数字化变电站自动化系统

作者：李鑫

来源：《科技资讯》 2011年第33期

李鑫

(杭州市电力局 杭州 310000)

摘 要:传统的变电站自动化系统虽然实现了变电站自动化和变电站无人值班,但是从操作性来说,电磁互感器的先天性缺陷和一次设备的智能化方面都存在问题,阻碍了数字化的实现。但是更显示出了数字化变电站自动化系统实现的主要意义。总而言之,数字化变电站自动化是变电站自动化发展的主要方向。

关键词:数字化 变电站 自动化系统

中图分类号:TM7 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)11(c)-0092-02

数字化变电站是国内电网的发展趋势。实现数字化变电站对于我国变电站的自动化运行和管理将带来深远的影响和变革,无论是在技术上还是在经济上都发挥出了其应用的作用。从技术方面而言,设备的退出次数和退出时间可以通过实现数字化变电站得以减少,不仅如此,数字化变电站自动化系统的实现还能够提高设备的使用率、提供系统的可靠性、减少投运时间、扩建自动化系统、提高工作效率;从经济上来看,信息在各个系统间的共享可以实现,这样有利于减少重复投资和建设,从而很好的节省了系统的建设成本。由此可见,数字化变电站自动化系统的开发能够实现技术和经济上的双赢。本文主要从数字化变电概念和特点、数字化变电站自动化系统的结构、数字化变电站自动化系统存在的问题进行了分析。

1 数字化变电站概述

1.1 数字化变电站概念

数字化变电站是由电子式互感器、智能化开关等智能化一次设备、网络化二次设备分层构建,建立在IEC61850通信规范基础上,能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。具体来说,数字化变电站是基于计算机技术、光电技术、微电子技术、信息技术、高速网络通信技术,以变电站一、二次设备为数字化对象,由电子式互感器、智能化一次设备、网络化二次设备分层构建,建立在IEC61850数据模型和通信规范基础上,能够实现数据采集、数据管理、数据通信、继电保护、测量控制、故障录波、设备诊断、计量计费等功能以及变电站内智能电气设备间的信息共享和互操作,具有高度的运行安全性、可靠性和智能化的现代化变电站。自从2006年开始我国南网第一座数字化变电站投入运行,到目前为止南网、国网共有数十座110kV、220kV、500kV数字化变电站投入运行,并制定了相应的技术规范。数字化变电站的主要一次设备和二次设备都应为智能设备。智能设备能够兼容其他设备,如果确实需要使用传统非智能设备,就必须对传统非智能设备进行改变,配置智能终端。图1是传统变电站与数字化变电站结构图的对比图。

1.2 数字化变电站特点

首先,智能化的一次设备。智能化的一次设备对信号回路的检测与操作驱动回路的控制是需要一定的技术和设备的支持,即广电技术和微处理器。传统的导线连接目前已经不能适应现在数字化变电站的需求,因此,其被数字控制器和数字公共信号网络所取代,也就是说,智能电子设备取代了变电站二次回路中常规的继电器和逻辑回路,而且光电数字信号和光纤取代了常规的强电模拟信号和控制电缆。这样智能化的一次设备就全部实现了,并且也能够付诸应用发挥其作用。一次设备智能化主要有以下功能:(1)在线监视功能。电、磁、温度、开关机械、机构动作;(2)智能控制功能。最佳开断、定相位合闸、定相位分闸、顺序控制。其次,二次设备网络化。二次设备网络化能够构建通信网络分层,能够适应电子互感器的应用,能够适应IEC61850的需要,能够适应智能化一次设备的需要。再次,站内通信光纤化。变电站内所有智能设备之间的通信全部采用光纤,光纤通信替代二次电缆和取消屏间连接,包括PT/CT量的采集和变换。光纤通信具有很多优势,例如,光纤通信能够在很大程度上降低造价、增强抗电磁干扰能力以及简化施工工艺。第四,变电站运行管理自动化。变电站运行管理自动化的实施,使得电力系统在生产使,所用记录的数据和状态实现了电子化,即无纸化;并且还实现了数据之间的共享,不仅实现了站与站之间的数据共享,而且也实现了站内与站外之间的数据共享;在分析所产生的故障时,由于变电站管理自动化的实现,使其能够实时的进行,实现智能化分析,因此,能够及时的分析出故障产生的原因,及时解决这些故障,减少损失;并且在检测设备时更加准确,设备检测报告已经不是由人工来完成,而是系统自动生成。

