數(shù)字化變電站設(shè)備技術(shù)功能與應(yīng)用研究

湯東儒

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201722057

摘要：智能電氣設(shè)備的發(fā)展促使變電站自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)入數(shù)字化、自動(dòng)化發(fā)展新階段。本文以數(shù)字變電站設(shè)備與研究現(xiàn)狀分析作為出發(fā)點(diǎn)，探討了數(shù)字化變電站關(guān)鍵設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn)，以期為建設(shè)數(shù)字化變電站提高設(shè)備運(yùn)行效率提供一些參考和意見。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化；變電站；智能設(shè)備；技術(shù)特點(diǎn)；制造應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)發(fā)展腳步的加快，對(duì)變電站設(shè)備運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性要求逐漸提高。對(duì)于未來變電站發(fā)展方向和趨勢(shì)而言，主要以智能化設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備為主。尤其是IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)，對(duì)數(shù)字化變電站站控層、過程層的自動(dòng)化要求更高。對(duì)于加快傳統(tǒng)變電站發(fā)展步伐具有積極意義。

一、數(shù)字變電站現(xiàn)狀分析

相對(duì)我國(guó)數(shù)字變電站研究情況而言，國(guó)外諸多國(guó)家最先對(duì)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用和研究進(jìn)行了研究與分析。相關(guān)研究人員結(jié)合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)制定了相關(guān)示范工程執(zhí)行方案。除此之外，國(guó)外廠商針對(duì)IEC61850和相應(yīng)示范工程標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)和研究了相關(guān)智能電子設(shè)備，這些設(shè)備符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。這些智能電子設(shè)備不僅符合IEC61850制定的標(biāo)準(zhǔn)與要求，還安裝有保護(hù)裝置，比如智能斷電器、光PT等。從標(biāo)準(zhǔn)制定初期和智能設(shè)備研究取得初步成效時(shí)，就有國(guó)內(nèi)外大型公司開始引入這項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，開始展開設(shè)備互操作實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。

中國(guó)市場(chǎng)開始關(guān)注和研究IEC61850是在2001年。在這一時(shí)期，中國(guó)電力科學(xué)研究院和國(guó)內(nèi)的各大電力設(shè)備制造商從國(guó)外引進(jìn)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)其進(jìn)行翻譯。目前，已經(jīng)出版了多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)正式版。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及世界各國(guó)之間的聯(lián)系逐步加強(qiáng)，我國(guó)無論是在智能設(shè)備研究方面還是在數(shù)字化變電站設(shè)備研究方面，其研究水平不斷提升，且取得了一定的成果。比如光電互感器，已經(jīng)通過鑒定和實(shí)踐。

二、 技術(shù)特點(diǎn)分析

（一） 非常規(guī)互感器

非常規(guī)互感器主要包括兩種類型：第一，有源電子式互感器。其二，無源光學(xué)式互感器。前者主要借助電磁感應(yīng)技術(shù)的支撐，無論是檢測(cè)信號(hào)還是檢測(cè)電阻、電容量，都是以電磁感應(yīng)原理作為理論研究基礎(chǔ)。對(duì)于電流互感器一般是采用羅柯夫斯基線圈。

有源電子式互感器的特點(diǎn)是：抗干擾能力強(qiáng)、絕緣性能好、電壓互感器體積小、成本低等。這種技術(shù)主要是建立在傳統(tǒng)互感器原理基礎(chǔ)之上，通過分析光纖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，提高了互感器的穩(wěn)定性。

無源光學(xué)式互感器的特點(diǎn)是：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不復(fù)雜、結(jié)構(gòu)靈活、線路運(yùn)行的安全性較高、絕緣性能高等。但是這種互感器容易在高溫環(huán)境下影響其穩(wěn)定性。究其原因是溫度是影響光纖穩(wěn)定性、晶體精度的關(guān)鍵因素。因此在對(duì)晶體進(jìn)行加工時(shí)，要著重注意外界溫度的影響。由此可見，在光學(xué)互感器實(shí)踐中，要想進(jìn)一步滿足產(chǎn)品實(shí)用化和產(chǎn)品化要求，需要著重關(guān)注產(chǎn)品長(zhǎng)期運(yùn)行中的穩(wěn)定性問題。

