關(guān)于智能電網(wǎng)變電技術(shù)與二次系統(tǒng)的探討

國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司廊坊供電公司 梁雪梅 王 駿

1.智能變電站設(shè)備

1.1 電子式互感器

傳統(tǒng)電磁式互器由于使用了鐵芯，不可避免地存在飽和及鐵磁諧振等問題，難以實(shí)現(xiàn)大范圍測(cè)量，同一互感器很難同時(shí)滿足測(cè)量和繼電保護(hù)的需要。電磁式電流互感器二次回路不能開路，電壓互感器二次回路不能短路，否則將危及人身及設(shè)備安全。電磁式互感器由于絕緣降低，運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生爆炸現(xiàn)象，危及電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。

針對(duì)傳統(tǒng)電磁式互感器的缺陷，電子式互感器逐漸受到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。電子式互感器分為有源與無源兩種，其中全光纖電流互感器為無源型，它基于磁光法拉第效應(yīng)原理，采用光纖作為傳感介質(zhì)，不存在鐵磁共振和磁滯后飽和，同時(shí)具有頻帶寬、動(dòng)態(tài)范圍大、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)[1]。電子式電流/電壓互感器（ECT/EVT）與保護(hù)設(shè)備的接口實(shí)現(xiàn)途徑，從系統(tǒng)可靠性和技術(shù)發(fā)展兩個(gè)方面考慮，一般采用數(shù)字化。即：對(duì)ECT/EVT所輸出的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行就地?cái)?shù)字化后，通過光纖、合并單元、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等傳輸至保護(hù)、測(cè)控設(shè)備。采樣值數(shù)字化傳輸是數(shù)字化變電站區(qū)別于當(dāng)前變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的重要技術(shù)特征之一。

1.2 智能開關(guān)設(shè)備

與常規(guī)變電站開關(guān)設(shè)備相比，智能變電站在應(yīng)用方面進(jìn)一步加大了開關(guān)設(shè)備信息化。智能化的開關(guān)設(shè)備將監(jiān)測(cè)更多設(shè)備自身狀態(tài)信息，全面實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)設(shè)備的物理狀況、動(dòng)作情況、運(yùn)行工況等方面的信息化實(shí)現(xiàn)；在自動(dòng)化功能方面，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)智能化，在控制功能、狀態(tài)自檢測(cè)、狀態(tài)檢修等方面實(shí)現(xiàn)智能化控制操作；設(shè)備信息及智能功能，可通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與上級(jí)系統(tǒng)及其它設(shè)備的運(yùn)行配合，自動(dòng)化程度更高，具有比常規(guī)自動(dòng)化設(shè)備更多、更復(fù)雜的自動(dòng)化功能；具備互動(dòng)化能力，與上級(jí)監(jiān)控設(shè)備、系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備、調(diào)度及用戶等及時(shí)交換信息，分布協(xié)同操作。

智能開關(guān)設(shè)備[2]是將信息技術(shù)、傳感器與傳統(tǒng)高壓電器組合，用計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)、新型傳感器和電力電子技術(shù)建立斷路器的二次系統(tǒng)，形成具有智能功能的高壓電器。其主要特點(diǎn)如由微機(jī)控制、電力電子組成的執(zhí)行單元，可按電壓波形控制跳、合閘角度，精確控制跳、合閘過程的時(shí)間；新型傳感器與微機(jī)相配合，獨(dú)立采集運(yùn)行數(shù)據(jù)，可早期檢測(cè)設(shè)備缺陷進(jìn)行故障預(yù)報(bào)；采用傳感器技術(shù)對(duì)高壓設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行記錄、分類和評(píng)估，為設(shè)備維護(hù)、維修提供決策。監(jiān)測(cè)信息量最大化、判定方式多樣化、綜合監(jiān)控手段和專家人工智能方法等可使對(duì)故障的判定更加準(zhǔn)確和及時(shí)。采用網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)，整體信息共享，在斷路器與斷路器、斷路器與間隔層、變電站層之間建立標(biāo)準(zhǔn)化的通信網(wǎng)絡(luò)，是故障診斷和狀態(tài)監(jiān)測(cè)的重要基礎(chǔ)之一。

未來智能開關(guān)設(shè)備的特點(diǎn)及功能主要有：

①智能操作功能

智能開關(guān)設(shè)備可直接處理設(shè)備信息并獨(dú)立執(zhí)行本地功能，如采集開關(guān)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)、控制操作等功能。

②智能控制功能

智能開關(guān)設(shè)備的智能控制功能應(yīng)能實(shí)現(xiàn)在最佳狀態(tài)進(jìn)行開斷，按電壓波形控制跳、合閘角度，精確控制跳、合閘時(shí)間，減少瞬時(shí)過電壓，并能實(shí)現(xiàn)定相位合閘、定相位分閘，按照指定的程序順序控制。

③開關(guān)設(shè)備工作狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)與診斷功能

在線監(jiān)視功能應(yīng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的各項(xiàng)電性能，磁性能、溫度、開關(guān)機(jī)械和機(jī)構(gòu)動(dòng)作情況進(jìn)行在線監(jiān)視，以滿足狀態(tài)檢修、狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及狀態(tài)評(píng)估的需要，并據(jù)此提出檢修計(jì)劃，安排實(shí)施。

