自動(dòng)化技術(shù)在數(shù)字化變電站的應(yīng)用

張偉青

摘要：從戰(zhàn)略的高度，電網(wǎng)公司必須對(duì)電網(wǎng)發(fā)展方向進(jìn)行把握，促進(jìn)電網(wǎng)公司進(jìn)行智能電網(wǎng)的建設(shè)以及研究。充分利用先進(jìn)的控制技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等，研究并建設(shè)自動(dòng)化變電站。自動(dòng)化技術(shù)在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用對(duì)于電網(wǎng)的發(fā)展有著非常重要的作用與意義。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化;技術(shù);數(shù)字化;變電站

一、數(shù)字化變電站結(jié)構(gòu)功能與特征分析

數(shù)字化變化站自動(dòng)化結(jié)構(gòu)其物理層被分為智能化一次設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備兩個(gè)方面;數(shù)字化變化站自動(dòng)化結(jié)構(gòu)在邏輯層上被分成了“站控層”，“過(guò)程層”以及“間隔層”三個(gè)方面。各個(gè)層次內(nèi)部利用站級(jí)總線(xiàn)與過(guò)程總線(xiàn)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)了高速通信。變電站與間隔層設(shè)備的通信通過(guò)站級(jí)總線(xiàn)進(jìn)行處理，變電站智能化設(shè)備與間隔層設(shè)備間的通信通過(guò)過(guò)程總線(xiàn)進(jìn)行處理。

1.變電站站控層功能

對(duì)于變電站的各種實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，利用高速網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行搜集整理，對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)了隨時(shí)更新，同時(shí)能夠?qū)v史數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行登錄，通過(guò)規(guī)定，把數(shù)據(jù)庫(kù)的相關(guān)數(shù)據(jù)向控制中心或以及調(diào)度中心傳遞，同時(shí)向變電站的過(guò)程層與間隔層傳遞控制中心或者調(diào)度中心的控制命令。能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)變電站故障的自動(dòng)分析與遠(yuǎn)程無(wú)人監(jiān)控，可以實(shí)現(xiàn)圖象的顯示，打印，報(bào)警等功能。

2.變電站過(guò)程層功能

通過(guò)變電站的過(guò)程層能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電網(wǎng)中電壓，電流，諧波等的檢測(cè)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)于電網(wǎng)運(yùn)行設(shè)備狀態(tài)參數(shù)溫度，密度，壓力，機(jī)械特性等的統(tǒng)計(jì)監(jiān)控;另外，通過(guò)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)控制變壓器的分接頭，控制電容，電抗器的投切，控制直流電壓的充放電等執(zhí)行操作的控制。

3.變電站間隔層的功能

通過(guò)間隔層能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)本層實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的搜集整理，同時(shí)能夠?qū)Ρ緦拥囊淮卧O(shè)備進(jìn)行控制保護(hù)，對(duì)本間隔層的操作實(shí)現(xiàn)了閉鎖功能，控制數(shù)據(jù)采集統(tǒng)計(jì)以及運(yùn)算的優(yōu)先級(jí)，并且，間隔層可以對(duì)電能量，有功，無(wú)功等進(jìn)行運(yùn)算;實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備間信息的傳遞，具有承上啟下的作用?；跀?shù)字化變化站的結(jié)構(gòu)特征，自動(dòng)化變電站具有以下特征。

4.數(shù)字化變電站平臺(tái)建設(shè)具有標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化的特征。

基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的電力系統(tǒng)建模規(guī)則，使得變電站自動(dòng)化的建模和信息交互有了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。利用對(duì)設(shè)備描述的規(guī)范化，通信服務(wù)接口的規(guī)范化，使得智能設(shè)備之間的相互操作得到了實(shí)現(xiàn);同時(shí)統(tǒng)一平臺(tái)的建設(shè)，使得變電站的資源實(shí)現(xiàn)了共享，而具有全局的變量名則實(shí)現(xiàn)了變電站內(nèi)部以及變電站和控制中心的無(wú)縫通信;通過(guò)XML語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了變電站系統(tǒng)配置，設(shè)備的功能以及網(wǎng)絡(luò)的連接，使得變電站系統(tǒng)的工程實(shí)施，維護(hù)都變得簡(jiǎn)單。