根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以將無源光學(xué)式互感器分為磁光玻璃型和全光纖型互感器。前者具有操作程序簡(jiǎn)單、技術(shù)要求低、穩(wěn)定性較好等優(yōu)點(diǎn)，但是這種互感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在長(zhǎng)期運(yùn)行中容易受外界環(huán)境因素的變化，抗振能力差。另外，磁光玻璃型互感器的光學(xué)元件間主要是借用光學(xué)膠粘結(jié)而成，因此在加工制作方面會(huì)花費(fèi)工作人員大量的時(shí)間，且元件加工具有一定的難度。后者無需加工光學(xué)元件，無分立元件，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不易受外界環(huán)境因素的影響，抗振能力相對(duì)要強(qiáng)。光纖直接用焊接設(shè)備進(jìn)行熔接，在長(zhǎng)期運(yùn)行中的穩(wěn)定性較好。但是這種互感器的技術(shù)難度大，原理復(fù)雜。

（二） 基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)控設(shè)備

在測(cè)控系統(tǒng)中，其設(shè)計(jì)原則是面向?qū)ο笤瓌t。所謂面向?qū)ο笫窃跍y(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，以面向?qū)ο蟮木€路、電容器等電器安裝單位。換而言之，測(cè)控設(shè)計(jì)特點(diǎn)是“一對(duì)一”服務(wù)。一個(gè)模塊在測(cè)控系統(tǒng)中的功能與作用是完成電器設(shè)備的安裝。使各種保護(hù)系統(tǒng)和智能裝置在數(shù)據(jù)傳輸層面上保持一致性，并借此作為一個(gè)模塊的基本單元組成。各個(gè)模塊在原則上是相互獨(dú)立，互不影響，但是各個(gè)模塊中的單元成分處于一種相輔相成的關(guān)系。以基本單元作為研究對(duì)象，不僅可以提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，還可以提高整個(gè)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

（三） 以太網(wǎng)交換機(jī)

變電站自動(dòng)化系統(tǒng)包括光纖系統(tǒng)和基本通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以網(wǎng)絡(luò)作為變電站自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的設(shè)備之一。因此變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)與管理要以以太網(wǎng)交換機(jī)作為關(guān)鍵部件。根據(jù)IEC61850規(guī)定要求，對(duì)于變電站系統(tǒng)而言，其總線數(shù)據(jù)傳輸延遲時(shí)間不得小于4ms。以這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)作為依據(jù)，未來計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)對(duì)太網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是以一層以太網(wǎng)系統(tǒng)作為關(guān)鍵部件，未來將會(huì)由一層太網(wǎng)系統(tǒng)改造成兩層太網(wǎng)系統(tǒng)。第一層作為變電站總線，采用100MBps交換機(jī)作為相關(guān)要求。過程總線穿插在第二層。根據(jù)IEC61850規(guī)則要求，需要把過程總線分成兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)處理龐大的數(shù)據(jù)信息。一是IEC6185091，用來保護(hù)系統(tǒng)和設(shè)備的安全性。

三、結(jié)語(yǔ)

實(shí)現(xiàn)變電站的數(shù)字化改造和自動(dòng)化改造是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。相較于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家而言，我國(guó)對(duì)于變電站的數(shù)字化設(shè)備研究和技術(shù)還不夠成熟，從真正意義上實(shí)現(xiàn)數(shù)字化產(chǎn)品只是占一小部分。這就需要引入國(guó)外先進(jìn)理論和相關(guān)技術(shù)，從真正意義上為建設(shè)智能變電站奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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