數(shù)字化變電站設(shè)備技術(shù)功能與應(yīng)用

摘 要

數(shù)字化變電站已經(jīng)成為變電站建設(shè)的未來趨勢(shì)，對(duì)其設(shè)備技術(shù)功能和應(yīng)用展開研究，有助于快速推進(jìn)數(shù)字化變電站建設(shè)和發(fā)展?；诖耍疚氖紫确治隽藬?shù)字化變電站的設(shè)備技術(shù)功能，然后結(jié)合實(shí)際的案例分析了其具體應(yīng)用，最后闡述了數(shù)字化變電站的建設(shè)效果，希望可以對(duì)業(yè)界相關(guān)人士起到一定參考作用。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化變電站 設(shè)備技術(shù) 功能 應(yīng)用

數(shù)字化變電站主要是由智能化一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備按照一定的機(jī)理構(gòu)建而成的，其基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，可以實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)部各個(gè)智能電器設(shè)備之間的互操作和信息共享，大大提升變電站的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。數(shù)字化變電站所表現(xiàn)出的高性能、高可靠性、高安全性等優(yōu)點(diǎn)，使其具備了廣闊的發(fā)展前景，值得全面推行。

1 數(shù)字化變電站設(shè)備技術(shù)功能分析

1.1 合并單元

在數(shù)字化變電站中，合并單元是一個(gè)非常重要的模塊，其能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多路電子互感器輸出信號(hào)的同步接收，然后依照固定的標(biāo)準(zhǔn)格式將其傳輸給測(cè)量設(shè)備、計(jì)量設(shè)備以及保護(hù)設(shè)備。在合并單元中，其具有同步功能模塊、以太網(wǎng)模塊、多路數(shù)據(jù)采集和處理模塊這三個(gè)功能模塊。外部的時(shí)鐘信號(hào)從同步功能模塊輸入，然后同步功能可以直接發(fā)出采樣命令，也可以將其傳輸給以太網(wǎng)模塊，也可以將其傳輸給數(shù)據(jù)采集模塊。多路A/D采樣數(shù)據(jù)從多路數(shù)據(jù)采集和處理模塊輸入，經(jīng)處理后輸入以太網(wǎng)模塊，然后傳入以太網(wǎng)。

1.2 非常規(guī)互感器

從實(shí)際應(yīng)用來說，非常規(guī)互感器主要有三種，一是GIS用電子式電流電壓互感器，二是敞開式獨(dú)立電子式電流電壓互感器，三是低功率互感器。對(duì)于GIS用互感器而言，其一般每相設(shè)置兩臺(tái)，在開關(guān)斷口處分別安裝。在每一個(gè)互感器中，其都包含了兩組相互獨(dú)立的傳感器和傳感模塊。而在每個(gè)傳感器中，都具有空芯線圈、低功率鐵芯線圈和電容分壓器。對(duì)于敞開式互感器，其也是獨(dú)立安裝的傳感器，其構(gòu)成形式和GIS用傳感器基本相同。

對(duì)于低功率傳感器，其非常適合用于低電壓電網(wǎng)，尤其是110kV以下。在電力系統(tǒng)中，在較長一段時(shí)間內(nèi)都是使用大功率互感器對(duì)一次側(cè)電流進(jìn)行測(cè)量，由此將電流信號(hào)提供給保護(hù)設(shè)備或是計(jì)量設(shè)備。但是在電力系統(tǒng)電壓等級(jí)不斷升高的情況下，保護(hù)設(shè)備以及計(jì)量設(shè)備等逐漸實(shí)現(xiàn)微機(jī)化，大功率傳感器在測(cè)量中表現(xiàn)出了諸多問題，如精度下降、故障識(shí)別出錯(cuò)等。而低功率互感器能夠有效解決大功率互感器存在的不足，在220kV以下電網(wǎng)中能夠表現(xiàn)出動(dòng)態(tài)范圍大、測(cè)量精度高、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)小等特點(diǎn)。所以，對(duì)于縣級(jí)電網(wǎng)而言，變電站的數(shù)字化使用低功率互感器是良好的選擇。此外，光學(xué)類傳感器由于具備良好的絕緣性、靈敏性和系統(tǒng)線性，在數(shù)字化變電站中適用也較多。但是其容易受到溫度、濕度和振動(dòng)等因素影響，因此需要加強(qiáng)控制。

1.3 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)及其測(cè)控設(shè)備

IEC61850是國際電工委員會(huì)制定的國際標(biāo)準(zhǔn)，也是數(shù)字化變電站構(gòu)建的基礎(chǔ)。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)變電站系統(tǒng)從上到下進(jìn)行了系統(tǒng)分層，并對(duì)各個(gè)層次的功能進(jìn)行了定義，同時(shí)對(duì)相應(yīng)的對(duì)象進(jìn)行了建模。對(duì)數(shù)據(jù)定義、命名以及設(shè)備的行為、自描述、通用語言等進(jìn)行了規(guī)范和統(tǒng)一，使得變電站中不同設(shè)備實(shí)現(xiàn)共享和互通得以實(shí)現(xiàn)。在IEC61850標(biāo)準(zhǔn)下對(duì)旁路、電抗器、線路、母聯(lián)、變壓器、電容器等電氣單位進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)該遵循面向?qū)ο蟮幕驹瓌t，即一個(gè)對(duì)象對(duì)應(yīng)一個(gè)模塊，憑借這一個(gè)模塊，完成電氣單位的控制、測(cè)量、通信、調(diào)節(jié)等全部功能的設(shè)計(jì)，并且將智能裝置、電能表、保護(hù)、監(jiān)控等融合起來，形成一個(gè)整體。對(duì)于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)下的軟件設(shè)計(jì)，應(yīng)該采取分層分布式設(shè)計(jì)形式，對(duì)不同功能的組件分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，在具備“五遙”的基礎(chǔ)上，還需實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的功能配置。另外，IEC61850標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了通信網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)——以太網(wǎng)，這就需要對(duì)交換機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在IECE61850中明確規(guī)定總線數(shù)據(jù)傳輸延遲應(yīng)該控制在4ms以內(nèi)，因此需要監(jiān)控系統(tǒng)擁有2層以太網(wǎng)，一層是變電站總線，另一層是過程總線。

