數(shù)字變電站設(shè)計(jì)探討

馬金松

常州凌峰潤(rùn)源電力工程設(shè)計(jì)有限公司 常州市 213119

【摘 要】變電站是電力系統(tǒng)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，擔(dān)負(fù)著電能轉(zhuǎn)換和重新分配的任務(wù)，對(duì)于電網(wǎng)的安全、可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著舉足輕重的作用。數(shù)字化變電站就是將信息采集、傳輸、處理、輸出過程完全數(shù)字化的變電站。全站采用統(tǒng)一的通訊規(guī)約構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)，保護(hù)、測(cè)控、計(jì)量、監(jiān)控、遠(yuǎn)動(dòng)、VQC等系統(tǒng)，均用同一網(wǎng)絡(luò)接收電流、電壓和狀態(tài)信息，各個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息共享。數(shù)字化變電站技術(shù)意味著變電站自動(dòng)化系統(tǒng)將邁入一個(gè)新的發(fā)展平臺(tái)。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化變電站設(shè)計(jì)

引言

隨著電力系統(tǒng)容量、輸電電壓等級(jí)的提高，使得電力系統(tǒng)的測(cè)量與控制更加復(fù)雜，傳統(tǒng)變電站的缺陷日漸突出，主要體現(xiàn)在安全性，可靠性已不能滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)的要求；供電電能質(zhì)量缺乏保證；不適應(yīng)電力系統(tǒng)快速計(jì)算和時(shí)實(shí)控制的要求；維護(hù)工作量巨大，設(shè)備可靠性差，不利于提高運(yùn)行管理水平和自動(dòng)化水平；占地面積大，增加了征地投資等缺點(diǎn)。數(shù)字化變電站技術(shù)將逐步引領(lǐng)未來變電站自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。

一、數(shù)字變電站概述

近年來，大家廣泛關(guān)注 “數(shù)字變電站”這個(gè)概念。它一直都在不斷的發(fā)展著，它可以簡(jiǎn)單的理解為在已有變電站技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合電子式互感器、網(wǎng)絡(luò)光纖通信技術(shù)及站內(nèi)設(shè)備互操作技術(shù)，向數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向的綜合進(jìn)一步延伸。在現(xiàn)有技術(shù)水平不斷發(fā)展和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)不斷總結(jié)的基礎(chǔ)上，數(shù)字變電站將以其在數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化、安全性和互操作性等方面的優(yōu)勢(shì)，成為未來變電站技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

以往常規(guī)綜合自動(dòng)化變電站，系統(tǒng)采用單元間隔布置，設(shè)備與設(shè)備間相對(duì)對(duì)立，采集裝置通過電纜傳輸模擬信號(hào)，測(cè)控裝置對(duì)信號(hào)數(shù)模轉(zhuǎn)換后通過網(wǎng)線將數(shù)字信號(hào)傳到后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)收集顯示；而數(shù)字變電站則不同，信息的采集、傳輸和處理的全過程都是數(shù)字化的，而且每個(gè)環(huán)節(jié)都具備相應(yīng)的自診斷功能，并采用IEC-61850（電力系統(tǒng)無縫通信的規(guī)約）來構(gòu)建電力通信網(wǎng)絡(luò)，采集、傳輸、測(cè)控、計(jì)量和監(jiān)控保護(hù)等功能都使用同一網(wǎng)絡(luò)接收信息，從而實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的信息實(shí)時(shí)共享。

數(shù)字變電站的特點(diǎn)可簡(jiǎn)單概括為以下幾點(diǎn)：

a、一次設(shè)備智能化：一次設(shè)備信號(hào)檢測(cè)和控制可直接采用微處理和光電技術(shù)實(shí)現(xiàn)，強(qiáng)電信號(hào)和控制電纜可用光電信號(hào)及光纖代替；b、二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化：保護(hù)測(cè)量檢測(cè)等裝置均基于微處理機(jī)設(shè)計(jì)，設(shè)備間實(shí)現(xiàn)高速網(wǎng)絡(luò)通信；c、生產(chǎn)運(yùn)行、管理和維護(hù)均實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，數(shù)據(jù)由系統(tǒng)統(tǒng)一收集處理；d、自診斷功能；e、信息的實(shí)時(shí)共享。