5.數(shù)字化變電站的一次設(shè)備具有智能化的特征

通過(guò)光電技術(shù)以及微處理器技術(shù)的設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)一次設(shè)備被控制和被檢測(cè)信號(hào)回路的驅(qū)動(dòng)處理，使得傳統(tǒng)繼電保護(hù)回路的結(jié)構(gòu)被簡(jiǎn)化，同時(shí)傳統(tǒng)的導(dǎo)線(xiàn)連接被先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)網(wǎng)絡(luò)代替，傳統(tǒng)的強(qiáng)電的模擬信號(hào)以及控制電纜也被光纖以及光電數(shù)字化技術(shù)所代替，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)信息處理的自動(dòng)化與獨(dú)立性。

6.數(shù)字化變電站的二次設(shè)備具有網(wǎng)絡(luò)化的特征

數(shù)字化變電站中測(cè)量控制設(shè)備，遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備，電壓無(wú)功控制設(shè)備，繼電保護(hù)設(shè)備，防誤閉鎖設(shè)備等都實(shí)現(xiàn)了模塊化，標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)制造，因此，通過(guò)數(shù)字化變電站的網(wǎng)絡(luò)化，使得各個(gè)設(shè)備之間能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的信息鏈接，使得設(shè)備之間以及設(shè)備與變電站之間的通信及時(shí)迅速。

二、自動(dòng)化技術(shù)在數(shù)字化變電站中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)分析

1.自動(dòng)化技術(shù)在數(shù)字化變化站中的應(yīng)用，使得變電站各種信息實(shí)現(xiàn)了共享。數(shù)字化變電站的建設(shè)給予IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)自動(dòng)化設(shè)備的應(yīng)用，使得變電站計(jì)量，保護(hù)，監(jiān)控等系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在網(wǎng)絡(luò)中電流信息，電壓信息，變電站運(yùn)行狀態(tài)信息等同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的接收，同時(shí)，變電站的控制信息也能夠?qū)崿F(xiàn)同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的接收，而不需要進(jìn)行信息采集，信息執(zhí)行以及信息傳遞等不同網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。因此，實(shí)現(xiàn)了變電站的資源共享，同時(shí)也使得變電站系統(tǒng)的互操作性得到提高，并且資源的共享使得變電站重復(fù)建設(shè)的投資降低。

2.自動(dòng)化技術(shù)在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用，使得變電站的規(guī)模及功能得到擴(kuò)展。數(shù)字化變電站中實(shí)現(xiàn)了通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)備間以及設(shè)備與變電站之間信息的傳遞，當(dāng)將新的設(shè)備接入到通信網(wǎng)絡(luò)中，即可實(shí)現(xiàn)了變電站新的功能，并不必將原有設(shè)備進(jìn)行更換，從而使得建設(shè)的成本降低，同時(shí)也使得變化站的工作更加便捷，工作效率不斷提高。

3.自動(dòng)化技術(shù)在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用，使得變電站的測(cè)量精度得到了提高。通過(guò)變電站的互感器中模擬信號(hào)對(duì)設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集時(shí)，會(huì)出現(xiàn)很大的附加誤差。自動(dòng)化技術(shù)下數(shù)字化變電站數(shù)據(jù)的采集，是基于電子式的互感器，具有高精度的特征，使得變電站的測(cè)量更加精確，從而使得變電站的工作效率與質(zhì)量都得到了提高。同時(shí)，數(shù)字化的測(cè)量系統(tǒng)的重量比較輕，體積也比較小，能夠?qū)崿F(xiàn)在變電站開(kāi)關(guān)設(shè)備系統(tǒng)中的智能集成，從而能夠?qū)崿F(xiàn)變電站機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。

