淺析數(shù)字化變電站技術(shù)

淺析數(shù)字化變電站技術(shù)隨著智能化電氣氣設(shè)備的發(fā)展展，特別是智智能化開關(guān)、光光電式互感器器等機電一體體化設(shè)備的出出現(xiàn)，數(shù)字化化變電站從理理論變?yōu)楝F(xiàn)實實，一個數(shù)字字化變電站時時代即將來臨臨。該文主要要從數(shù)字化變變電站自動化化系統(tǒng)的技術(shù)術(shù)特征、系統(tǒng)統(tǒng)組成、網(wǎng)絡(luò)絡(luò)結(jié)構(gòu)及應(yīng)用用中存在的問問題等幾個方方面進行論述述。關(guān)鍵字：數(shù)字化化變電站光電/電子式互感感器IECC618500變電站自動化技技術(shù)的發(fā)展直直接表現(xiàn)為變變電站自動化系統(tǒng)結(jié)結(jié)構(gòu)的變遷，從從集中式到分分層分布式。廠廠站自動化技術(shù)在在結(jié)構(gòu)上增強強了變電站自動化系統(tǒng)功功能的同時，提提高了系統(tǒng)的的實時性、可可靠性、可擴擴展性和靈活活性，基本達(dá)達(dá)到了節(jié)省投投資、簡化維維護等目的。數(shù)數(shù)字化變電站的系統(tǒng)統(tǒng)結(jié)構(gòu)繼承并并發(fā)展了分層層分布式變電電站結(jié)構(gòu)的特特點，同時隨隨著電子式互互感器、智能能開關(guān)技術(shù)的的應(yīng)用，使得得數(shù)字化變電電站的系統(tǒng)結(jié)結(jié)構(gòu)又有了不不同于常規(guī)變變電站的革命命性變化，也也呈現(xiàn)了與常常規(guī)變電站迥異的的鮮明的技術(shù)術(shù)特征。1數(shù)字化化變電站的技術(shù)術(shù)特征各類數(shù)據(jù)從從源頭實現(xiàn)數(shù)數(shù)字化，真正正實現(xiàn)信息集集成、網(wǎng)絡(luò)通通信、數(shù)據(jù)共共享。在電流流、電壓的采采集環(huán)節(jié)采用用數(shù)字化電氣氣測量系統(tǒng)，如如光電/電子式互感感器，實現(xiàn)了了電氣量數(shù)據(jù)采采集的數(shù)字化化應(yīng)用，并為為實現(xiàn)常規(guī)變變電站裝置冗冗余向信息冗冗余的轉(zhuǎn)變，為為實現(xiàn)信息集集成化應(yīng)用提提供了基礎(chǔ)。打打破常規(guī)變電電站的監(jiān)視、控控制、保護、故故障錄波、量量測與計量等等幾乎都是功功能單一、相相互獨立的裝裝置的模式，改改變了硬件重重復(fù)配置、信信息不共享、投投資成本大的的局面。數(shù)字字化變電站使得原原來分散的二二次系統(tǒng)裝置置，具備了進進行信息集成成和功能合理理優(yōu)化、整合合的基礎(chǔ)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更更加緊湊，數(shù)數(shù)字化電氣量監(jiān)測系系統(tǒng)具有體積積小、重量輕輕等特點，可可以有效地集集成在智能開開關(guān)設(shè)備系統(tǒng)統(tǒng)中，按變電電站機電一體體化設(shè)計理念念進行功能優(yōu)優(yōu)化組合和設(shè)設(shè)備布置。系統(tǒng)建模實實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，IEC661850確立了電力系統(tǒng)的建建模標(biāo)準(zhǔn)，為為變電站自動化系統(tǒng)定定義了統(tǒng)一的的、標(biāo)準(zhǔn)的信信息模型和信信息交換模型型，實現(xiàn)智能能設(shè)備的互操操作，實現(xiàn)變變電站信息共共享。對一、二二次設(shè)備進行行統(tǒng)一建模，資資源采用全局局統(tǒng)一命名規(guī)規(guī)則，變電站內(nèi)及變電站與控制中心之間間實現(xiàn)了無縫縫通信，從而而簡化系統(tǒng)維維護、配置和和工程實施。設(shè)備實現(xiàn)廣廣泛在線監(jiān)測測，使得設(shè)備備狀態(tài)檢修更更加科學(xué)可行行。在數(shù)字化化變電站中，可可以有效地獲獲取電網(wǎng)運行狀態(tài)態(tài)數(shù)據(jù)、各種種智能電子裝裝置IED(IIntellligenttElecctroniicDeviice)的故障和動動作信息及信信號回路狀態(tài)態(tài)。