智能變電站二次系統(tǒng)改進(jìn)及發(fā)展

楊文成 王儀軒 洪立強(qiáng)

摘 要：隨著時(shí)代前進(jìn)的步伐，我國的智能化技術(shù)水平日益提升。智能化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，推動(dòng)了電網(wǎng)的發(fā)展。分析目前智能變電站二次系統(tǒng)的組成和應(yīng)用情況，確定將改進(jìn)測控、保護(hù)裝置，智能終端，信息一體化平臺等方面作為革新二次系統(tǒng)的方案，并將該方案在實(shí)際情況中應(yīng)用，同時(shí)提出二次系統(tǒng)的發(fā)展方向，為智能變電站二次系統(tǒng)革新和應(yīng)用提供參照。

關(guān)鍵詞：智能變電站；二次系統(tǒng)；改進(jìn)；發(fā)展

中圖分類號：TM91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）31-0138-02

Abstract： With the advance of the times， the level of intelligent technology in our country has been improved. The wide application of intelligent technology in power system has promoted the development of power grid. Based on the analysis of the composition and application of the secondary system in intelligent substation， it is determined that the improvement of measurement and control and protection devices， intelligent terminals， information integration platform and so on will be taken as the scheme to renovate the secondary system， and this scheme will be applied in the actual situation. At the same time， the development direction of secondary system is put forward， which provides reference for the innovation and application of secondary system in intelligent substation.

Keywords： intelligent substation； secondary system； improvement； development

智能變電站二次系統(tǒng)功能豐富，在變電站系統(tǒng)中扮演著舉足輕重的角色，它將多種設(shè)備的大量監(jiān)測數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、分類、計(jì)算，這些功能很好地提升了供電系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，所以智能變電站二次系統(tǒng)是智能變電站的中樞和核心，它的運(yùn)行狀況決定著電網(wǎng)的健康狀況?，F(xiàn)對智能變電站二次系統(tǒng)的改進(jìn)方法進(jìn)行淺析。

1 背景介紹

電力系統(tǒng)中大部分大面積停電事故都與二次系統(tǒng)有著直接或間接的關(guān)系。例如，2003年北美東北部“8.14”大面積停電事故，先是一條345kV線路發(fā)生故障跳閘，調(diào)控中心沒有監(jiān)視到該線路的故障狀態(tài)，導(dǎo)致設(shè)備狀態(tài)估計(jì)不準(zhǔn)確，緊接著又有3條345kV線路先后跳閘，但因?yàn)檎{(diào)控中心的監(jiān)控機(jī)故障，監(jiān)控人員沒有及時(shí)采取正確的應(yīng)急措施，導(dǎo)致主要線路跳閘，造成連鎖反應(yīng)，因?yàn)橄到y(tǒng)的潮流發(fā)生改變，導(dǎo)致保護(hù)誤判，擴(kuò)大了停電范圍，最終導(dǎo)致事故總損失負(fù)荷高達(dá)61800MW，近500萬人口的生產(chǎn)與生活受到極大程度的影響；2005海南省玉洲側(cè)某條線路保護(hù)拒動(dòng)致使故障線路未能及時(shí)跳開，繼而導(dǎo)致越級跳閘，最終導(dǎo)致電網(wǎng)全面崩潰，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失；2006年西歐“11.4”大面積停電事故，因?yàn)槔^電保護(hù)裝置整定值不一致導(dǎo)致事故發(fā)生；2012年發(fā)生的有史以來影響范圍最廣、影響人口最多的印度“7.30”、“7.31”大面積停電事故，根據(jù)事故報(bào)告顯示，兩次事故過程中，保護(hù)裝置動(dòng)作不正確是導(dǎo)致事故連續(xù)發(fā)展的直接原因。由此得出，如果二次系統(tǒng)動(dòng)作不正確，尤其是二次系統(tǒng)誤動(dòng)作，將會(huì)增加故障的嚴(yán)重性。

2 概述

2.1 智能電網(wǎng)

電是基本能源，居民生活需要用電，生產(chǎn)要用電，社會(huì)的發(fā)展更需要用電。目前，國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，生活、生產(chǎn)和社會(huì)步入了電氣化時(shí)代。變電站可以變換電壓，接收并分配電能，同時(shí)控制電流流向和調(diào)整電壓，它作為輸電和配電的集結(jié)點(diǎn)，通過變壓器聯(lián)系各電壓等級電網(wǎng)，所以，變電站在優(yōu)化電網(wǎng)、安全穩(wěn)定地供輸電能方面起著非常重要的作用。目前，伴隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國電力發(fā)展迅速，不斷更新電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，不斷加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)，不斷提高電力設(shè)備技術(shù)，在這個(gè)大環(huán)境下，保障電力系統(tǒng)能夠安全、穩(wěn)定地傳輸、分配電能，是目前電力員工的研究方向，如何延長電力系統(tǒng)的使用壽命和周期，提高管理自動(dòng)化水平，也成為主要的研究課題。在傳統(tǒng)變電站的二次系統(tǒng)中，重復(fù)采集信息、運(yùn)行維護(hù)投資大、相關(guān)制度不太規(guī)范、保護(hù)裝置誤動(dòng)、拒動(dòng)等問題普遍存在，在這種電力情況下，以設(shè)備智能化、信息傳輸網(wǎng)絡(luò)化、信息模型及通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化為特點(diǎn)的由廣域保護(hù)系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及廣域監(jiān)控系統(tǒng)融合成的復(fù)雜的一體化的智能變電站二次系統(tǒng)已是必然的趨勢，這指明了未來電力系統(tǒng)的發(fā)展方向，同時(shí)新設(shè)備、新資源的理念也得以廣泛實(shí)施。