二、數(shù)字化變電站的設(shè)計(jì)方案探討

1、數(shù)字化變電站設(shè)計(jì)分析

就邏輯結(jié)構(gòu)來說，數(shù)字化變電站一體化設(shè)計(jì)主要包括：過程層、間隔層與站控層。因?yàn)楣δ懿煌?，在設(shè)計(jì)上也要根據(jù)主體功能有所區(qū)分。過程層指的是一、二次設(shè)備之間的結(jié)合面，也就是智能化電氣設(shè)備的智能化方面。過程層的主要功能是：第一，對(duì)電力運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)的電氣量檢測(cè)；第二，對(duì)運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行在線的檢測(cè)與統(tǒng)計(jì)；第三，對(duì)操作控制進(jìn)行執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)。間隔層相關(guān)設(shè)備的主要功能是：第一，間隔層負(fù)責(zé)對(duì)一次設(shè)備保護(hù)控制的實(shí)施工作；第二，需要對(duì)間隔過程層的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總；第三，對(duì)閉鎖功能進(jìn)行實(shí)施運(yùn)行；第四，對(duì)操作同期和其它控制進(jìn)行待命實(shí)施；第五，對(duì)統(tǒng)計(jì)運(yùn)算、數(shù)據(jù)采集、控制命令等，間隔層具有優(yōu)先級(jí)別進(jìn)行指令發(fā)出的控制；第六，對(duì)通信起到承上啟下的作用，實(shí)現(xiàn)過程層與站控層的連接。站控層的主要功能包括：第一，按時(shí)登陸歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)全站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行匯總，不斷刷新實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，保證數(shù)據(jù)的及時(shí)有效；第二，對(duì)控制中心的指令進(jìn)行接收，并向間隔層及過程層發(fā)出指令使其執(zhí)行；第三，將有關(guān)數(shù)據(jù)輸送往控制中心或高度處；第四，可實(shí)現(xiàn)人機(jī)互聯(lián)，具有站內(nèi)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控作用；第五，有在線的全站操作閉鎖控制功能，具此功能可實(shí)現(xiàn)編程；第六，對(duì)間隔層和過程層的各類設(shè)備進(jìn)行在線維護(hù)、在線修改參數(shù)等；第七，對(duì)變電站的故障進(jìn)行智能化分析，并實(shí)施操作培訓(xùn)。

2、數(shù)字化變電站數(shù)據(jù)庫(kù)建立

使用數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)方法，首先要對(duì)數(shù)字化變電站中基礎(chǔ)性設(shè)施與電力設(shè)備等等進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)搭建工作，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)不同實(shí)體的“配置”進(jìn)行反復(fù)的使用，從而來幫助完成不同等級(jí)的變電站的數(shù)字化設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫(kù)的建立采用SolidWorks軟件，將電力設(shè)備以及常用的設(shè)施以多配置的方式引入數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字化；另外，對(duì)特殊設(shè)施和環(huán)境（如地基等）的設(shè)計(jì)，最好采用分別設(shè)計(jì)的方法來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)。 建立數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括以下內(nèi)容：主變壓器實(shí)體數(shù)據(jù)庫(kù)、電容組實(shí)體數(shù)據(jù)庫(kù)、常用基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)體數(shù)據(jù)庫(kù)。在設(shè)計(jì)過程中，小型的電力設(shè)備最好采用零件方式來建立數(shù)據(jù)庫(kù)，并將材質(zhì)、重量等真實(shí)屬性設(shè)計(jì)進(jìn)去，然后再根據(jù)不同等級(jí)變電站的實(shí)際需求情況進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)；大型的電力設(shè)備，則需要分散設(shè)計(jì)，即將設(shè)備分解成3-5個(gè)零部件來進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)操作，但要注意的是分解的零件不要過多，否則可能影響整體性的設(shè)計(jì)，每一個(gè)零部件的設(shè)計(jì)與前述小型電力設(shè)備相同，等將各零部件總裝后，同樣需要根據(jù)不同情況進(jìn)行針對(duì)性的再設(shè)計(jì)。

