基于數(shù)字技術(shù)的變電站電氣自動化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

戴小祥

[摘 ? ?要 ]隨著工業(yè)電氣自動化的發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)通過改進(jìn)電氣自動化操控系統(tǒng)，提高工業(yè)電氣自動化工作效率。數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用范圍涵蓋醫(yī)療業(yè)、出版業(yè)等，電力工業(yè)向電力技術(shù)數(shù)字化方向發(fā)展。數(shù)字技術(shù)在變電站電氣自動化中應(yīng)用有很大開發(fā)空間，變電站電氣自動化應(yīng)用數(shù)字技術(shù)包含計(jì)算機(jī)通信技術(shù)等多種專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，變電站電氣自動化向數(shù)字化方向發(fā)展。介紹數(shù)字化變電站建設(shè)架構(gòu)，闡述基于數(shù)字化的變電站自動化技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢。

[關(guān)鍵詞]數(shù)字技術(shù);變電站;電氣自動化系統(tǒng)

[中圖分類號]TM76 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）06–00–02

[Abstract]With the development of industrial electrical automation， digital technology improves the efficiency of industrial electrical automation by improving electrical automation control systems. The application scope of digital technology covers the medical industry， publishing industry， etc.， and the power industry is developing in the direction of digital power technology. The application of digital technology in substation electrical automation has a lot of room for development. The application of digital technology in substation electrical automation includes computer communication technology and other professional technical fields. Substation electrical automation is developing in the direction of digitalization. Briefly introduce the construction framework of digital substation， and explain the advantages of digital substation automation technology application.

[Keywords]digital technology; substation; electrical automation system

20世紀(jì)70年代，變電站自動化技術(shù)開始引入數(shù)字技術(shù)，由于通信帶寬低，計(jì)算機(jī)性能差。數(shù)字技術(shù)僅用于調(diào)度站及遠(yuǎn)方采集控制單元。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)揮突出作用。變電站是我國電力系統(tǒng)的重要部分，為電力系統(tǒng)運(yùn)行提供保障。數(shù)字化變電站實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化，提高變電站運(yùn)行安全性。隨著現(xiàn)代化科技的發(fā)展，數(shù)字化變電站應(yīng)用大規(guī)模集成電路，運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)變電站電氣設(shè)備智能化。許多地區(qū)變電站實(shí)現(xiàn)無人值守工作模式。電氣自動化應(yīng)用數(shù)字技術(shù)成為電力行業(yè)發(fā)展趨勢。

1 數(shù)字技術(shù)在變電站電氣自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢

變電站數(shù)字技術(shù)可以提高運(yùn)行效率，充分發(fā)揮數(shù)字技術(shù)的作用，使數(shù)字技術(shù)推動電氣自動化快速發(fā)展。數(shù)字技術(shù)具有邏輯表達(dá)水平高、成本低廉等多種優(yōu)點(diǎn)，具備對數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確分類歸納分析等擴(kuò)展功能。數(shù)字技術(shù)應(yīng)用于變電站自動化中滿足自動化運(yùn)行要求，減少人力物力的投入。應(yīng)用數(shù)字技術(shù)變電站電氣自動化裝置操作簡便。

數(shù)字化變電站建設(shè)站控層采集調(diào)度中心相關(guān)數(shù)據(jù)信息保存于數(shù)據(jù)庫，可在站控層進(jìn)行在線編程，基于變電站系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)在線修理出現(xiàn)運(yùn)行故障。間隔層通過匯總系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息控制線路繼電保護(hù)，各種電氣設(shè)備實(shí)現(xiàn)信息共享功能。過程層通過檢測諧波分量電壓，匯總數(shù)據(jù)信息傳送到數(shù)字化變電站系統(tǒng)服務(wù)器。

數(shù)字技術(shù)在變電站自動化中應(yīng)用具有可靠性好、可操作性強(qiáng)等優(yōu)勢。數(shù)字技術(shù)采用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)智能化電氣系統(tǒng)，減少冗余傳統(tǒng)設(shè)備、數(shù)字化互感器與光纖網(wǎng)絡(luò)共用解決變電站應(yīng)用安全性。數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用保障變電站自動化在診斷等方面更加有效、標(biāo)準(zhǔn)化程度高、決策信息量豐富。開放性的系統(tǒng)為變電站應(yīng)用與技術(shù)改造創(chuàng)造條件。變電站電氣自動化與數(shù)字技術(shù)結(jié)合具有良好性價(jià)比。數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用簡單，操作流程自動化進(jìn)行，經(jīng)電纜、網(wǎng)絡(luò)等傳輸媒介進(jìn)行傳輸，可有效識別信息正誤。平臺開放式發(fā)展導(dǎo)致編程接口標(biāo)準(zhǔn)化，縮短編程周期。