數(shù)字化變變電站中將幾幾乎不再存在在未被監(jiān)視的的功能單元，在在設(shè)備狀態(tài)特特征量的采集集上沒有盲區(qū)區(qū)。設(shè)備檢修修策略可以從從常規(guī)變電站設(shè)備的“定期檢修”變成“狀態(tài)檢修”，這將大大大提高系統(tǒng)的的可用性。2數(shù)字化化變電站的系統(tǒng)統(tǒng)組成數(shù)字化變電電站是智能化化的一次設(shè)備備、網(wǎng)絡(luò)化的的二次設(shè)備在在IEC622850通信協(xié)議技技術(shù)上分層構(gòu)構(gòu)建的，能夠夠?qū)崿F(xiàn)智能設(shè)設(shè)備間信息共共享和互操作作。下面分別別對三個組成成部分進行介介紹。圖1數(shù)字字化變電站自動化系統(tǒng)示示意圖2.1智能化化的一次設(shè)備備智能化的一一次設(shè)備包括括光電/電子式互感感器，智能化化斷路器等。光光電/電子式互感感器的最大特特點是可以輸輸出低壓模擬擬量和數(shù)字量量信號，直接接用于微機保保護和電子式式計量設(shè)備，適適應(yīng)電子系統(tǒng)統(tǒng)數(shù)字化、智智能化和網(wǎng)絡(luò)絡(luò)化的需要，由由于其動態(tài)范范圍比較大，能能同時適用于于測量和保護護兩種功能的的應(yīng)用。光電電/電子式互感感器具有良好好的絕緣性能能、較強的抗抗電磁干擾能能力、測量頻頻帶寬、動態(tài)態(tài)范圍大等特特點。智能化斷路路器由微機、電電力電子組成成執(zhí)行單元，代代替常規(guī)機械械結(jié)構(gòu)的輔助助開關(guān)和輔助助繼電器，實實現(xiàn)按電壓波波形控制跳、合合閘角度，精精確控制跳、合合閘時間，減減少暫態(tài)過電電壓幅值。檢檢測電網(wǎng)中斷斷路器開斷前前一瞬間的各各種工作狀態(tài)態(tài)信息，自動動選擇和調(diào)節(jié)節(jié)操動機構(gòu)以以及滅弧室狀狀態(tài)相適應(yīng)的的合理工作條條件，以改變變現(xiàn)有斷路器器的單一分閘閘特性。在輕輕載時以較低低的分閘速度度開斷，而在在系統(tǒng)故障時時又以較高的的分閘速度開開斷等，這樣樣就可獲得開開斷時電氣和和機構(gòu)性能上上的最佳開斷斷效果。斷路路器設(shè)備的信信息由設(shè)備內(nèi)內(nèi)微機直接處處理，并獨立立執(zhí)行當(dāng)?shù)毓δ?，而不依依賴于變電站站級的控制系系統(tǒng)。2.2變變電站內(nèi)的二二次設(shè)備變電站內(nèi)的的二次設(shè)備，如如繼電保護裝裝置、測量控控制裝置、防防誤閉鎖裝置置、遠(yuǎn)動裝置置、故障錄波波裝置及正在在發(fā)展中的在在線狀態(tài)監(jiān)測測裝置，全部部基于標(biāo)準(zhǔn)化化、模塊化的的微處理器設(shè)設(shè)計制造，二二次設(shè)備不再再出現(xiàn)常規(guī)功功能裝置重復(fù)復(fù)的I/O現(xiàn)場接口，它它們之間的連連接全部采用用高速的網(wǎng)絡(luò)絡(luò)通信，并且且通過網(wǎng)絡(luò)真真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)據(jù)共享、資源源共享。2.3IIEC611850IEC661850是國際電工工委員會TC57工作組制定定的《變電站站通信網(wǎng)絡(luò)和和系統(tǒng)》系列列標(biāo)準(zhǔn)，它是是基于網(wǎng)絡(luò)通通信平臺的變變電站自動化化系統(tǒng)唯一的的國際標(biāo)準(zhǔn)，它它不僅規(guī)范保保護測控裝置置的模型和通通信接口，而而且還定義了了數(shù)字式TA、TV、智能式開開關(guān)等一次設(shè)設(shè)備的模型和和通信接口。它它將變電站通通信體系分為為3層：變電站站層、間隔層層、過程層。在在變電站層和和間隔層之間間的網(wǎng)絡(luò)采用用抽象通信服服務(wù)接口映射射到制造報文文規(guī)范(MMS)、傳輸控制制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議(TCP//IP)以太網(wǎng)或光光纖網(wǎng)。