三、變電站自動(dòng)化系統(tǒng)具有的問(wèn)題

傳統(tǒng)一次設(shè)備有著較高的安裝運(yùn)輸成本、較重的質(zhì)量、較大的體積，變電站一次設(shè)備由于油浸式電流互感器爆炸造成嚴(yán)重的損壞。由于CT物理結(jié)構(gòu)困難造成了它對(duì)于測(cè)量和保護(hù)需要的大范圍量程不能精確的提供，設(shè)計(jì)繼電保護(hù)和CT過(guò)程中，由于剩磁問(wèn)題的影響產(chǎn)生了很大的困難，電容式電壓互感器暫態(tài)特性會(huì)導(dǎo)致快速保護(hù)的誤動(dòng)作，對(duì)于互感器的價(jià)格、絕緣性能以及體積等，超高壓系統(tǒng)造成了非常大的挑戰(zhàn)。很多復(fù)雜的二次電纜能夠造成直流接地從而引發(fā)誤動(dòng)作，零序電壓產(chǎn)生不正確的動(dòng)作;重復(fù)采集信息，沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通信協(xié)議，不能互換不同廠(chǎng)家的設(shè)備，不能共享信息等，使重復(fù)投資的現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生;無(wú)法在線(xiàn)監(jiān)督設(shè)備狀態(tài)，設(shè)備的在線(xiàn)檢修也不能實(shí)現(xiàn)。在一定程度上，這些問(wèn)題對(duì)變電站設(shè)備的維護(hù)管理以及安全運(yùn)行等造成了嚴(yán)重的影響，使信息的利用效率大大降低了。近年來(lái)，數(shù)字技術(shù)被廣泛地使用，就像其他行業(yè)一樣，在電力系統(tǒng)中也產(chǎn)生了革命性的技術(shù)更新。隨著電力信息接1：3標(biāo)準(zhǔn)化、職能一次設(shè)備、開(kāi)放協(xié)議以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，自動(dòng)化技術(shù)在變電站建設(shè)領(lǐng)域也帶來(lái)了非常理想的技術(shù)解決方案。

四、發(fā)展策略

在具體實(shí)施變電站自動(dòng)化體統(tǒng)過(guò)程中，受到管理體制以及專(zhuān)業(yè)分工的嚴(yán)重影響，可以采用不同的實(shí)施方法：第一，以遠(yuǎn)動(dòng)作為數(shù)據(jù)控制和采集的基礎(chǔ)，進(jìn)行站內(nèi)監(jiān)控，以電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化作為相應(yīng)設(shè)備的基礎(chǔ)，使其相對(duì)獨(dú)立性得到保護(hù);第二，以微機(jī)保護(hù)作為數(shù)據(jù)控制和采集的基礎(chǔ)，進(jìn)行站內(nèi)控制，有機(jī)的結(jié)合測(cè)量、控制與保護(hù)，目前，我國(guó)已經(jīng)有相關(guān)產(chǎn)品。后者是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，以，管理、運(yùn)行、制造以及設(shè)計(jì)部門(mén)必須打破專(zhuān)業(yè)界限，使一體化得到實(shí)現(xiàn)。變電站實(shí)施無(wú)人值班運(yùn)行模式以及自動(dòng)化系統(tǒng)模式，設(shè)備的可靠性在很大程度上起到?jīng)Q定性作用。這里所說(shuō)的設(shè)備除了自動(dòng)化設(shè)備外，還包括電氣主設(shè)備。充分考慮變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)，使主管部門(mén)進(jìn)行相關(guān)設(shè)備接口、制造的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的制定。電氣主設(shè)備制造商以及自動(dòng)化設(shè)備制造商必須加強(qiáng)合作，進(jìn)行技術(shù)合一產(chǎn)品的提供，從而使運(yùn)行、設(shè)計(jì)部門(mén)選型方便。

五、結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，我國(guó)電網(wǎng)公司大力發(fā)展智能變電站，進(jìn)行了一系列標(biāo)準(zhǔn)的制定，并進(jìn)行了很多示范工程的建設(shè)，不過(guò)，很多關(guān)鍵技術(shù)尚不成熟，對(duì)于智能變電站對(duì)技術(shù)的要求還不能完全滿(mǎn)足，所以，對(duì)于我國(guó)電網(wǎng)公司的發(fā)展造成了嚴(yán)重的制約。對(duì)傳統(tǒng)的變電站進(jìn)行改造，使其滿(mǎn)足當(dāng)代的需求，突破重重難關(guān)，逐漸走向完善。

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