2 數(shù)字技術(shù)變電站電氣自動化系統(tǒng)的發(fā)展

變電站是輸配電系統(tǒng)的信息源，在電力建設(shè)中占據(jù)重要地位，設(shè)計(jì)方法隨著系統(tǒng)發(fā)展不斷更新。目前分層分布式變電站自動化系統(tǒng)在500 kV以下電壓變電站得到普遍應(yīng)用，隨著行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提高，分布式變電站自動化系統(tǒng)不足逐漸暴露，如設(shè)備間互操作性不夠，一二次設(shè)備間需要大量二次控制電纜實(shí)現(xiàn)連接;大量二次電纜帶來電磁兼容等問題，成為制約變電站技術(shù)進(jìn)步的瓶頸。

隨著智能化高壓電氣設(shè)備的發(fā)展，電氣設(shè)備在線狀態(tài)檢測等技術(shù)日趨成熟，使變電站自動化技術(shù)迎來突破性發(fā)展契機(jī)。數(shù)字化變電站概念提出，其支撐技術(shù)包括IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，光學(xué)互感器等技術(shù)應(yīng)用，對變電站綜合自動化系統(tǒng)發(fā)展瓶頸帶來技術(shù)突破，數(shù)字化變電站是智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)，滿足可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，數(shù)字化變電站是向智能變電站過渡關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對智能電網(wǎng)建設(shè)具有重要意義。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、光電技術(shù)的發(fā)展，變電站運(yùn)行方式變革，產(chǎn)生數(shù)字化變電站。數(shù)字化變電站是智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)，為智能電網(wǎng)提供標(biāo)準(zhǔn)可靠節(jié)點(diǎn)支撐，實(shí)現(xiàn)基于狀態(tài)的綜合優(yōu)化管理，實(shí)時(shí)信息共享，支撐各級電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

當(dāng)前以數(shù)字化為形式的信息革命深入到人們生活各領(lǐng)域，深刻改變?nèi)藗兊纳罘绞?。隨著電氣設(shè)備在線狀態(tài)檢測等技術(shù)日趨成熟，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速發(fā)展，智能電子裝置等在變電站系統(tǒng)中推廣應(yīng)用，國家標(biāo)準(zhǔn)《變電站通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)》系列推出實(shí)行，推動數(shù)字化變電站建設(shè)發(fā)展。數(shù)字化變電站是由智能終端、數(shù)字化計(jì)量儀表等按分層分布式實(shí)現(xiàn)站內(nèi)設(shè)備間信息共享的現(xiàn)代化變電站。其主要特點(diǎn)體現(xiàn)在通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、全站信息數(shù)字化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化。數(shù)字化變電站主要對過程層設(shè)備升級，用光纖代替電纜連接。

3 數(shù)字技術(shù)在變電站電氣自動化中的應(yīng)用

數(shù)字技術(shù)廣泛應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算等方面。變電站電氣自動化系統(tǒng)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動化測試工作，具有實(shí)踐性、發(fā)展性等特點(diǎn)。數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于變電站電氣自動化系統(tǒng)有效提升變電站運(yùn)行可靠性，建立統(tǒng)一的信息共享平臺，更新變電站的功能。

數(shù)字技術(shù)在變電站電氣自動化中應(yīng)有需要應(yīng)用電子式互感器將電流轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)裝置將信號數(shù)據(jù)傳輸至合并器，為智能化終端提供信息共享。變電站電氣自動化中數(shù)字技術(shù)應(yīng)用主要包括一次設(shè)備智能化，運(yùn)管系統(tǒng)自動化等。以Microsoft Windows NT系統(tǒng)為主體的控制界面具備操作方便，數(shù)據(jù)直觀等特點(diǎn)，界面維護(hù)方便快捷，符合變電站發(fā)展數(shù)字化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)需求。變電站電氣自動化裝置應(yīng)用光電技術(shù)對一次設(shè)備檢測實(shí)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，應(yīng)用數(shù)字程序控制設(shè)備替換原有導(dǎo)線連接模式。應(yīng)用光電數(shù)字技術(shù)替代模擬信號，將原有回路結(jié)構(gòu)應(yīng)用程序替換，如圖1所示。

變電站電氣自動化設(shè)備，如測量檢測設(shè)備等應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，裝置應(yīng)用性能強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)連接，滿足對資源共享的標(biāo)準(zhǔn)要求。部分常規(guī)功能為主的裝置連接應(yīng)用高速網(wǎng)絡(luò)，簡化變電站電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)。變電站中電氣自動化裝置涉及系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，變電站中電氣設(shè)備出現(xiàn)故障可以及時(shí)分析，系統(tǒng)形成故障報(bào)表實(shí)時(shí)維修電氣裝置。