3、數(shù)字化設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)人員應(yīng)該在數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)之上，依照基礎(chǔ)性設(shè)施裝配體與電力設(shè)備、控制裝配體、線路連接、環(huán)境裝配體的順序和步驟進(jìn)行逐步設(shè)計(jì)。首先，電力設(shè)備及基礎(chǔ)性設(shè)施裝配的設(shè)計(jì)：數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)用基礎(chǔ)設(shè)施的零部件，選取零件具體配置進(jìn)行基準(zhǔn)面的建立，再?gòu)臄?shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)入設(shè)備，進(jìn)行基準(zhǔn)面與相應(yīng)配置的調(diào)整，完成此類裝配體的構(gòu)建。其次，線路連接與控制的設(shè)計(jì)：在上一設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上插入空的裝配體，并在其中生成不同設(shè)備區(qū)域所需的各類接線零件，在總裝配體當(dāng)中編輯這些零件，并利用結(jié)構(gòu)件實(shí)際功能以及3D草圖來設(shè)計(jì)出實(shí)體的線路裝配圖。第三，環(huán)境設(shè)計(jì)：通過掃描好的周圍環(huán)境生成3D的實(shí)體環(huán)境草圖，導(dǎo)入總裝配體當(dāng)中以完成整個(gè)設(shè)計(jì)。

三、數(shù)字變電站建設(shè)運(yùn)營(yíng)的效益

數(shù)字變電站的建設(shè)，不但可緩解如今變電站供電能力吃緊狀況，也可以滿足工農(nóng)業(yè)及居民生活用電的前提下，還可以優(yōu)化整合地區(qū)的供電系統(tǒng)，從中降低了電能損耗，還能提高供電效率。從經(jīng)濟(jì)效益方面來講，數(shù)字變電站的建設(shè)可提高設(shè)備維護(hù)的安全性，可避免設(shè)備損耗以及造成人員傷亡事故造成經(jīng)濟(jì)上的損失。同時(shí)，數(shù)字變電站大多數(shù)設(shè)備及線路都具有自診斷功能，維護(hù)起來更快捷方便，也大大降低成本。從社會(huì)效益來說，數(shù)字變電站的安全性及穩(wěn)定性對(duì)保證電網(wǎng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行、實(shí)現(xiàn)精簡(jiǎn)機(jī)構(gòu)、增加效益有顯著的效果。

四、結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)內(nèi)部分地區(qū)數(shù)字變電站的順利投入運(yùn)行，總體情況良好，設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，保護(hù)裝置及自動(dòng)裝置動(dòng)作正常，數(shù)據(jù)采集傳輸無誤，也再次說明了數(shù)字變電站技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用是完全可行的，滿足安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求，具有傳統(tǒng)常規(guī)變電站無法比擬的優(yōu)勢(shì)。不久的將來，數(shù)字變電站將會(huì)全面普及推廣，必將推動(dòng)電網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展，提高整體電網(wǎng)的運(yùn)行管理水平。數(shù)字變電站建設(shè)是一個(gè)系統(tǒng)工程，要進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)數(shù)字變電站自動(dòng)化系統(tǒng)功能還有許多技術(shù)問題需要攻關(guān)解決，但作者相信在不太遠(yuǎn)的將來，數(shù)字變電站系統(tǒng)將有一個(gè)蓬勃的發(fā)展期。

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