2 數(shù)字化變電站設(shè)備技術(shù)應(yīng)用案例分析

下面以某縣級(jí)變電站為例分析數(shù)字化變電站設(shè)備技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。在該變電站中，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字化建設(shè)，在線路、旁路、母線、母聯(lián)、主變壓器等多處均設(shè)置了間隔，在互感器的選擇上也是以光電性互感器為主，同時(shí)還選擇了光纖電流互感器作為輔助。具體設(shè)備配置如表1所示。

除了上述的設(shè)備配置之外，該變電站還使用了GOOSE系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)保護(hù)。由于220kV的保護(hù)間隔清晰，因此在網(wǎng)絡(luò)總體結(jié)構(gòu)上最好選擇單星形網(wǎng)，通過出線、分段母聯(lián)、主變、母間隔進(jìn)行交換機(jī)的配置。需要注意，在主變和出線位置，交換機(jī)的安裝主要是在主變保護(hù)屏和線路之上，對(duì)于母線可以單獨(dú)組屏，對(duì)于母聯(lián)可以設(shè)置兩臺(tái)交換機(jī)。在母聯(lián)上，可以從兩個(gè)GOOSE接口連接兩套網(wǎng)絡(luò)間隔交換機(jī)，如此就可以將原本的雙GOOSE口利用起來，不需要再配置GOOSE口。圖1所示就是220kV的過程層GOOSE系統(tǒng)。

從圖中分析，在可靠性方面，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為單星形，但是除了母差之外，另外的間隔之間是沒有保護(hù)GOOSE聯(lián)系的，這就使得交換機(jī)產(chǎn)生破壞不會(huì)影響到其他間隔的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在安全性方面，其檢修措施簡(jiǎn)單方便，對(duì)系統(tǒng)擾動(dòng)較小，擴(kuò)建月較為便利。

3 數(shù)字化變電站的建設(shè)效果

根據(jù)上文所講述的實(shí)例，該變電站在經(jīng)過數(shù)字化改造之后的時(shí)間里，整個(gè)變電站產(chǎn)生了巨大的變化。

（1）在使用非常規(guī)互感器以后，以往存在的飽和及鐵磁諧振問題得以徹底消除，這是因?yàn)槔梅浅Ｒ?guī)互感器替代傳統(tǒng)電磁式傳感器，從而消除了導(dǎo)致這些問題的相關(guān)因素，使得測(cè)量精度得到有效的保護(hù)。不僅如此，信號(hào)的傳輸都是通過數(shù)字量的形式進(jìn)行，則大大提升了信號(hào)傳輸?shù)目垢蓴_能力，使得系統(tǒng)電磁兼容性能得到大大提高，從而增強(qiáng)其可靠性。

（2）在數(shù)字化變電站中適用了大量的智能化一次設(shè)備，這就讓傳統(tǒng)的邏輯回路和繼電器等電子元件被可編程序代替。同時(shí)，光電數(shù)字和光纖也代替了傳統(tǒng)的控制電纜以及強(qiáng)電模擬信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)、診斷的自動(dòng)化，提高了信息上傳的效率，減少了檢修停電的次數(shù)。

（3）計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的使用，有效減少了二次接線的復(fù)雜度和難度，變電站中的每組電氣量信號(hào)經(jīng)過合并單元打包后，可以從光纜實(shí)現(xiàn)數(shù)字信息的批量傳輸，大大簡(jiǎn)化了安裝調(diào)試工作。

（4）設(shè)備的互操作和共享性提高，減少了重復(fù)設(shè)置等問題，大幅改善設(shè)備集成，提高了靈活性。

4 結(jié)束語

數(shù)字化變電站建設(shè)已經(jīng)成為行業(yè)趨勢(shì)，其中相關(guān)的設(shè)備技術(shù)功能較多，尤其是以合并單元、非常規(guī)互感器、IEC61850標(biāo)準(zhǔn)及其相關(guān)設(shè)備等都是其中重點(diǎn)。結(jié)合實(shí)際的變電站，在實(shí)踐中還需運(yùn)用GOOSE面對(duì)具體對(duì)象設(shè)置系統(tǒng)保護(hù)，確保變電站的數(shù)字化建設(shè)能夠達(dá)到預(yù)期效果。

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作者簡(jiǎn)介

李建兵（1974-），男，大學(xué)本科學(xué)歷。中共黨員。于1993年5月參加工作，工程師職稱。現(xiàn)為國網(wǎng)四川漢源縣供電有限責(zé)任公司總經(jīng)理兼黨總支副書記。

作者單位

國網(wǎng)四川漢源縣供電有限責(zé)任公司 四川省漢源縣 625300