4 數(shù)字技術(shù)在變電站電氣自動化中的發(fā)展

數(shù)字技術(shù)應(yīng)用推動變電站電氣自動技術(shù)的發(fā)展，由于技術(shù)制約仍存在一些問題，如數(shù)字化技術(shù)在變電站自動化系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)間較短、相關(guān)專業(yè)人才稀缺等。變電站電氣自動化運(yùn)行中數(shù)字技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)模式不統(tǒng)一，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)落后，數(shù)字化技術(shù)在變電站電氣自動化系統(tǒng)中應(yīng)用需要不斷創(chuàng)新。變電站電氣自動化系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)字技術(shù)創(chuàng)新要加強(qiáng)程序化操作理念，采用光纖連接，運(yùn)用GOOSE虛端子。

數(shù)字化變電站系統(tǒng)過程層引進(jìn)很多電氣設(shè)備，變電站應(yīng)用中合并器交換數(shù)據(jù)影響變電站運(yùn)行穩(wěn)定性。數(shù)字化變電站系統(tǒng)采用數(shù)字化信息傳輸，電子式互感器工作方式具有特殊性，使得變電站無法對互感器進(jìn)行角差現(xiàn)場試驗(yàn)，電氣設(shè)備帶電運(yùn)行后影響接線檢驗(yàn)可靠性。數(shù)字化變電站運(yùn)行中部分線路間隔保護(hù)復(fù)雜，變電站系統(tǒng)所需電壓量無法從常規(guī)繼電保護(hù)裝置中獲得，實(shí)驗(yàn)中需提供標(biāo)準(zhǔn)電壓量，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化變電站誤差保護(hù)。當(dāng)前數(shù)字化變電站通過基于IEC61850通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備信息通信，但數(shù)字化接口存在一些問題。IEC61850通信協(xié)議未明確變電站安保設(shè)置，為數(shù)字化變電站系統(tǒng)留下安全隱患。

變電站電氣自動化實(shí)踐中，借助光纖連接裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。應(yīng)用隔層技術(shù)實(shí)時(shí)收集信息，變電站電氣自動化系統(tǒng)工作需要標(biāo)準(zhǔn)化程序端口，為實(shí)現(xiàn)制造企業(yè)生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)良好對接，基于網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議傳輸標(biāo)準(zhǔn)提供標(biāo)準(zhǔn)程序端口，需注重制定調(diào)度滿足程序化操作要求。需要將計(jì)算機(jī)審核資料保存，實(shí)行隔離開關(guān)等裝置規(guī)劃設(shè)計(jì)。培養(yǎng)程序代碼控制理念，程序化操作可以確保變電站無人值守工作。工作中與外部裝置連接，確保實(shí)時(shí)自動化控制程序化操作，切實(shí)提高工作效率。

GOOSE虛端子理念應(yīng)用是設(shè)計(jì)的革命，GOOSE虛端子改良二次回路，GOOSE技術(shù)用于變電站電氣自動化中有效控制全站線路，開啟跳合閘功能。GOOSE對傳統(tǒng)二次回路改良依靠系統(tǒng)設(shè)置，使得信號管理等非電量信息得到便捷操控。GOOSE網(wǎng)采用雙網(wǎng)配置，將相關(guān)接口組屏集中，對IED與主機(jī)間通信管理，實(shí)現(xiàn)測控遙控。虛端子技術(shù)是數(shù)字技術(shù)在變電站電氣自動化中應(yīng)用的主要方面，虛端子技術(shù)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)數(shù)字變電站設(shè)計(jì)重大革新，滿足對變電站電氣自動化一次回路優(yōu)化要求。主變壓器進(jìn)行精確高效監(jiān)控，保障變電站電氣自動化裝置的安全;虛端子技術(shù)中針對MMS網(wǎng)絡(luò)協(xié)議對主機(jī)電路通信進(jìn)行模擬管理。

5 結(jié)束語

數(shù)字技術(shù)在變電站電氣自動化中被廣泛應(yīng)用。工業(yè)電氣自動化滲透到電力系統(tǒng)等領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)技術(shù)包含系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)等多方面研究。數(shù)字化變電站自動化技術(shù)推動電網(wǎng)自動化發(fā)展，變電站自動化中應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)，提高變電站系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。有關(guān)科研人員要明確數(shù)字技術(shù)的優(yōu)勢，基于變電站需求針對數(shù)字技術(shù)優(yōu)化，提升變電站運(yùn)行水平。

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