智能化變電站中電氣二次設(shè)計(jì)要點(diǎn)研究

摘要：在城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，信息技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，信息技術(shù)在智能化變電站中的廣泛應(yīng)用大大提高了變電站的智能化水平。對(duì)于智能化變電站來說，合理設(shè)計(jì)電氣二次設(shè)計(jì)要點(diǎn)具有重要的意義。文章從工作實(shí)際出發(fā)，從智能變電站的優(yōu)勢(shì)、智能變電站中電氣二次設(shè)計(jì)要點(diǎn)等方面分析了該命題。

關(guān)鍵詞：智能化變電站；電氣二次設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)要點(diǎn)；信息技術(shù)；數(shù)字化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）33-0031-02

在數(shù)字化技術(shù)和電子互感器技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，智能化變電站大量出現(xiàn)，如何把數(shù)字化設(shè)計(jì)引入到變電站電氣二次設(shè)計(jì)中，成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。智能化變電站，也被稱之為數(shù)字化變電站，與傳統(tǒng)的變電站相比，特點(diǎn)鮮明，功能完善，在本文中，筆者結(jié)合相關(guān)的文獻(xiàn)資料，探討了智能化變電站電氣二次設(shè)計(jì)要點(diǎn)這一命題。

1 智能變電站的優(yōu)勢(shì)分析

1.1 智能化變電站的內(nèi)涵

智能化變電站建立在IEC 61850通信規(guī)約基礎(chǔ)上，包括智能化一次設(shè)備，主要是電子式互感器、智能開關(guān)等以及電氣二次設(shè)備分層，分為過程層、間隔層和站控層，由這兩部分構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備之間信息共享、互操作的變電站。

1.2 數(shù)字化變電站的電氣技術(shù)特點(diǎn)

從數(shù)據(jù)源頭轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信息，實(shí)現(xiàn)電氣數(shù)據(jù)采集的數(shù)字化，為信息集成化和數(shù)據(jù)共享性提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。智能化變電站使變電站具備監(jiān)視、控制和故障錄波等功能，由功能單一模式的傳統(tǒng)變電站轉(zhuǎn)變?yōu)槔糜?jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的繼電保護(hù)、安全裝置的數(shù)字化變電站，把原有的硬件重復(fù)配置問題、信息不共享缺陷、成本高的問題，轉(zhuǎn)化成新裝置與系統(tǒng)間可通過串口或網(wǎng)口交換信息的智能化系統(tǒng)，為分散二次系統(tǒng)裝置向信息集成和功能優(yōu)化轉(zhuǎn)變提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

智能化變電站從邏輯結(jié)構(gòu)上看，是“三層兩網(wǎng)”結(jié)構(gòu)，即包括站控層、間隔層和過程層以及站控層網(wǎng)絡(luò)、過程層網(wǎng)絡(luò)幾部分。這種結(jié)構(gòu)構(gòu)架方式為信息采集、傳輸、處理和輸出的數(shù)字化提供了可能，主要的特點(diǎn)是：智能化變電站的信息均實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，設(shè)備之間的信息傳遞通過網(wǎng)絡(luò)傳遞實(shí)現(xiàn)了通信模型的標(biāo)準(zhǔn)化，各種設(shè)備與功能之間通過信息平臺(tái)得以共享。智能化變電站與傳統(tǒng)變電站相比，特點(diǎn)包括：第一，最顯著的特點(diǎn)是增加了過程層，也就是把一次電氣設(shè)備納入到智能化變電站通信網(wǎng)絡(luò)中來，這是智能化變電站數(shù)字化技術(shù)發(fā)展史上的重大變革；第二，智能化變電站間隔層設(shè)備實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化，數(shù)字信息可直接傳輸?shù)秸究貙咏粨Q機(jī)中，消除了轉(zhuǎn)換型接口，大幅提高了信息交換的整體速率；第三，智能化變電站帶有電子設(shè)備、傳感器和執(zhí)行器等智能化設(shè)備，同時(shí)具備智能開關(guān)設(shè)備，也就是具有高智能開關(guān)的全部功能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的有效控制，特別是在監(jiān)測(cè)和診斷兩方面具有較大的優(yōu)勢(shì)；第四，智能化變電站間隔層與一次設(shè)備均配備有智能終端裝置，智能終端與智能終端之間由光纖通信連接，替代現(xiàn)有的測(cè)控柜電纜連接，而測(cè)控裝置與智能終端之間由電氣回路連接，這同樣是智能化變電站的特點(diǎn)之一。