④功能集成

具有保護(hù)、測(cè)控、錄波、測(cè)量計(jì)量功能。

⑤開關(guān)設(shè)備的數(shù)字化通信接口

智能開關(guān)設(shè)備應(yīng)具備數(shù)字化通信接口，以IEC61850通信規(guī)約接入變電站自動(dòng)化系統(tǒng)。具備設(shè)備就地調(diào)試、打印的接口等。

2.相關(guān)技術(shù)與二次設(shè)備

2.1 在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

以往對(duì)于變壓器、斷路器等變電站一次設(shè)備的工作狀況多年來普遍采用對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期檢修預(yù)試制度，即定期停電后進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)(離線)來掌握其信息以決定能否繼續(xù)運(yùn)行，存在需要停電、試驗(yàn)真實(shí)性和實(shí)時(shí)性差等缺點(diǎn)。

智能變電站在線監(jiān)測(cè)[5]與故障診斷系統(tǒng)是通過在線監(jiān)測(cè)各種變電設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)，反映設(shè)備健康狀況，實(shí)現(xiàn)變電設(shè)備狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)，同時(shí)采用專家分析系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)的診斷和分析，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行中的異常征兆，發(fā)出報(bào)警，避免發(fā)生設(shè)備事故，并可為設(shè)備狀態(tài)檢修提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；系統(tǒng)投入實(shí)際運(yùn)行后，可以延長(zhǎng)預(yù)防性試驗(yàn)的周期，替代預(yù)防性試驗(yàn)。

智能變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集變壓器、斷路器&GIS、電流互感器、電壓互感器等主要高壓設(shè)備狀態(tài)信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)顯示、診斷分析、故障報(bào)警、參數(shù)設(shè)置等，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站電氣設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)化和智能化，使其具備自身狀態(tài)信息管理、診斷、評(píng)估和控制的功能，通過與智能綜合組件結(jié)合或集成，構(gòu)成具有測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)控功能的統(tǒng)一實(shí)體實(shí)現(xiàn)其智能化。同時(shí)，進(jìn)行可視化展示并發(fā)送到上級(jí)系統(tǒng)，為智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)基于狀態(tài)檢測(cè)的設(shè)備全壽命周期綜合優(yōu)化管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，全面提升設(shè)備智能化水平，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全在線預(yù)警和設(shè)備智能化監(jiān)控。

2.2 合并單元

合并單元作為數(shù)字互感器、智能化一次設(shè)備、智能化二次保護(hù)、測(cè)控和計(jì)量設(shè)備的中間連接環(huán)節(jié)，其主要功能是接收一次設(shè)備的信號(hào)，并對(duì)采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總。根據(jù)二次接入設(shè)備的要求，輸出相同或不同的數(shù)值和開關(guān)信號(hào)，同時(shí)可接收二次設(shè)備的輸出信號(hào)，至智能化一次設(shè)備。

2.3 網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備

智能變電站系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備架構(gòu)采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：站控層、間隔層、過程層。

站控層[6]包括監(jiān)控主機(jī)、遠(yuǎn)動(dòng)通信機(jī)等。站控層由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接的系統(tǒng)主機(jī)、工作站、遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)、保護(hù)信息子站等設(shè)備組成，提供變電站內(nèi)運(yùn)行的人機(jī)聯(lián)系界面，實(shí)現(xiàn)管理控制間隔層設(shè)備等功能，形成全站監(jiān)控、管理中心，并可與調(diào)度中心、集控中心、保護(hù)信息主站通信。智能變電站相比傳統(tǒng)變電站，整個(gè)站控層網(wǎng)絡(luò)采用IEC61850通信標(biāo)準(zhǔn)，其模型描述能力大大提高、裝置互操作性大大增強(qiáng)。

間隔層一般按斷路器間隔劃分，具有測(cè)量控制單元或繼電保護(hù)元件。站控層、間隔層設(shè)備組雙光纖以太網(wǎng)，間隔層保護(hù)測(cè)控設(shè)備直接連接到站控層網(wǎng)絡(luò)中。間隔層由各種不同間隔的裝置組成，這些裝置直接通過局域網(wǎng)絡(luò)或者串行總線與變電站層聯(lián)系；也可設(shè)有數(shù)據(jù)管理機(jī)或保護(hù)管理機(jī)，分別管理各測(cè)量、監(jiān)視元件和各保護(hù)元件，然后集中由數(shù)據(jù)管理機(jī)或保護(hù)管理機(jī)與變電站層通信。

過程層是一次設(shè)備與二次設(shè)備的結(jié)合面，或者說過程層是指智能化電氣設(shè)備的智能化部分。過程層的主要功能分為三類：實(shí)現(xiàn)運(yùn)行電氣量檢測(cè)；運(yùn)行設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)；操作控制命令執(zhí)行。智能斷路器或緊湊型斷路器設(shè)備、數(shù)字互感器及變電站中低壓側(cè)的保護(hù)測(cè)控一體化，實(shí)現(xiàn)了變電站機(jī)電一體化設(shè)計(jì)。

3.總結(jié)

本文通過對(duì)智能電網(wǎng)變電設(shè)備與技術(shù)的探討，得出結(jié)論，實(shí)現(xiàn)智能化變電站對(duì)我國(guó)變電站的自動(dòng)化運(yùn)行和管理會(huì)帶來深遠(yuǎn)的影響，具有重大的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)意義。

[1]譚文恕.變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議IEC61850介紹[J].電網(wǎng)技術(shù),2001,25(9):8-9.

[2]高翔.數(shù)字化變電站應(yīng)用技術(shù)[M].中國(guó)電力出版社,2008.