智能變電站在鋼鐵企業(yè)中的應用

李柳濤

（柳州鋼鐵股份有限公司機動工程部，廣西柳州 545002）

引言

變電站是工業(yè)企業(yè)電力能源的心臟，為工廠的正常生產(chǎn)提供源源不斷的電力能源，因此，對工業(yè)企業(yè)而言，其重要程度不言而喻。在智能變電站出現(xiàn)以前，傳統(tǒng)變電站的發(fā)展以二次系統(tǒng)劃分，主要經(jīng)歷了電磁式、數(shù)字式幾個不同的階段。電磁式是一次設備為獨立執(zhí)行元件，二次設備由電磁式繼電器組成，只有簡單的遙測、遙信功能。從微機式繼電保護裝置出現(xiàn)開始，變電站進入了數(shù)字化的時代，雖然互感器等設備仍然是傳統(tǒng)的電磁式互感器，但二次保護裝置已經(jīng)變成了微機式繼電保護裝置，形成了綜合自動化系統(tǒng)，雖然自動化水平有較大提升，具備了基本的數(shù)字化功能，但信息的集成不完備，較分散。智能變電站從一次設備到二次設備均實現(xiàn)了完全的數(shù)字化，可實現(xiàn)通訊協(xié)議統(tǒng)一、信息集中管理共享、高級應用等眾多功能，實現(xiàn)高度的數(shù)字化、智能化。

1 智能變電站簡介

智能變電站采用先進、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監(jiān)測等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能的變電站。

就目前技術發(fā)展現(xiàn)狀而言，智能變電站是由電子式互感器（也可以是電磁式互感器）、智能化開關等智能化一次設備、網(wǎng)絡化二次設備分層構建，建立在有線或無線通信規(guī)范基礎上，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設備間信息共享和相互操作的現(xiàn)代化變電站。

鋼鐵企業(yè)工序復雜繁多，且多數(shù)為一級負荷，根據(jù)鋼鐵企業(yè)的用電特點，在電網(wǎng)架構上，一般采取建設1～2個總降變電站和一定數(shù)量的區(qū)域變電站，由于站點數(shù)量多且分散，傳統(tǒng)的常規(guī)變電站由于設備、網(wǎng)絡通訊的局限性，不能完全實現(xiàn)各站點之間的數(shù)據(jù)共享，給管理造成較大困難。采用智能變電站后，最大的好處在于實現(xiàn)了通訊的統(tǒng)一標準，各站信息可以完全實現(xiàn)共享?？梢詫⒎稚⒃诟鲄^(qū)域變電站的數(shù)據(jù)通過統(tǒng)一的標準傳送到后臺系統(tǒng)中，通過后臺高級應用軟件實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集分析，分析控制電網(wǎng)潮流、集中操作等，大大提升電網(wǎng)的管理水平。

2 系統(tǒng)架構

智能變電站通過智能化設備和網(wǎng)絡將系統(tǒng)分為三層兩網(wǎng)，三層指站控層、間隔層、過程層，兩網(wǎng)指站控層網(wǎng)絡和過程層網(wǎng)絡。

2.1 過程層

主要采用了傳統(tǒng)電磁式互感器加智能終端的方式。由于一次智能化設備的可靠性相對傳統(tǒng)一次設備仍有一定差距，因此仍然選擇了傳統(tǒng)的一次設備。智能終端既是開關量的采集設備，又是分、合閘信號的執(zhí)行控制設備。它將一次設備的開關量信號采集后轉換成光信號傳輸給間隔層設備，又接收來自間隔層設備的控制信號。

2.2 間隔層

間隔層設備即常規(guī)變電站中的綜保裝置、測控裝置、穩(wěn)控裝置、錄波裝置、交換機等，間隔層設備均配置了支持IEC61850 的GOOSE 網(wǎng)口，用于與過程層設備進行數(shù)據(jù)通訊，同時也配置了以太網(wǎng)口，用于與站控層設備進行通訊。由于過程層采用了光傳輸，因此節(jié)省了大量的電纜。同時，間隔層設備通過站控層網(wǎng)絡與站控層進行通訊。

2.3 站控層

站控層配置了數(shù)量不等的操作員站、工程師站、服務器、通訊網(wǎng)關機等設備，除了可以對本站進行監(jiān)控運行外，也可通過網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳送至中調(diào)、地調(diào)、ERP等各種信息化系統(tǒng)中。

2.4 過程層網(wǎng)絡

由于過程層取消了合并單元，因此過程層網(wǎng)絡由GOOSE網(wǎng)組成，用于過程層設備與間隔層設備的數(shù)據(jù)傳輸交互，主要是IED 設備與智能終端之間的數(shù)據(jù)交互。由于鋼廠的設備對供電可靠性要求較高，為保證供電安全可靠，過程層網(wǎng)絡采用了直采直跳的方式，過程層的數(shù)據(jù)通過電纜和GOOSE網(wǎng)直接送入間隔層IED 中，間隔層IED 發(fā)出的指令通過GOOSE 網(wǎng)直接送入對應的過程層設備智能終端，不會與過程層其他間隔的設備有聯(lián)系。