1.3 智能化變電站的優(yōu)勢(shì)

相比一般意義上的傳統(tǒng)變電站，智能化變電站的主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在一個(gè)方面：智能變電站增設(shè)過程層，由過程層作為結(jié)構(gòu)支持，從而使數(shù)字化變電站依賴的通信網(wǎng)絡(luò)與一次電氣設(shè)備實(shí)現(xiàn)完美的融合，在這種工況條件下，在實(shí)際運(yùn)行過程中的變電站的數(shù)字化水平便可得到極大的提升與大幅發(fā)展。

此外，對(duì)于智能化變電站來說，間隔層中涉及的設(shè)備，可通過連接一定的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。在信息技術(shù)的支持下，變電站的數(shù)字信息可直接進(jìn)入站控層交換機(jī)中，因此使信息交換變成可能，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下接口裝置步驟，實(shí)現(xiàn)提高信息交換率的目的。

在實(shí)現(xiàn)信息交換目的基礎(chǔ)上，智能化變電還可面向系統(tǒng)提供智能化開關(guān)裝置，使得系統(tǒng)具備控制設(shè)備運(yùn)行的功能，變電站正常運(yùn)行情況下，充分發(fā)揮在線監(jiān)測(cè)作業(yè)、故障診斷等方面的優(yōu)勢(shì)。但是，需注意的是：智能化變電站針對(duì)間隔層、一次設(shè)備等，都設(shè)置了對(duì)應(yīng)的智能化終端裝置，通過光纖線路，能夠?qū)崿F(xiàn)終端之間的互聯(lián)，這種互聯(lián)是可靠的。在這種互聯(lián)的方式下，可優(yōu)化傳統(tǒng)變電站系統(tǒng)中的電纜進(jìn)線線路連接這一步驟，提高變電站運(yùn)行的安全性和可靠性。

2 智能化變電站電氣二次設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 智能化變電站設(shè)備選擇要點(diǎn)

對(duì)于智能化變電站來說，電氣二次設(shè)備選擇是重要的內(nèi)容之一，對(duì)于涉及的二次設(shè)備，包括電子式互感器、智能開關(guān)和二次設(shè)備三種類型的設(shè)備。在建設(shè)智能化變電站過程中，進(jìn)行進(jìn)線網(wǎng)絡(luò)化的根本目的是：使得電氣二次設(shè)備與智能化變電站正常運(yùn)行要求適應(yīng)。但是，筆者從自身的實(shí)際情況來看，智能開關(guān)、電子式互感器等在智能化變電站設(shè)計(jì)選擇時(shí)存在的問題包括以下三個(gè)方面：一是就智能開關(guān)來說，在選擇智能開關(guān)時(shí)，應(yīng)選擇理想的開關(guān)或從傳統(tǒng)開關(guān)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的開關(guān)終端模式。其中，較為理想的智能開關(guān)，其在實(shí)際的運(yùn)行過程中，主要的特點(diǎn)包括在線監(jiān)測(cè)功能與智能控制功能兩個(gè)方面。與此同時(shí)，智能開關(guān)可為智能化變電站提供數(shù)字化接口，所以智能化水平相對(duì)比較高。但是從投資成本和維修角度來看，智能化開關(guān)的費(fèi)用比較多，因此，在操作方面可能存在缺陷。二是對(duì)于傳統(tǒng)開關(guān)來說，在與智能終端連接過程中，雖可提供數(shù)字化接口，但是由于缺少在線監(jiān)測(cè)功能，所以智能化水平較低。在這種情況下，就需要選擇投資成本低的智能化裝置。三是從電子互感器角度看，有兩種裝置可供選擇：一種是有源電子互感器，另一種是無源性電子式互感器。前者是指帶有低功率線圈的電磁式電流互感器，在運(yùn)行時(shí)的特點(diǎn)主要體現(xiàn)為：可實(shí)現(xiàn)電源與電子電路之間的匹配，然后通過激光方式，有效解決電源穩(wěn)定性方面的問題，因此目前得到應(yīng)用廣泛。對(duì)后者來說，其建立在光學(xué)傳感技術(shù)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的電子互感器裝置，由于費(fèi)用比較高，性能的可靠性無法得到保障，因此在目前無法得到廣泛應(yīng)用。