在間間隔層和過程程層之間的網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)采用單點點向多點的單單向傳輸以太太網(wǎng)。變電站站內(nèi)的智能電電子設(shè)備(IED，測控單元元和繼電保護護)均采用統(tǒng)一一的協(xié)議,通過網(wǎng)絡(luò)進進行信息交換換。該標(biāo)準(zhǔn)通過過對變電站自自動化系統(tǒng)中中的對象統(tǒng)一一建模，采用用面向?qū)ο蠹技夹g(shù)和獨立于于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的的抽象通信服服務(wù)接口，增增強了設(shè)備之之間的互操作作性，可以在在不同廠家的的設(shè)備之間實實現(xiàn)無縫連接接。它解決了了變電站自動動化系統(tǒng)產(chǎn)品品的互操作性性和協(xié)議轉(zhuǎn)換換問題。采用用該標(biāo)準(zhǔn)還可可使變電站自自動化設(shè)備具具有自描述、自自診斷和即插插即用的功能能，極大的方方便了系統(tǒng)的的集成，降低低了變電站自自動化系統(tǒng)的的工程費用。在在我國采用該該標(biāo)準(zhǔn)系列將將大大提高變變電站自動化化系統(tǒng)的技術(shù)術(shù)水平，提高高變電站自動動化系統(tǒng)安全全穩(wěn)定運行水水平，節(jié)約檢檢修維護的人人力物力、實實現(xiàn)完全的互互操作性。3數(shù)字化化變電站的網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)根據(jù)IECC618500通信協(xié)議定定義，數(shù)字化化變電站自動動化系統(tǒng)分為為三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)結(jié)構(gòu)。這三個個層次分別稱稱為“過程層”、“間隔層”、“站控層”。各層次內(nèi)內(nèi)部及層次之之間采用高速速網(wǎng)絡(luò)通信，通通信媒介為網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)線或光纖纖，見圖1。3.1過過程層過程層是一一次設(shè)備與二二次設(shè)備的結(jié)結(jié)合面，或者者說過程層是是指智能化電電氣設(shè)備的智智能化部分。過過程層的主要要功能分三類類：電力運行行實時的電氣氣量檢測;運行設(shè)備的的狀態(tài)參數(shù)檢檢測;操作控制執(zhí)執(zhí)行與驅(qū)動。電電力運行的實實時電氣量檢檢測，主要包包括電流和電電壓幅值、相相位以及諧波波分量的檢測測，與常規(guī)方方式相比所不不同的是傳統(tǒng)統(tǒng)的電磁式互互感器被光電電/電子式互感感器取代，傳傳統(tǒng)模擬量被被直接采集數(shù)數(shù)字量所取代代。運行設(shè)備的的狀態(tài)參數(shù)在在線監(jiān)測與統(tǒng)統(tǒng)計，變電站站需要進行狀狀態(tài)參數(shù)檢測測的設(shè)備主要要有變壓器、斷斷路器、隔離離開關(guān)、母線線、電容器、電電抗器以及直直流電源系統(tǒng)統(tǒng)。在線檢測測的內(nèi)容主要要有溫度、壓壓力、密度、絕絕緣、機械特特性以及工作作狀態(tài)等數(shù)據(jù)據(jù)。操作控制制的執(zhí)行與驅(qū)驅(qū)動包括變壓壓器分接頭調(diào)調(diào)節(jié)控制，電電容、電抗器器投切控制，斷斷路器、隔離離開關(guān)合分控控制，直流電電源充放電控控制。3.2間間隔層間隔層設(shè)備備的主要功能能是：匯總本本間隔過程層層實時數(shù)據(jù)信信息，實施對對一次設(shè)備保保護控制功能能，和本間隔隔操作閉鎖、操操作同期及其其他控制功能能;對數(shù)據(jù)采集集、統(tǒng)計運算算及控制命令令的發(fā)出具有有優(yōu)先級別的的控制;承上啟下的的通信功能，即即同時高速完完成與過程層層及站控層的的網(wǎng)絡(luò)通信功功能。必要時時，上下網(wǎng)絡(luò)絡(luò)接口具備雙雙口全雙工作作方式，以提提高信息通道道的冗余度，保保證網(wǎng)絡(luò)通信信的可靠性。