2.2 智能變電站系統(tǒng)

運(yùn)行設(shè)備在智能化的基礎(chǔ)上，對自己進(jìn)行管理和監(jiān)控，自我管理和監(jiān)控能從根本上保證供電系統(tǒng)的安全可靠，同時(shí)，自動(dòng)識別系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)、在線故障預(yù)警這些功能，是當(dāng)前智能系統(tǒng)運(yùn)行的核心。當(dāng)前，智能的一、二次設(shè)備，自動(dòng)化管理的通信系統(tǒng)以及相應(yīng)的管理工序是變電站運(yùn)維管理最基本的管理措施和應(yīng)用方式。伴隨著不斷發(fā)展的科學(xué)技術(shù)，智能變電站技術(shù)也日趨成熟，為目前智能電網(wǎng)的發(fā)展提供保障。

3 智能變電站二次系統(tǒng)應(yīng)用

目前智能電網(wǎng)的發(fā)展過程中，智能變電站二次系統(tǒng)是分層分布式結(jié)構(gòu)，整體分為三層，包括站控層、過程層和設(shè)備層，它與非常規(guī)互感器、繼電保護(hù)裝置、測控裝置、報(bào)文記錄裝置、故障錄波裝置、合并單元、智能終端、應(yīng)用服務(wù)器、實(shí)時(shí)采集終端、非實(shí)時(shí)采集終端、同步向量測量裝置和電能量采集終端等元件共同運(yùn)行，這一套系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)各種信息交換。而傳統(tǒng)的變電站運(yùn)行時(shí)各方面都存在局限性，在運(yùn)行期間不系統(tǒng)、不統(tǒng)一，控制流程也不完善，在管理工作的理念和流程方面存在著不足，這是影響二次系統(tǒng)運(yùn)行的消極因素，在一定程度上影響供電可靠性。智能變電站作為電網(wǎng)的基礎(chǔ)，承擔(dān)著上級控制中心所需數(shù)據(jù)的采集，同時(shí)完成上級控制中心發(fā)出的命令。作為智能電網(wǎng)的核心要素，智能變電站是智能電網(wǎng)的基石，它把一、二次設(shè)備智能化、信息傳輸數(shù)字化作為改進(jìn)目標(biāo)，把加快信息傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)作為技術(shù)支撐，統(tǒng)一通信模型，共享全局實(shí)時(shí)信息，完成全站范圍內(nèi)的測量監(jiān)視、信息管理、保護(hù)控制等自動(dòng)化功能。

4 智能變電站二次系統(tǒng)改進(jìn)

4.1 測控保護(hù)改進(jìn)

傳統(tǒng)的變電站中，保護(hù)裝置與測控裝置是相互獨(dú)立的，而智能變電站的建立是基于IEC61850體系，由此實(shí)現(xiàn)了信息共享網(wǎng)絡(luò)化和標(biāo)準(zhǔn)化，在這個(gè)技術(shù)條件下，保護(hù)裝置和測控裝置實(shí)現(xiàn)了共享實(shí)時(shí)信息，為成立一體化平臺奠定良好的基礎(chǔ)。測控單元基于測控保護(hù)實(shí)現(xiàn)了雙重化配置。保護(hù)測控裝置將收集到很多不同來源的系統(tǒng)鏈路信息，這時(shí)，自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)合并、篩選多重化信號。

4.2 智能終端改進(jìn)

智能終端是智能變電站二次系統(tǒng)的主要設(shè)備，智能終端在一次設(shè)備和二次系統(tǒng)間起到紐帶作用，智能終端重組從二次轉(zhuǎn)換器采集的電流和電壓數(shù)據(jù)，并將重組的數(shù)據(jù)傳遞到保護(hù)測控裝置。智能終端接收斷路器和隔離開關(guān)等一次設(shè)備發(fā)出的位置信號，還有提示其他相關(guān)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的信號等，它還能夠?qū)崿F(xiàn)分相跳閘、重合閘三相跳閘和遙控分合等GOOSE指令。