2 数字化变电站自动化系统的结构

数字化变电站自动化系统的结构可以从物理和逻辑两个方面来进行分析。在物理上,其可分为智能化的一次设备和网络化的二次设备;在逻辑结构上,其可分为过程层、间隔层、站控层。在数字化变电站自动化系统中这些层次并不是独立存在的,它们能够实现它们之间的通信连接,这也是数字化变电站自动化系统的重点,实现其连接主要采用过程总线和站级总线来进行。过程总线在连接时的作用就是对间隔层装置的处理以及智能化一次设备的处理;站级总线在连接时的作用是对变电站层和间隔层的装置之间的通信进行处理。

过程层能够完成实时运行电气量的采集、设备运行状态的监测、控制命令的执行等,它是一次设备与二次设备的结合面。在过程层中要是实现的功能有很多,例如上送运行的电气一次设备实时模拟量;在线检测和统计运行的电气一次设备的状态;执行与驱动远程控制和操作命令。

间隔层的主要目的就是对本间隔的实时数据信息进行汇总，其功能主要是实现控制和保护以及人机交互。间隔层设备之间可实现相互对话机制，而相互对话机制的实现主要通过间隔层通信来进行的。

站控层同样汇总全站的实时数据信息也是它的一大职责，但是站控层汇总数据是通过两级高速网络来进行的，对实时数据库进行不断刷新；此层将所汇总的信息传递给控制中心，控制

中心接收到之后，想间隔层和过程层发出某种控制命令，从而能够实现站内当地监控、人机联系功能。

3 数字化变电站自动化系统存在的问题

近些年来，虽然我国对数字化变电站自动化系统有了很多研究成果，但是自始至终还只是处于不断发展的进程中，并且仍存在很多问题。首先，数字化变电站自动化系统的实现出现了很多新的问题。从传统的变电站自动化向数字化变电站自动化转变，必然会导致设备发生变化，实际上，增加了设备，设备增加了，当然，合并器也必须增加。在数据交换过程中，合并器发挥了重要作用，导致它的工作频率是非常高的，进而降低了系统的可靠性；其次，保护问题。由于现今产品的限制，即使所有具有通信功能的一次设备和二次设备建模都是按照IEC61850来进行通信，这样也会使一次设备和二次设备的通信和数字化接口部分出现问题，从而导致在保护上面没有实现稳定可靠的状态。同时，又因为全站传输都采用数字化的形式来进行，那么在传输通常中就会出现误码、保护动作延时等问题；再次，数据的采集速率问题。例如，工频每周12~20点是保护数字化变电站自动化系统保护的数据采集速率，也就是说，采集速率为每秒600~1000点，而它与监控系统数据采集速率相差较大，或者仅有每秒1点的速率。如果在数字化变电站自动化系统中设置一个专门的数据采集系统进行采集，对不同速率的数据进行加工，这样做虽然会有一定的好处，但是要想做出一个通用的数据采集系统也是非常困难的，并且即使设置好了此系统，但是此系统发挥的作用也不是很大。另外，在可发的过程中，解决相互协作和电力系统的整体协调操作等方面存在的问题也不是非常好，并且改进一些薄弱环节方面也没有做的非常好，因此，数字化变电站自动化系统的开发还需要不断改进和完善。总而言之，实现数字化变电站自动化系统需要技术来支持。数字化变电站自动化系统是一个系统工程，为了解决上述问题，有关专家对此系统做了更深入的研究，并取得了一定的成果，这些成果为解决上述问题提供了重要的技术支撑。

综上所述，数字化变电站自动化系统是一个复杂的系统工程，它是我国电网发展的主要趋势，它的开发和实施是需要技术和管理的同步进行，它是一个对技术要求非常高的项目。因此，无论如何，在开发的过程中，为了实现所有的自动化变电站系统的功能，我国还存在很对技术问题需要进行解决。

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