探究數(shù)字化變電站技術(shù)應(yīng)用

關(guān)蘇賢

(廣東四維電力工程有限公司,廣東 開平 529301)

數(shù)字化變電站作為一門還在不斷發(fā)展和改善的新興變電站，是近幾年來國內(nèi)電力行業(yè)一直探討和關(guān)注的焦點(diǎn),但到目前為止仍沒有給出嚴(yán)格的理論定義。通常來說，數(shù)字化變電站是指變電站內(nèi)數(shù)字化一次智能設(shè)備和二次網(wǎng)絡(luò)設(shè)備均根據(jù)整個(gè)變電站統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來執(zhí)行數(shù)據(jù)的構(gòu)建與溝通,是建立在IEC61850協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)體系基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和相互運(yùn)行的現(xiàn)代化變電站。數(shù)字化變電站的作用主要體現(xiàn)在整個(gè)站內(nèi)信息的網(wǎng)絡(luò)化，過程層設(shè)備的數(shù)字化，以及開關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)智能化。

1 數(shù)字化變電站技術(shù)的主要特征

1.1 一次智能化的設(shè)備

在變電站二次回路中可編程監(jiān)控器取代了其編程回路及常規(guī)的繼電器,光電數(shù)字和光纖取代了常規(guī)的控制電纜和強(qiáng)電模擬信號。也就是說,一次設(shè)備被檢測的信號回路和被控制的操作驅(qū)動回路,采用微處理器和光電技術(shù)設(shè)計(jì),簡化了常規(guī)機(jī)電式繼電器及控制回路的結(jié)構(gòu),傳統(tǒng)的導(dǎo)線連接被數(shù)字公共信號網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字程序控制器所替代。

1.2 二次網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)備

在IEC61850協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)體系中,數(shù)字化變電站的常規(guī)框架通常有間隔層、過程層、站控層三個(gè)部分,而二次設(shè)備處在間隔層,一般為繼電防護(hù)設(shè)備、監(jiān)視和測控設(shè)備、遠(yuǎn)動設(shè)備、危險(xiǎn)錄制設(shè)備、電壓承載、同期運(yùn)行設(shè)備以及一直在改善中的在線監(jiān)控檢測設(shè)備。這一系列的二次設(shè)備的改裝生產(chǎn)都是以模式化、標(biāo)準(zhǔn)化的微機(jī)為基礎(chǔ)制造的，各設(shè)備間的聯(lián)系基本上都使用高速的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)進(jìn)行溝通，這樣二次設(shè)備中自動化設(shè)備的I/O通信接口就不會重復(fù)出現(xiàn)了，利用網(wǎng)絡(luò)平臺成功達(dá)到數(shù)據(jù)和資源等的共同分享,由普通的功能設(shè)備向邏輯的運(yùn)作模式轉(zhuǎn)變。

1.3 自動化的操作控制系統(tǒng)

數(shù)字化變電站一次設(shè)備的信息輸出和控制輸入均被數(shù)字化，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳輸，變電站二次回路中繼電器及邏輯回路被可編程軟件替代，常規(guī)信號被數(shù)字信號取代。數(shù)字化變電站操作控制管理系統(tǒng)中，其信息的統(tǒng)一建模實(shí)現(xiàn)了信息共享，數(shù)據(jù)、紀(jì)錄統(tǒng)計(jì)的無紙化，數(shù)據(jù)信息分層，分流交換自動化。變電站在運(yùn)作過程中，一旦出現(xiàn)錯(cuò)誤，系統(tǒng)可以馬上呈現(xiàn)錯(cuò)誤總結(jié)報(bào)告，分析錯(cuò)誤原因，并給予糾正錯(cuò)誤的措施；智能化一次設(shè)備能夠客觀的處理裝置訊息，并且在沒有依靠變電站的操作管理系統(tǒng)的指導(dǎo)下獨(dú)立操作完成系統(tǒng)功能，而且還具備自我檢查的能力，設(shè)備存在故障時(shí)能立刻啟動報(bào)警器；系統(tǒng)可以自動提供變電站各種裝置的檢查維修報(bào)告，也就是通常的變電站裝置由"定期檢查維修"向"狀態(tài)檢查維修"改變。

2 數(shù)字化變電站中的關(guān)鍵技術(shù)

隨著人們生活水平的不斷提高，人們對供電的服務(wù)質(zhì)量、供電的安全性以及電網(wǎng)容量和電壓等級的要求也隨之提高了，與此同時(shí)，變電器、電壓電阻、網(wǎng)絡(luò)訊息操作等有關(guān)功能也在逐漸的完善，由此可見，變電站裝置設(shè)備的數(shù)字化、自動化、便捷化已經(jīng)成為現(xiàn)代化進(jìn)步的必然使命。由目前來看，數(shù)字化變電站的關(guān)鍵技術(shù)主要是智能斷路器、電子式電壓電流互感器、開關(guān)柜智能操控設(shè)備等設(shè)備的發(fā)展和應(yīng)用。