電壓電流等電信號的傳輸仍通過電纜直接接入IED 中，而GOOSE 網(wǎng)主要用于分合閘、非電量信號的傳輸。GOOSE 網(wǎng)采用A、B 雙網(wǎng)，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

2.5 站控層網(wǎng)絡

站控層網(wǎng)絡是采用總線型結構，支持IEC61850，它是站控層設備與間隔層設備進行數(shù)據(jù)通訊交互的網(wǎng)絡，為保證其可靠性，配置為雙網(wǎng)。

3 高級應用

智能變電站相對于常規(guī)變電站最大的特點在于其可以實現(xiàn)強大的高級應用。高級應用是指變電站智能化的重要內(nèi)容，基于一體化業(yè)務平臺提供標準服務。

3.1 一體化業(yè)務平臺

在常規(guī)變電站中，各子系統(tǒng)是相互獨立的個體，各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)需要單獨采集調(diào)用，數(shù)據(jù)采集需要多系統(tǒng)密切配合，信息數(shù)據(jù)存在交叉、重復的情況，無法方便地使資源共享，各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處于“信息孤島”的狀態(tài)。

如圖1，一體化業(yè)務平臺通過通訊的統(tǒng)一，資源的整合，把原來孤立的保信系統(tǒng)、輔控系統(tǒng)、測量計量等不同系統(tǒng)統(tǒng)一進行整合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、歸納整理，并使得各系統(tǒng)可以共享調(diào)用。智能變電站的各種高級應用也正是基于此平臺上得以實現(xiàn)。

圖1 一體化平臺數(shù)據(jù)及信息流

3.2 高級應用功能

高級應用包括了分布式狀態(tài)估計、智能告警、故障分析決策、順序控制、源端維護、數(shù)據(jù)辨識等各種高級功能，通過各種功能的應用，實現(xiàn)了變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)。

3.2.1 分布式狀態(tài)估計

建立面向開關的三相量測模型，可利用PMU 數(shù)據(jù)實現(xiàn)變電站分布式狀態(tài)估計，并將數(shù)據(jù)上傳調(diào)度，實現(xiàn)變電站、調(diào)度中心的兩級式狀態(tài)估計。其做法是在變電站做狀態(tài)估計并剔除不良數(shù)據(jù)，這樣做的目的不但提高了模型可靠性，減小了通訊負擔，還減少了維護負擔。

3.2.2 智能告警

告警信息按設備組和設備進行分類過濾，根據(jù)變電站邏輯和推理模型，對變電站的運行狀態(tài)進行在線實時分析和推理，自動報告變電站異常，并生成告警簡報。

3.2.3 故障分析與決策

故障信息綜合分析是系統(tǒng)通過預設定的條件對一次故障中采集到的多個裝置的所有相關數(shù)據(jù)進行分門別類，最終將一次故障的所有相關數(shù)據(jù)篩選打包生成報告，并在此基礎上進行綜合故障信息綜合分析。報告中可支持錄波曲線顯示、超鏈接，裝置上送的HDR報告、動作報告和故障報告都采用了可定制的XSLT模板顯示。

3.2.4 數(shù)據(jù)辨識

數(shù)據(jù)辨識以站內(nèi)的實時數(shù)據(jù)為依據(jù)，實現(xiàn)對指定設備關聯(lián)的量測量、狀態(tài)量等進行數(shù)據(jù)合理性和不良性檢測。同時，也是站端分布式狀態(tài)估計的基礎功能并為主站側的狀態(tài)估計提供數(shù)據(jù)參考。

通過數(shù)據(jù)辨識，可以檢測電量非電量數(shù)據(jù)是否正常準確。

3.2.5 源端維護

對于鋼廠而言，由于區(qū)域變電站較多且分散，維護存在很大困難，多數(shù)區(qū)域變電站的維護都只能在現(xiàn)場進行。而智能變電站的源端維護功能就很好地解決了這個問題。首先，將分布在各區(qū)域的變電站生成模型，變電站內(nèi)模型的建立包括：SCD文件的生成、SCD 模型的導入、變電站內(nèi)CIM 模型的生成、變電站內(nèi)SCD 模型與CIM 模型的關聯(lián)。其次，進行文件交換，變電站與調(diào)度技術支持系統(tǒng)的交換文件包括CIM/E 與CIM/G，同時包括變電站與調(diào)度主站通訊用的CID 模型文件。最后進行圖模加載，調(diào)度中心根據(jù)變電站端提供的文件，實現(xiàn)圖庫的導入及通信信息的加載。完成以上步驟后，即可在遠程對各站點進行遠程配置和控制維護。從而實現(xiàn)了電力系統(tǒng)的一體化管理，極大地提高了管理水平。

4 結束語

智能變電站在鋼鐵企業(yè)的應用，是技術的進步和管理水平的提升。改變了電力系統(tǒng)的管理模式，將分散管理變成了集中統(tǒng)一管理，實現(xiàn)的系統(tǒng)性、信息化的管理。不但使系統(tǒng)維護變得更加簡單快捷，同時也提高了管理水平，降低了管理成本。