數(shù)字化變電站的技術(shù)應(yīng)用分析

數(shù)字化變電站的技術(shù)應(yīng)用分析 【摘 要】目前很難對(duì)數(shù)字化變電站進(jìn)行確切定義，大家普遍認(rèn)為，“數(shù)字化”貫穿變電站自動(dòng)化的始終，“數(shù)字化變電站”是變電站自動(dòng)化發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)階段。數(shù)字化變電站是智能電網(wǎng)的物理基礎(chǔ)，也是高級(jí)調(diào)度中心的信息采集和命令執(zhí)行單元，其將成為今后電力發(fā)展的主流。主要分析了數(shù)字化變電站的概念和特點(diǎn)，并詳細(xì)介紹了其關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)應(yīng)用。 【關(guān)鍵詞】數(shù)字化變電站 特點(diǎn) 關(guān)鍵技術(shù) 應(yīng)用 1 數(shù)字化變電站的概念 “數(shù)字化變電站”是變電站自動(dòng)化發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)階段，具有智能化的一次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備、自動(dòng)化的運(yùn)行管理系統(tǒng)、符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)等技術(shù)特征。基于這些特征，業(yè)界對(duì)數(shù)字化變電站在現(xiàn)階段的定義如下：數(shù)字化變電站是以變電站一、二次設(shè)備為數(shù)字化對(duì)象，以高速網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)數(shù)字化信息進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)信息共享和互操作，并以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)、數(shù)據(jù)管理等功能，滿足安全穩(wěn)定、建設(shè)經(jīng)濟(jì)等現(xiàn)代化建設(shè)要求的變電站。 2 數(shù)字化變電站的特點(diǎn) （1）一次設(shè)備智能化。采用智能型斷路器、變壓器、隔離開(kāi)關(guān)以及其它數(shù)字化輔助設(shè)備，以電子式電流/電壓互感器替代傳統(tǒng)的電磁式互感器，直接向外提供數(shù)字式光纖以太網(wǎng)接口。一次設(shè)備和二次設(shè)備間用光纖傳輸數(shù)字編碼信息的方式交換采樣值、狀態(tài)量、控制命令等信息。（2）二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化。二次設(shè)備除傳統(tǒng)數(shù)字式設(shè)備的特點(diǎn)外，還具備對(duì)外光纖網(wǎng)絡(luò)通信接口，信號(hào)傳輸介質(zhì)用光纖以太網(wǎng)代替控制電纜，通信規(guī)約統(tǒng)一采用IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備的信息共享、互操作和功能的靈活配置。（3）運(yùn)行管理系統(tǒng)自動(dòng)化。現(xiàn)在我國(guó)變電站已基本普及綜自系統(tǒng)，監(jiān)控、保護(hù)、自動(dòng)安全裝置等二次設(shè)備基本采用數(shù)字技術(shù)，在此基礎(chǔ)上采用自動(dòng)故障分析、設(shè)備健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)和程序化控制等系統(tǒng)，進(jìn)一步提高站內(nèi)設(shè)備的互操作性、信號(hào)的光纖傳輸、網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)的信息共享等方面的自動(dòng)化管理水平。減少運(yùn)行維護(hù)的難度和工作量。 3 關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用 3.1 IEC61850標(biāo)準(zhǔn) IEC61850是國(guó)際電工委員會(huì)TC57工作組制定的變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)系列標(biāo)準(zhǔn)，是基于網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)唯一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)按照變電站自動(dòng)化系統(tǒng)所要完成的控制、監(jiān)視和保護(hù)三大功能提出了變電站內(nèi)功能分層的概念：無(wú)論從邏輯關(guān)系上還是從物理結(jié)構(gòu)上都將變電站的功能分為3層，即變電站層、間隔層和過(guò)程層。 變電站層包括監(jiān)控主機(jī)、操作員工作站、維護(hù)工程師站等，其主要功能是為變電站提供運(yùn)行、管理、工程配置的界面，并記錄變電站內(nèi)所有相關(guān)信息；遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)，其功能是將變電站內(nèi)信息應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約和遠(yuǎn)動(dòng)通道，實(shí)現(xiàn)變電站信息向監(jiān)控中心遠(yuǎn)傳，并實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心遠(yuǎn)方控制；保護(hù)信息子站，主要采集變電站內(nèi)各種保護(hù)以及故障錄波信息，并向保護(hù)信息主站傳輸。遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)、保護(hù)信息子站與后臺(tái)系統(tǒng)之間相互獨(dú)立，互不影響。所有變電站層設(shè)備均采用100M工業(yè)以太網(wǎng)，并按照IEC61850通信規(guī)范進(jìn)行系統(tǒng)建模并進(jìn)行信息傳輸。 間隔層的功能是利用本間隔的數(shù)據(jù)對(duì)一次設(shè)備產(chǎn)生作用，如線路保護(hù)設(shè)備或間隔控制設(shè)備，間隔層主要包括保護(hù)測(cè)控裝置以及其他智能設(shè)備。針對(duì)采用GIS開(kāi)關(guān)設(shè)備的變電站，將保護(hù)、測(cè)控裝置下放至GIS控制柜，節(jié)省了傳統(tǒng)方式下一次開(kāi)關(guān)設(shè)備到保護(hù)控制二次設(shè)備間的大量電纜，間隔層設(shè)備對(duì)變電站層采用以太網(wǎng)通信方式。 過(guò)程層是IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中提出的新概念，其包括智能I/0單元、電子式互感器、智能一次設(shè)備、智能傳感器等，主要功能是實(shí)現(xiàn)各種電氣量的就地采集以及實(shí)現(xiàn)對(duì)智能一次設(shè)備的直接控制。 3.2非常規(guī)互感器 電子式電流電壓互感器具有絕緣簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、安全、線性度好、輸出信號(hào)可直接與數(shù)字化二次設(shè)備接口等優(yōu)點(diǎn)?；ジ衅饔傻凸β疏F芯線圈、空芯線圈、電容分壓器和傳感模塊等部分組成，互感器的輸出為數(shù)字光信號(hào)。 合并單元是聯(lián)系電子式互感器和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備之間的設(shè)備，用于對(duì)來(lái)自傳感模塊的各相電流電壓信號(hào)進(jìn)行時(shí)間相關(guān)性（同步）組合，并轉(zhuǎn)發(fā)給二次設(shè)備。合并單元可完成各相電流電壓的采樣同步控制。 傳感模塊到合并單元之間為光纖聯(lián)系，采用規(guī)約傳送，合并單元到二次設(shè)備之間可采用光纖點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行通訊或者光纖以太網(wǎng)，傳輸規(guī)約可采用工EC60044-8，IEC61850-9-1或IEC61850-9-2傳送。 與互感器相配套的合并單元同步處理電流電壓采樣的數(shù)字信號(hào)，輸入輸出路數(shù)可根據(jù)不同的應(yīng)用情況靈活配置。 數(shù)字式互感器接口的保護(hù)及測(cè)控系統(tǒng)雖然是新一代產(chǎn)品，但保護(hù)原理與已經(jīng)得到大量應(yīng)用的傳統(tǒng)保護(hù)相同，采樣取自合并單元的數(shù)字信號(hào)，而不再像傳統(tǒng)保護(hù)一樣由交流模塊模擬采樣。新一代保護(hù)測(cè)控裝置能夠滿足基于電子式互感器的數(shù)字化變電站的需要。 長(zhǎng)期以來(lái)，電力系統(tǒng)中一直使用傳統(tǒng)大功率電磁式電流互感器測(cè)量一次側(cè)電流，為二次計(jì)量及保護(hù)等設(shè)備提供電流信號(hào)。傳統(tǒng)的電磁式電流互感器的額定輸出信號(hào)為1A或SA。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，系統(tǒng)電壓越來(lái)越高，二次計(jì)量及保護(hù)設(shè)備趨于微機(jī)化，傳統(tǒng)的電流互感器已逐漸暴露其缺點(diǎn)：（1）當(dāng)CT變比較小時(shí)鐵芯面積會(huì)較大，且精度難以保證，應(yīng)用LPCT能顯著地縮小互感器體積并能保證精度；（2）動(dòng)態(tài)范圍小，當(dāng)電流較大時(shí)，CT會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，CT的飽和會(huì)影響二次保護(hù)設(shè)備正確識(shí)別故障；帶鐵心線圈的低功率電流互感器（LPCT）是常規(guī)感應(yīng)式電流互感器的發(fā)展。由于現(xiàn)代電子設(shè)備要求的輸入功率很低，LPCT可以為此實(shí)現(xiàn)體積較小但測(cè)量范圍卻較廣的設(shè)計(jì)方案。基于LPCT的新型電流互感器有體積小、動(dòng)態(tài)范圍大、精度高的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需添加附屬電子設(shè)備、二次設(shè)備改動(dòng)不大，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)小，所以在220kV以下的低電壓等級(jí)變電站中有著廣泛的應(yīng)用前景。LPCT新型電流互感器的二次額定輸出電流為200mA，試驗(yàn)證明，LPCT能夠在滿足精度的前提下提供更大的動(dòng)態(tài)范圍，并且顯著地縮小了互感器體積。 3.3智能斷路器 智能斷路器，指具有較高性能的開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備，配有電子設(shè)備、傳感器和執(zhí)行器，不僅具有開(kāi)關(guān)設(shè)備的基本功能，還具有附加功能，尤其在監(jiān)測(cè)和診斷方面。它將智能化傳感器技術(shù)、微處理技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)應(yīng)用于監(jiān)控回路的完好性和開(kāi)關(guān)的