對數(shù)字化變電站關(guān)鍵技術(shù)的幾點思考

付偉

摘 要：隨著變電站自動化程度的逐漸提升，數(shù)字化變電站技術(shù)也得到了有效發(fā)展。數(shù)字化變電站即將變電站的信息收集、處理等環(huán)節(jié)均實現(xiàn)數(shù)字化。此項技術(shù)涉及到多個層次和多個方面的技術(shù)革新，因此，其發(fā)展過程具有長期性。文章主要探討數(shù)字化變電站的若干關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化；關(guān)鍵技術(shù)；變電站

數(shù)字化變電站屬于不斷發(fā)展的概念，是一種現(xiàn)代化的變電站。目前主要是基于IEC61850通信規(guī)范標準之上，由智能化一次設(shè)備、電子式互感器以及網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備分層組成，能讓智能設(shè)備間的相互操作和信息共享得以實現(xiàn)。作為數(shù)字化電力系統(tǒng)的關(guān)鍵信息來源，分析數(shù)字化變電站的關(guān)鍵技術(shù)顯得尤為重要與迫切。

1 數(shù)字化變電站特點

現(xiàn)目前，數(shù)字化變電站的特點可以歸納為以下四個：一是層次化，鑒于數(shù)字化變電站各設(shè)備的功能不一樣，其結(jié)構(gòu)邏輯主要由過程層、間隔層和變電站層構(gòu)成；二是一次設(shè)備智能化，可編程控制器能代替變電站二次回路里的繼電器和與之配套的邏輯回路，當前變電站普通的控制線路以及模擬信號將會被光電數(shù)字與光纖替代；三是二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化，變電站二次設(shè)備未設(shè)置功能裝置的重復輸出及出入接口，僅有網(wǎng)絡(luò)能有效實現(xiàn)數(shù)據(jù)和資源信息的共享，普通功能裝置也會逐漸被邏輯性功能模塊替代；四是運行管理自動化，變電站日常運行維護以及數(shù)據(jù)記錄能實現(xiàn)無紙化辦公以及自動化信息分流叫魂，倘若變電站出現(xiàn)故障，就能第一時間判定出故障原因并給出故障維修方案，而且還能自動給出相關(guān)故障檢測報告。

2 數(shù)字化變電站的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 IEC61850標準體系

IEC61850標準作為新型的變電站通行網(wǎng)絡(luò)以及系統(tǒng)協(xié)議，適用于變電站自動化系統(tǒng)和分層智能電子裝置。此標準采用的是基于XML之上的變電站配置描述語言描述變電站自動化系統(tǒng)和一次設(shè)備兩者間的關(guān)系。每種設(shè)備都要以此標準為基礎(chǔ)，提供一份配套的配置文件，并使用統(tǒng)一的系統(tǒng)配置工具使其實現(xiàn)工程化。IEC61850標準的終極目的就是要規(guī)定要求并給出配套框架實現(xiàn)各類供應(yīng)商給出的智能電子設(shè)備間的相互操作性[1]。

2.2 電子式互感器

電子式互感器體系小、重量輕，由絕緣支柱、傳感器頭及光纜構(gòu)成；高低壓部分經(jīng)由光線連接；沒有磁飽和，但具有范圍寬、暫態(tài)特性好、頻率響應(yīng)準確率高的優(yōu)點；沒有傳統(tǒng)二次負荷的概念；數(shù)字信號是通過光纖傳輸，抗EMI性能和數(shù)據(jù)可靠性都得到一定提升；高低壓部分光電隔離有效防止了電壓互感器二次短路和電流互感器二次開路可能造成的各種安全問題；傳統(tǒng)互感器的SF6或是油用絕緣脂替代，避免出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。此外，電子式互感器還能直接給出各種故障信息，如斷路故障，二次設(shè)備接收到這些故障信息后就能實施閉鎖保護，具有完善的自檢功能，如果有電子式互感器或是通訊故障問題，保護裝置會因為錯誤標示或是未收到校驗碼正確數(shù)據(jù)而判定互感器出現(xiàn)故障，電子式互感器輸出嚴格依照IEC61850標準。

2.3 信息合并單元

信息合并單元的主要作用就是把各個電流互感器和電壓互感器傳回的數(shù)據(jù)進行實時打包處理，根據(jù)IEC61850標準嚴格輸出數(shù)據(jù)，為保護、測控、母差等有關(guān)裝置提供數(shù)據(jù)支撐。每個裝置配備一根光纜，每根光纜能提供多個信號。IEC61850標準對電子式電壓互感器等邏輯節(jié)點進行了定義，在電子式電流互感器/電壓互感器接口中，信息合并單元屬于重要組成部分，與二次設(shè)備接口進行串行單項多路點對點連接[2]。此外，信息合并單元收集到的多路電壓及電流信號都有清晰的定義，都是經(jīng)由編碼格式把收集到的信息幀及時傳輸給二次保護設(shè)備以及控制設(shè)備。

