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研究數(shù)字化變電站技術
摘 要:本文主要分析了數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的特征和結構,簡要總結了數(shù)字化變電站應用存在的問題,并針對它的發(fā)展現(xiàn)狀進行了分析和研究。
關鍵詞:數(shù)字化變電站 自動化 發(fā)展
1、數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的特征
(1)智能化的一次設備。一次設備被檢測的信號回路和被控制的操作驅動回路采用微處理器和光電技術設計,簡化了常規(guī)機電式繼電器及控制回路的結構,數(shù)字程控器及數(shù)字公共信號網(wǎng)絡取代傳統(tǒng)的導線連接。換言之,變電站二次回路中常規(guī)的繼電器及其邏輯回路被可編程序代替,常規(guī)的強電模擬信號和控制電纜被光電數(shù)字和光纖代替。
(2)網(wǎng)絡化的二次設備。變電站內常規(guī)的二次設備,如繼電保護裝置、防誤閉鎖裝置、測量控制裝置、遠動裝置、故障錄波裝置、電壓無功控制、同期操作裝置以及正在發(fā)展中的在線狀態(tài)檢測裝置等全部基于標準化、模塊化的微處理機設計制造,設備之間的連接全部采用高速的網(wǎng)絡通信,二次設備不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復的I/O現(xiàn)場接口,通過網(wǎng)絡真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源其享,常規(guī)的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。
(3)自動化的運行管理系統(tǒng)。變電站運行管理自動化系統(tǒng)應包括電力生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)、狀態(tài)記錄統(tǒng)計無紙化;數(shù)據(jù)信息分層、分流交換自動化;變電站運行發(fā)生故障時能即時提供故障分析報告,指出故障原因,提出故障處理意見;系統(tǒng)能自動發(fā)出變電站設備檢修報告,即常規(guī)的變電站設備“定期檢修”改變?yōu)?ldquo;狀態(tài)檢修”。
2、數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的結構
在變電站自動化領域中智能化電氣的發(fā)展,特別是智能開關、光電式互感器機電一體化設備的出現(xiàn),變電站綜合自動化技術邁進了數(shù)字化的新階段。在高壓和超高壓變電站中,保護裝置、測控裝置、故障錄波及其他自動裝置的I/O單元,如A/D變換、光隔離器件、控制操作回路等將隔離出來,作為智能一次設備的一部分。反言之,智能化一次設備的數(shù)字化傳感器、數(shù)字化控制回路代替了常規(guī)繼電保護裝置,測控等裝置的I/O部分;而中低壓變電站則將保護、監(jiān)控裝置小型化、緊湊化,完整地安裝在開關柜上,實現(xiàn)了變電站機電一體化設計。數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的結構在物理上可分為兩類,即智能化的一次設備和網(wǎng)絡化的二次設備。在邏輯結構上可分為3個層次:“過程層”、“間隔層”、“站控層”,各層次內部及層次之間采用高速網(wǎng)絡通信。
2.1 過程層功能
(1)電力運行的實時電氣量檢測:主要是電流、電壓、相位以及諧波分量的檢測,其他電氣量如有功、無功、電能量可以通過間隔層的設備運算得出。與常規(guī)方式相比所不同的是傳統(tǒng)的電磁式電流互感器、電壓互感器被光電電流互感器、光電電壓互感器取代;采集傳統(tǒng)模擬量被直接采集數(shù)字量所取代,這樣做的突出優(yōu)點是抗干擾性能強,絕緣和抗飽和特性好,裝置實現(xiàn)了小型化、緊湊化。(2)運行設備狀態(tài)參數(shù)在線檢測與統(tǒng)計:進行狀態(tài)參數(shù)檢測的設備主要有變壓器、斷路器開關、刀閘、母線、電容器、電抗器以及直流電源系統(tǒng)。在線檢測的內容主要有溫度、壓力、密度、絕緣、機械特性以及工作狀態(tài)等數(shù)據(jù)。(3)操作控制的執(zhí)行與驅動:包括變壓器分接頭調節(jié)控制,電容、電抗器投切控制、斷路器、隔離開關的分合控制,直流電源充放電控制。
2.2 間隔層功能