3.3站站控層站控層設(shè)備備的主要功能能是：通過兩兩級高速網(wǎng)絡(luò)絡(luò)匯總?cè)镜牡膶崟r數(shù)據(jù)信信息，不斷刷刷新實時數(shù)據(jù)據(jù)庫，按時登登錄歷史數(shù)據(jù)據(jù)庫;按既定規(guī)約約將有關(guān)數(shù)據(jù)據(jù)信息送向調(diào)調(diào)度或控制中中心;接收調(diào)度或或控制中心有有關(guān)控制命令令并轉(zhuǎn)間隔層層、過程層執(zhí)執(zhí)行;具有在線可可編程的全站站操作閉鎖控控制功能;具有站內(nèi)當(dāng)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控，人人機聯(lián)系功能能，如顯示、操操作、打印、報報警、圖像、聲聲音等多媒體體功能;具有對間隔隔層、過程層層諸設(shè)備的在在線維護、在在線組態(tài)、在在線修改參數(shù)數(shù)的功能。4數(shù)字化變電電站應(yīng)用中存存在的問題目前光電//電子式互感感器的生產(chǎn)廠廠家數(shù)量有限限，產(chǎn)品可選選型號相對較較少，部分高高電壓等級的的電流互感器器變比較大，不不能滿足現(xiàn)場場運行需要。如如內(nèi)蒙古220kkV杜爾伯特數(shù)數(shù)字化變電站，線路路電流互感器器變比為1200//5，為滿足現(xiàn)現(xiàn)場實際需要要，只能在合合并器(作用是將各各電流互感器器傳回的電流流數(shù)據(jù)和由電電壓互感器傳傳來的電壓數(shù)數(shù)據(jù)處理后打打包輸出，供供各保護和測測控裝置使用用)上采用軟件件的方法修改改變比，使得得TA的輸出精度度可能無法滿滿足要求，給給變電站的計量量、保護都帶帶來一定的負(fù)負(fù)面影響。由于光電//電子式互感感器本身的結(jié)結(jié)構(gòu)特點和工工作方式，導(dǎo)導(dǎo)致互感器的的角差、比差差現(xiàn)場試驗難難以進行，甚甚至極性試驗驗也無法開展展，只能等到到設(shè)備投運帶帶電后，才能能檢驗接線的的準(zhǔn)確性。另另外，光電/電子式互感感器的局放試試驗、伏安特特性試驗的試試驗方法和標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)也與常規(guī)規(guī)設(shè)備有很大大的區(qū)別，這這都需要設(shè)備備廠家和運行行主管單位專專門制定。數(shù)字化變電電站保護校驗驗相對復(fù)雜，在在變電站運行的的條件下對部部分間隔保護護校驗的難度度很大，目前前的常規(guī)繼電電保護校驗裝裝置無法提供供數(shù)字化保護護所需的電流流量和電壓量量，因為電流流量和電壓量量必須經(jīng)過合合并器才能進進入保護裝置置，而要完成成試驗必須自自帶合并器提提供模擬試驗驗中的電流量量和電壓量，要要完成母差保保護這類需要要大量電流電電壓量的保護護校驗便顯得得尤為困難。IEC661850通信協(xié)議本本身并未對變變電站網(wǎng)絡(luò)系系統(tǒng)的安全性性做任何規(guī)定定，同時協(xié)議議本身的開放放性和標(biāo)準(zhǔn)性性給變電站的網(wǎng)絡(luò)絡(luò)安全帶來重重大隱患。要要做到二次系系統(tǒng)信息的保保密性、完整整性、可用性性和確定性，符符合二次系統(tǒng)統(tǒng)安全防護的的要求，是自自動化廠家仍仍需考慮和完完善的技術(shù)環(huán)環(huán)節(jié)。雖然目目前已投運的的變電站采取了了防火墻、分分層分區(qū)隔離離等手段進行行防護，但防防護的效果仍仍有待時間的的考驗。5結(jié)束語語國內(nèi)已有數(shù)數(shù)個數(shù)字化變變電站順利投投運，運行時時間最長的已已近兩年，總總的來看設(shè)備備運行平穩(wěn)，各各類數(shù)據(jù)采集集、傳輸無誤誤，保護和自自動裝置動作作正常，至少少可以說明數(shù)數(shù)字化變電站的技術(shù)術(shù)運用到實際際中已初步通通過實踐的檢檢驗，滿足了了安全、穩(wěn)定定的系統(tǒng)運行行要求。但同同時數(shù)字化變變電站經(jīng)過更更長時間的運運行，肯定會會出現(xiàn)除本文文提到的其他他的更多的各各種各樣的問問題，還有待待各專業(yè)研究究機構(gòu)和有能能力的廠家進進一步深入研研究和解決。