2.4 智能化一次設(shè)備

具備智能操作作用的斷路器主要有三部分構(gòu)成：一是數(shù)據(jù)采集裝置，此裝置的主要設(shè)備是新型傳感器，能隨時將電網(wǎng)數(shù)據(jù)通過數(shù)字信號的形式進行傳遞；二是智能識別裝置，此裝置是智能控制單元的中心，能有效結(jié)合收集到的電網(wǎng)信息以及主控室提供的操作信號，自動判別操作時電網(wǎng)的實際工作狀態(tài)，結(jié)合斷路器仿真分析結(jié)果歸納出最佳的分合閘運動特性，第一時間傳遞調(diào)節(jié)信息給執(zhí)行機構(gòu)，執(zhí)行機構(gòu)接收到調(diào)節(jié)信息后對其展開調(diào)節(jié)，然后再發(fā)出分合閘信號；三是執(zhí)行裝置，此裝置由接收定量控制信息的部件以及驅(qū)動執(zhí)行器組成，能科學、合理調(diào)整操動機構(gòu)的參數(shù)，能合理改變每次操作的運動特性。

2.5 繼電保護配置

繼電保護配置主要是研究怎樣在數(shù)字化基礎(chǔ)上，有效體現(xiàn)變電站的二次設(shè)備冗余配置原則，具體需要考慮以下四方面：一是電子化感器二次側(cè)的冗余，電子互感器二次側(cè)經(jīng)由采集器實現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)變，要保證可靠性，應(yīng)多配置幾個二次側(cè)采集器，如配置三個二次側(cè)，其中兩個作為保護裝置分別服務(wù)第一和第二套保護，第三個作為計量系統(tǒng)。二是智能操作箱的冗余，每個間隔配置兩個智能操作箱，分別服務(wù)于第一和第二套保護，倘若要單獨配置測控裝置，那么第一套智能操作箱還應(yīng)服務(wù)測控裝置。三是過程層交換機的冗余，過程交換機的主要作用是傳輸模擬量SV以及狀態(tài)量GOOSE，過程層有很多種組網(wǎng)方式，但所有組網(wǎng)方式都要以冗余原則為基礎(chǔ)，換言之，服務(wù)于第一套保護裝置的網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)于第二套保護裝置的網(wǎng)絡(luò)兩者間要獨立開來。四是間隔層保護裝置的冗余，仍然堅持已有的保護裝置冗余配置原則，如超過220kV的電壓等級，應(yīng)配置雙套母線保護、雙套線路保護以及雙套變壓器保護等。

2.6 數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成，一是站控層，二是間隔層，三是過程層。各層之間借助過程總線（處理間隔層裝置和智能化一次設(shè)備）和站級總線（解決變電層裝置與間隔層裝置之間的通信問題）實現(xiàn)通信連接。其中，過程層是一次設(shè)備和二次設(shè)備的結(jié)合面，具有在線監(jiān)測并統(tǒng)計運行過程中電氣一次設(shè)備的具體狀態(tài)參數(shù)，如上送斷路器等有關(guān)工作數(shù)據(jù)；實施并驅(qū)動遠程控制以及有關(guān)操作命令。間隔層的作用就是收集并整理本間隔的實時數(shù)據(jù)信息，進行實施控制與保護，同時還能實現(xiàn)有關(guān)控制閉鎖以及間隔級信息與同期操作之間的人機交互。最后變電站層是以兩級高速網(wǎng)絡(luò)歸納的全站實時數(shù)據(jù)信息為基礎(chǔ)，不間斷地更新實時數(shù)據(jù)庫，把有價值的數(shù)據(jù)信息第一時間傳遞給電網(wǎng)調(diào)度中心或是控制中心，同時接收中心的有關(guān)控制命令并及時傳遞給間隔層和過程層。除此之外，變電站層還有人機聯(lián)系、站內(nèi)當?shù)乇O(jiān)控等作用[3]。

3 結(jié)束語

綜上，在信息網(wǎng)絡(luò)時代，數(shù)字化變電站是必然發(fā)展趨勢，在數(shù)字化變電站發(fā)展過程中，必須要掌握其特點以及各種關(guān)鍵性技術(shù)，才能從容應(yīng)對各類問題?，F(xiàn)目前，國內(nèi)數(shù)字化變電站的研究與建設(shè)仍然不夠成熟和穩(wěn)定，需要不斷探索和實踐，尤其是電子式互感器、智能斷路器技術(shù)等數(shù)字化變電站關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備仍處于初級發(fā)展階段，需要更多理論研究與實踐經(jīng)驗做支撐。

參考文獻

[1]申濤，包 ，趙玉成等.數(shù)字化變電站的關(guān)鍵技術(shù)與工程實現(xiàn)[J].電測與儀表，2010（S2）：40-43.

[2]陳明.數(shù)字化變電站關(guān)鍵技術(shù)及未來展望[J].中國電力教育：下，2011（2）：120-121.

[3]張勇平.數(shù)字化變電站若干關(guān)鍵基礎(chǔ)研究[D].華北電力大學，2009.