間隔層是進行匯總本間隔過程層實時數(shù)據(jù)信息、實施對一次設備保護控制功能、實施本間隔操作閉鎖功能、實施操作同期及其它控制功能、對數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計運算及控制命令的發(fā)出具有優(yōu)先級別的控制、承上啟下的通信功能等六大功能。
2.3 站控層功能
(1)通過兩級高速網(wǎng)絡匯總全站的實時數(shù)據(jù)信息,不斷刷新實時數(shù)據(jù)庫,按時登陸歷史數(shù)據(jù)庫;(2)按既定規(guī)約,將有關數(shù)據(jù)信息送往調度或控制中心;(3)接受調度或控制中心有關控制命令,轉間隔層、過程層執(zhí)行;(4)具有在線可編程的全站操作閉鎖控制功能;(5)具有站內當?shù)乇O(jiān)控、人機聯(lián)系功能;(6)具有對間隔層、過程層諸設備的在線維護、在線組態(tài)、在線修改參數(shù)的功能;(7)具有變電站故障自動分析和操作培訓功能。總線通信,問隔層與變電站層之間串行通信方式稱為站級總線通信。
3、數(shù)字化變電站應用中存在的問題
由于光電/電子式互感器本身的結構特點和工作方式,導致互感器的角差、比差現(xiàn)場試驗難以進行,甚至極性試驗也無法開展,只能等到設備投運帶電后,才能檢驗接線的準確性。另外,光電/電子式互感器的局放試驗、伏安特性試驗的試驗方法和標準也與常規(guī)設備有很大的區(qū)別,這都需要設備廠家和運行主管單位專門制定。
數(shù)字化變電站保護校驗相對復雜,在變電站運行的條件下對部分間隔保護校驗的難度很大,目前的常規(guī)繼電保護校驗裝置無法提供數(shù)字化保護所需的電流量和電壓量,因為電流量和電壓量必須經(jīng)過合并器才能進入保護裝置,而要完成試驗必須自帶合并器提供模擬試驗中的電流量和電壓量,要完成母差保護這類需要大量電流電壓量的保護校驗便顯得尤為困難。
IEC61850通信協(xié)議本身并未對變電站網(wǎng)絡系統(tǒng)的安全性做任何規(guī)定,同時協(xié)議本身的開放性和標準性給變電站的網(wǎng)絡安全帶來重大隱患。要做到二次系統(tǒng)信息的保密性、完整性、可用性和確定性,符合二次系統(tǒng)安全防護的要求,是自動化廠家仍需考慮和完善的技術環(huán)節(jié)。雖然目前已投運的變電站采取了防火墻、分層分區(qū)隔離等手段進行防護,但防護的效果仍有待時間的考驗。
4、數(shù)字化變電站的未來發(fā)展
數(shù)字化變電站技術的發(fā)展將是個長期的過程,需要考慮與目前常規(guī)變電站技術的兼容性。(1)過程層常規(guī)設備接入方案。過程層常規(guī)設備主要指互感器和斷路器設備,具體應用就是采取非常規(guī)互感器技術和智能斷路器技術,或智能斷路器控制器技術,常規(guī)設備的接人方式主要有3種基本模式:常規(guī)互感器和常規(guī)斷路器;常規(guī)互感器和智能斷路器;非常規(guī)互感器和常規(guī)斷路器。(2)過程總線方案。在第二階段中,前面控制和測量數(shù)據(jù)的分離通信系統(tǒng)將合并到一起,控制和測量數(shù)據(jù)的合并減少了間隔接線的復雜性,但間隔層IED設備需要兩個以太網(wǎng)口分別與過程總線和變電站總線連接。由于傳送了來自合并單元的數(shù)字化電氣量測系統(tǒng)的瞬時值,此種通信方式比第一階段中的通信方式更快。出于這個原因將使用100 Mbit/s以太網(wǎng),通過過程總線保護裝置的跳閘命令被發(fā)送到斷路器。(3)過程總線和站總線合并方案。由于第一,第二階段中過程總線和變電站總線都使用了基于MMS應用層通信堆棧的以太網(wǎng),和以太網(wǎng)的不斷發(fā)展,使得變電總線聯(lián)接構成一個通信網(wǎng),并且不會影響變電站內部站的通信。
結語
數(shù)字化變電站綜合自動化系統(tǒng)的實現(xiàn),推動了電網(wǎng)自動化技術的進一步發(fā)展。數(shù)字化變電站技術發(fā)展過程中可以實現(xiàn)對常規(guī)變電站技術的兼容,這意味著數(shù)字化變電站應用技術的發(fā)展可以建立在現(xiàn)有變電站自動化技術的基礎上實現(xiàn)應用上的平穩(wěn)發(fā)展和逐步突破,使新技術的應用能有機地結合電網(wǎng)的發(fā)展,未來在數(shù)字化變電站應用技術成熟的基礎上將標志著新一代數(shù)字化電網(wǎng)的實現(xiàn)。
參考文獻
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