4.3 構(gòu)建一體化信息平臺

傳統(tǒng)變電站通過單一設(shè)備完成數(shù)據(jù)采集和邏輯判斷，所以需要不同設(shè)備或不同的系統(tǒng)配置來實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置、測控裝置、電能量采集裝置、同步相量測量裝置、行波測距裝置等功能。而智能變電站通過共享信息，實(shí)現(xiàn)了站與調(diào)控中心、站與站、站與用戶間的信息交換，最終實(shí)現(xiàn)了綜合一體化信息平臺。

4.4 故障錄波與網(wǎng)絡(luò)記錄分析應(yīng)用

目前，智能變電站由網(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄裝置和故障錄波裝置相互配合來記錄故障，網(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄裝置主要是建立原始報(bào)文記錄，故障錄波裝置主要是記錄原始報(bào)文記錄，從而實(shí)現(xiàn)記錄和診斷一次設(shè)備異常數(shù)據(jù)，當(dāng)站內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，綜合分析二者采集到的故障數(shù)據(jù)，能夠更準(zhǔn)確地分析出故障原因。網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的預(yù)警記錄和暫態(tài)錄波信息通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源，不但節(jié)約了變電站內(nèi)的屏柜空間，而且實(shí)現(xiàn)了暫態(tài)錄波與原始報(bào)文數(shù)據(jù)的分析對比，報(bào)文記錄子系統(tǒng)記錄了過去發(fā)生的異常報(bào)文日志，這些歷史數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)提取，這樣就建立了原始報(bào)文數(shù)據(jù)與暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)之間的索引關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了對比數(shù)據(jù)后對數(shù)據(jù)的綜合分析。

5 智能變電站二次系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

IEC61850體系中，智能變電站二次系統(tǒng)由過程層、間隔層、站控層組成，過程層設(shè)備與間隔層設(shè)備通過過程層網(wǎng)絡(luò)保持信息流暢，間隔層設(shè)備與站控層設(shè)備以站控層網(wǎng)絡(luò)為中介保持通信暢通，從而形成了智能變電站的三層設(shè)備、兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。過程層設(shè)備與一次設(shè)備直接連接。它實(shí)現(xiàn)了與一次設(shè)備在一定程度上的集成，所以需要站控層設(shè)備就地化配置。過程層設(shè)備將一次設(shè)備信息數(shù)字化后傳遞給二次系統(tǒng)。過程層設(shè)備與間隔層設(shè)備的信息交換以過程層總線為媒介，同時(shí)通過GPS保持全系統(tǒng)的時(shí)鐘同步。間隔層設(shè)備包括保護(hù)、測控、報(bào)文記錄及故障錄波、安全自動(dòng)、電能表等裝置。其主要實(shí)現(xiàn)保護(hù)、控制等功能；實(shí)現(xiàn)匯總采集到的實(shí)時(shí)信息功能；完成操作聯(lián)閉鎖功能；完成和過程層、站控層間網(wǎng)絡(luò)通信的功能；實(shí)現(xiàn)承上啟下的數(shù)據(jù)通信功能。間隔層網(wǎng)絡(luò)作為橋梁使間隔層設(shè)備間達(dá)到信息共享，在此過程中將各種功能分布于過程層內(nèi)，達(dá)到資源的優(yōu)化配置。站控層設(shè)備包括應(yīng)用服務(wù)器、實(shí)時(shí)采集終端、非實(shí)時(shí)采集終端、同步相量測量裝置和電能量采集終端，其主要匯集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)庫，將數(shù)據(jù)定時(shí)存入歷史數(shù)據(jù)記錄庫，并按照要求給調(diào)度端和各級中心輸送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，同時(shí)間隔層與過程層接收調(diào)控中心命令，對相關(guān)設(shè)備參數(shù)進(jìn)行修改及維護(hù)。

6 結(jié)束語

智能變電站搭建了共享全站信息的數(shù)字化平臺，通過智能化的一次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集、整理、分析各類設(shè)備海量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，從根本上提升變電站的自動(dòng)化水平。智能變電站與傳統(tǒng)綜自變電站相比發(fā)生很大的變化，在電網(wǎng)發(fā)展中具有很大優(yōu)勢，但目前智能變電站存在例如智能化一次設(shè)備配套方面的滯后、設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測功能實(shí)用性、可靠性等方面存在不足等問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]倪敬敏，何光宇，等.美國智能電網(wǎng)評估綜述[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010，8（04）：67-69.

[2]高翔.智能變電站技術(shù)[M].中國電力出版社，2012.

[3]周和.智能變電站的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用[D].北京：華北電力大學(xué)，2011.

[4]張躍麗.智能變電站二次系統(tǒng)可靠性及相關(guān)問題研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2013.

[5]曾樂宏.智能變電站的可靠性分析研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2015.

[6]關(guān)曉東.智能變電站二次系統(tǒng)優(yōu)化以及應(yīng)用研究[Z].哈爾濱電氣集團(tuán)阿城繼電器有限責(zé)任公司，2013（7）.

[7]鄭煜.基于IEC61850智能變電站數(shù)據(jù)分析關(guān)鍵技術(shù)研究[D].華北電力大學(xué)，2014.