(tǒng)的統(tǒng)一性、規(guī)范性大幅度提高，有利于系統(tǒng)的維護(hù)和拓展升級(jí)。

2 關(guān)鍵問題

在實(shí)施數(shù)字化變電站改造過程中，可以對(duì)變電站中一次設(shè)備的檢測(cè)功能進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑?，并且可以讓其他高?jí)功能輔助系統(tǒng)得到智能化改造。相應(yīng)數(shù)字化變電站當(dāng)中，對(duì)其進(jìn)行智能化改造，可以保障已有過程層的數(shù)字化水平，同時(shí)保護(hù)網(wǎng)絡(luò)挑戰(zhàn)合閘，首先無需對(duì)其進(jìn)行改造。在具體改造過程中，重點(diǎn)是進(jìn)行智能高級(jí)應(yīng)用，一次設(shè)備以及輔助設(shè)備等方面的智能化改造。對(duì)變電站實(shí)施一次性改造，其中存在的關(guān)鍵一次設(shè)備，可以將其添加到智能單位當(dāng)中去，通過這種方式，對(duì)這一設(shè)備進(jìn)行比較全面的分析。當(dāng)分析結(jié)果滿足DL/T 860 標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)后便進(jìn)行上傳，此后將其和相關(guān)系統(tǒng)之間進(jìn)行互動(dòng)。針對(duì)二次系統(tǒng)而言，在對(duì)其進(jìn)行具體改造過程中，需在間隔層對(duì)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化和整合，針對(duì)二次接線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相應(yīng)的整合。并且針對(duì)站控層的功能、智能高級(jí)應(yīng)用等實(shí)時(shí)相應(yīng)的改造，要求其和常規(guī)性質(zhì)的改造相同。

3 智能化改造后的優(yōu)點(diǎn)

數(shù)字化變電站智能化改造后具有很多優(yōu)點(diǎn)，具體如下：

1、IEC61850 協(xié)議所帶來的優(yōu)點(diǎn)：（1）通過網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，避免了常規(guī)變電站智能設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交互不便所帶來的一些問題;（2）將信息打包成為一個(gè)整體進(jìn)行傳輸，使得信息量更大、更全面，為全面數(shù)字化通信打下基礎(chǔ); （3）統(tǒng)一的協(xié)議為整個(gè)系統(tǒng)的無縫通信提供了有利條件，使得設(shè)備之間的互操作性大大提高，而且降低了調(diào)試的難度;（4）協(xié)議使得變電站的配置實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，對(duì)于確保調(diào)試過程中的安全性和可靠性提供了保障;

2、改造后的變電站采用光纖通信，不在使用電纜，為施工帶來較大的便利;

3、信息交互平臺(tái)是面向整個(gè)變電站系統(tǒng)的，可以為各個(gè)部分使用，避免傳統(tǒng)變電站中的各個(gè)部分都有自己的信息平臺(tái)的情況出現(xiàn);

4、智能化的數(shù)字設(shè)備相對(duì)于傳統(tǒng)的一次和二次設(shè)備，結(jié)構(gòu)上更加緊湊，占用空間更小，傳輸?shù)男畔⒏尤?、高?

5、數(shù)字化變電站的安裝比較方便，調(diào)試也比較容易，可以較容易地實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)和檢修。

6、數(shù)字化變電站智能化改造后將大大降低成本。

4 結(jié)語

數(shù)字化變電站是目前我國(guó)電力企業(yè)積極進(jìn)行實(shí)用化研究的重點(diǎn)領(lǐng)域之一，它可提高電網(wǎng)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和管理水平。因此我們要注重?cái)?shù)字化變電站的智能化改造，進(jìn)而提高電力系統(tǒng)的自動(dòng)化水平和可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 石磊. 數(shù)字化變電站保護(hù)調(diào)試[J]. 電工技術(shù)， 2009（04）：64-65.

[2] 張鳴帥， 吳雪龍， 申任邦. 淺談智能化斷路器的發(fā)展[J]. 城市建設(shè)理論研究：電子版， 2014（5）.

[3] 劉海鋒， 李秦， 灣世偉. 無源電子式互感器研究與應(yīng)用進(jìn)展[C]// 全國(guó)保護(hù)和控制學(xué)術(shù)研討會(huì). 2013.