2.1 智能斷路器

智能斷路器，是指具有高功能的開關(guān)閉合裝置和操控裝置，擁有開關(guān)閉合裝置的基礎(chǔ)性能、監(jiān)控測量和診斷等附屬功能。智能斷路器將數(shù)字化傳感器、智能訊息工具、微處理器等技術(shù)很好的運(yùn)用于電力系統(tǒng)中，比如監(jiān)督和管理電路的通電性能、開關(guān)閉合裝置的啟動、有關(guān)氣體溫度、密度、壓力等，以有利于"狀態(tài)檢查維修"。在IEC61850標(biāo)準(zhǔn)體系中，智能斷路器歸置于過程層設(shè)備，因此斷路器通訊狀態(tài)疏導(dǎo)和操控跳合閘命令的遞送的實(shí)現(xiàn)必須依據(jù)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)體系的訊息數(shù)據(jù)。

2.2 電子式電壓電流互感器

隨著計(jì)算機(jī)功能和通訊工具的日漸完善，電子式互感器在電力行業(yè)的實(shí)際操作中得到了普遍的運(yùn)用，大大的消除了電子式互感器I/U信號輸送至二次設(shè)備及操作過程中出現(xiàn)的系統(tǒng)誤差，很大程度的確保了防護(hù)、檢測及監(jiān)控系統(tǒng)的科學(xué)性。電子式互感器還具有絕緣性能好、抗電磁磁場干擾能力強(qiáng)、能隔離高低壓、體積小、重量輕、可測量頻帶寬等優(yōu)點(diǎn)。由此可知，電子式互感器可以很好地滿足電力系統(tǒng)自動化、數(shù)字化和便捷化發(fā)展的需要，具有很可觀的社會經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 開關(guān)柜智能操控設(shè)備

隨著人們不斷的開發(fā)和研究，如今電力行業(yè)已經(jīng)由常規(guī)的開關(guān)設(shè)備向開關(guān)柜智能操控設(shè)備轉(zhuǎn)變，開關(guān)柜智能操控設(shè)備在國內(nèi)電力行業(yè)中得到廣泛的使用。該設(shè)備是根據(jù)目前中壓系統(tǒng)開關(guān)柜而研發(fā)制作的一種新型、智能化、自動化、多功能動態(tài)模擬演示設(shè)備。其對于3-10KV戶內(nèi)的各手車柜、環(huán)網(wǎng)柜、固定柜、中置柜等多種開關(guān)柜都適用。當(dāng)然，隨著社會的發(fā)展，智能開關(guān)設(shè)備的研究也會不斷的創(chuàng)新不斷的完善。因此，智能開關(guān)設(shè)備的進(jìn)一步完善將是電力行業(yè)未來的一次電氣設(shè)備的前進(jìn)目標(biāo)。

2.4 通信網(wǎng)絡(luò)的安全性和有效性

數(shù)字化變電站的"心臟"即為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其安全性和有效性直接影響著變電站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的科學(xué)實(shí)用性。為了保證通信網(wǎng)絡(luò)的安全性，電力部門應(yīng)該選取具有高安全性的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造以及采取多重備份的方式。比如說，在一些設(shè)計(jì)方案中，各IED都攜帶有兩個(gè)網(wǎng)卡，可分別插入兩臺交換機(jī)，過程和站級的總線可以同時(shí)采取環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這樣該設(shè)計(jì)方案可有效地提高網(wǎng)絡(luò)的安全性。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，過程較為繁瑣，在實(shí)際操作中要全面分析其安全性、有效性及科學(xué)性等各種情況。

3 建設(shè)數(shù)字化變電站的意義

數(shù)字化變電站的發(fā)展關(guān)鍵在于提高變電站信息管理系統(tǒng)的自動化、數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化，提高電力系統(tǒng)與變電站內(nèi)的協(xié)調(diào)工作能力。目前，數(shù)字化技術(shù)正由變電站的二次設(shè)備向一次設(shè)備拓展，隨著數(shù)字化變電站的不斷的創(chuàng)新與完善，這將具有極其重要的社會和經(jīng)濟(jì)意義。

利用光纖取代傳統(tǒng)的二次電級，消除由交流電級引起的傳導(dǎo)性電磁干擾，有效的控制二次系統(tǒng)的受到的影響，一次高壓系統(tǒng)和二次系統(tǒng)從電氣上完全隔離，提高了二次系統(tǒng)的安全可靠性，降低了裝置的退出時(shí)間和頻率，增加了裝置的實(shí)用性。

數(shù)字化變電站各裝置間能采取無縫對接，即智能設(shè)備的通信模型和信息借口都依照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來建立的，簡化了二次接線，從而有效的節(jié)省了裝置的臺數(shù)和占地面積，提高了變電站自動化系統(tǒng)的安全性。完成了信息數(shù)據(jù)在操作平臺及其它支持平臺間的共享作用，降低了變電站的初期建設(shè)成本和運(yùn)行維護(hù)成本以及裝置重復(fù)建設(shè)的投資。總之，裝置的相互聯(lián)系為裝置性能的更新、維護(hù)和創(chuàng)新提供了更大的便利性。

結(jié)語

隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷增長，社會對電力的需求也在迅猛增長,人們對供電的質(zhì)量要求也在不斷的提高。數(shù)字化變電站的發(fā)展，極大的促進(jìn)了電網(wǎng)自動化程序的快速完善。數(shù)字化變電站自動化技術(shù)是一門牽涉多專業(yè)、多程序的科學(xué)綜合技術(shù),經(jīng)歷了幾十年的研究,已充分具有了安全、有效、可靠等各方面的特點(diǎn),可以保證電力網(wǎng)絡(luò)安全可靠的操作運(yùn)轉(zhuǎn)，這對電網(wǎng)的發(fā)展有著極其重要的推動和鼓舞作用。

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