2.2 通信規(guī)約選擇要點(diǎn)

智能化變電站內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為兩層：一層是站控層網(wǎng)絡(luò)，一層是過程層網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于不同網(wǎng)絡(luò)，其通信規(guī)約選擇是各不相同的。對(duì)于站控層網(wǎng)絡(luò)來說，可選擇103通信規(guī)約，該通信規(guī)約采用傳統(tǒng)功能設(shè)計(jì)形式，缺點(diǎn)是互操作性相當(dāng)差，針對(duì)要求低的、以太網(wǎng)為通信基礎(chǔ)的使用，費(fèi)用同樣比較低。而還有一種基于IEC 61850網(wǎng)絡(luò)的通信規(guī)約，基于網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)變電站系統(tǒng)面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)，可以說是構(gòu)建數(shù)字化變電站的有效平臺(tái)，不過該種形式的通信規(guī)約建設(shè)費(fèi)用高，實(shí)施性好是其主要的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于過程層網(wǎng)絡(luò)規(guī)約，可選擇后者，這主要是因?yàn)楹笳卟捎肍T3幀格式，實(shí)施性較好，同時(shí)具有傳輸延時(shí)固定的優(yōu)點(diǎn)。而對(duì)一些要求高的串口通信，使用插值法實(shí)現(xiàn)同步，可靠性相對(duì)較高。

此外，通信規(guī)約還有另外一種形式，即IEC 60044-8通信規(guī)約，這種通信規(guī)約形式主要面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)，從而構(gòu)建數(shù)字化變電站理想平臺(tái)，這種通信規(guī)約的主要特點(diǎn)：傳輸延時(shí)不固定，無法自同步，可靠性相當(dāng)差，費(fèi)用也比較高。

通過上文中的論述，完全可看出，單間隔、無需數(shù)據(jù)同步的電氣二次設(shè)備選擇第三種通信規(guī)約形式比較合適。

2.3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

對(duì)于智能化變電站來說，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要把整個(gè)變電站劃分為三個(gè)層次，即過程層、網(wǎng)絡(luò)層和架空層。對(duì)于這三個(gè)層次來說，均需獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)方案的設(shè)計(jì)。在這三個(gè)層次中，過程層網(wǎng)絡(luò)由于是智能化變電站與傳統(tǒng)變電站網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)得以有效區(qū)別的核心內(nèi)容，因此，在具體操作中，應(yīng)予以重點(diǎn)的關(guān)注。目前，綜合考量經(jīng)濟(jì)性、合理性和可靠性等因素，在智能化變電站站控層網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案的選擇上，應(yīng)選擇以星型太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)為支撐。

3 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，變電站目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了智能化，對(duì)于智能化變電站的電氣二次設(shè)計(jì)來說，明確電氣二次設(shè)計(jì)要點(diǎn)，便可提高設(shè)計(jì)的水平。同時(shí)，還必須做好設(shè)計(jì)質(zhì)量的控制措施。在本文中，筆者結(jié)合自身的工作實(shí)際以及目前智能化變電站電氣二次設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀，從智能化變電站的優(yōu)勢(shì)、電氣二次設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)以及智能化變電站電氣二次設(shè)備設(shè)計(jì)的要點(diǎn)等幾個(gè)方面分析了該命題。

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作者簡介：鐘澎（1987-），女，江西萍鄉(xiāng)人，中級(jí)工程師，碩士，2011年畢業(yè)于華南理工大學(xué)電力學(xué)院，研究方向：電子裝置與系統(tǒng)、變電站設(shè)計(jì)。