付偉

摘 要：隨著變電站自動(dòng)化程度的逐漸提升，數(shù)字化變電站技術(shù)也得到了有效發(fā)展。數(shù)字化變電站即將變電站的信息收集、處理等環(huán)節(jié)均實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。此項(xiàng)技術(shù)涉及到多個(gè)層次和多個(gè)方面的技術(shù)革新，因此，其發(fā)展過程具有長期性。文章主要探討數(shù)字化變電站的若干關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化；關(guān)鍵技術(shù)；變電站

數(shù)字化變電站屬于不斷發(fā)展的概念，是一種現(xiàn)代化的變電站。目前主要是基于IEC61850通信規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)之上，由智能化一次設(shè)備、電子式互感器以及網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備分層組成，能讓智能設(shè)備間的相互操作和信息共享得以實(shí)現(xiàn)。作為數(shù)字化電力系統(tǒng)的關(guān)鍵信息來源，分析數(shù)字化變電站的關(guān)鍵技術(shù)顯得尤為重要與迫切。

1 數(shù)字化變電站特點(diǎn)

現(xiàn)目前，數(shù)字化變電站的特點(diǎn)可以歸納為以下四個(gè)：一是層次化，鑒于數(shù)字化變電站各設(shè)備的功能不一樣，其結(jié)構(gòu)邏輯主要由過程層、間隔層和變電站層構(gòu)成；二是一次設(shè)備智能化，可編程控制器能代替變電站二次回路里的繼電器和與之配套的邏輯回路，當(dāng)前變電站普通的控制線路以及模擬信號(hào)將會(huì)被光電數(shù)字與光纖替代；三是二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化，變電站二次設(shè)備未設(shè)置功能裝置的重復(fù)輸出及出入接口，僅有網(wǎng)絡(luò)能有效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和資源信息的共享，普通功能裝置也會(huì)逐漸被邏輯性功能模塊替代；四是運(yùn)行管理自動(dòng)化，變電站日常運(yùn)行維護(hù)以及數(shù)據(jù)記錄能實(shí)現(xiàn)無紙化辦公以及自動(dòng)化信息分流叫魂，倘若變電站出現(xiàn)故障，就能第一時(shí)間判定出故障原因并給出故障維修方案，而且還能自動(dòng)給出相關(guān)故障檢測(cè)報(bào)告。

2 數(shù)字化變電站的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)體系

IEC61850標(biāo)準(zhǔn)作為新型的變電站通行網(wǎng)絡(luò)以及系統(tǒng)協(xié)議，適用于變電站自動(dòng)化系統(tǒng)和分層智能電子裝置。此標(biāo)準(zhǔn)采用的是基于XML之上的變電站配置描述語言描述變電站自動(dòng)化系統(tǒng)和一次設(shè)備兩者間的關(guān)系。每種設(shè)備都要以此標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，提供一份配套的配置文件，并使用統(tǒng)一的系統(tǒng)配置工具使其實(shí)現(xiàn)工程化。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的終極目的就是要規(guī)定要求并給出配套框架實(shí)現(xiàn)各類供應(yīng)商給出的智能電子設(shè)備間的相互操作性[1]。

2.2 電子式互感器

電子式互感器體系小、重量輕，由絕緣支柱、傳感器頭及光纜構(gòu)成；高低壓部分經(jīng)由光線連接；沒有磁飽和，但具有范圍寬、暫態(tài)特性好、頻率響應(yīng)準(zhǔn)確率高的優(yōu)點(diǎn)；沒有傳統(tǒng)二次負(fù)荷的概念；數(shù)字信號(hào)是通過光纖傳輸，抗EMI性能和數(shù)據(jù)可靠性都得到一定提升；高低壓部分光電隔離有效防止了電壓互感器二次短路和電流互感器二次開路可能造成的各種安全問題；傳統(tǒng)互感器的SF6或是油用絕緣脂替代，避免出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。此外，電子式互感器還能直接給出各種故障信息，如斷路故障，二次設(shè)備接收到這些故障信息后就能實(shí)施閉鎖保護(hù)，具有完善的自檢功能，如果有電子式互感器或是通訊故障問題，保護(hù)裝置會(huì)因?yàn)殄e(cuò)誤標(biāo)示或是未收到校驗(yàn)碼正確數(shù)據(jù)而判定互感器出現(xiàn)故障，電子式互感器輸出嚴(yán)格依照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 信息合并單元

信息合并單元的主要作用就是把各個(gè)電流互感器和電壓互感器傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)打包處理，根據(jù)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格輸出數(shù)據(jù)，為保護(hù)、測(cè)控、母差等有關(guān)裝置提供數(shù)據(jù)支撐。每個(gè)裝置配備一根光纜，每根光纜能提供多個(gè)信號(hào)。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電子式電壓互感器等邏輯節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了定義，在電子式電流互感器/電壓互感器接口中，信息合并單元屬于重要組成部分，與二次設(shè)備接口進(jìn)行串行單項(xiàng)多路點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接[2]。此外，信息合并單元收集到的多路電壓及電流信號(hào)都有清晰的定義，都是經(jīng)由編碼格式把收集到的信息幀及時(shí)傳輸給二次保護(hù)設(shè)備以及控制設(shè)備。

2.4 智能化一次設(shè)備

具備智能操作作用的斷路器主要有三部分構(gòu)成：一是數(shù)據(jù)采集裝置，此裝置的主要設(shè)備是新型傳感器，能隨時(shí)將電網(wǎng)數(shù)據(jù)通過數(shù)字信號(hào)的形式進(jìn)行傳遞；二是智能識(shí)別裝置，此裝置是智能控制單元的中心，能有效結(jié)合收集到的電網(wǎng)信息以及主控室提供的操作信號(hào)，自動(dòng)判別操作時(shí)電網(wǎng)的實(shí)際工作狀態(tài)，結(jié)合斷路器仿真分析結(jié)果歸納出最佳的分合閘運(yùn)動(dòng)特性，第一時(shí)間傳遞調(diào)節(jié)信息給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收到調(diào)節(jié)信息后對(duì)其展開調(diào)節(jié)，然后再發(fā)出分合閘信號(hào)；三是執(zhí)行裝置，此裝置由接收定量控制信息的部件以及驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器組成，能科學(xué)、合理調(diào)整操動(dòng)機(jī)構(gòu)的參數(shù)，能合理改變每次操作的運(yùn)動(dòng)特性。

2.5 繼電保護(hù)配置

繼電保護(hù)配置主要是研究怎樣在數(shù)字化基礎(chǔ)上，有效體現(xiàn)變電站的二次設(shè)備冗余配置原則，具體需要考慮以下四方面：一是電子化感器二次側(cè)的冗余，電子互感器二次側(cè)經(jīng)由采集器實(shí)現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)變，要保證可靠性，應(yīng)多配置幾個(gè)二次側(cè)采集器，如配置三個(gè)二次側(cè)，其中兩個(gè)作為保護(hù)裝置分別服務(wù)第一和第二套保護(hù)，第三個(gè)作為計(jì)量系統(tǒng)。二是智能操作箱的冗余，每個(gè)間隔配置兩個(gè)智能操作箱，分別服務(wù)于第一和第二套保護(hù)，倘若要單獨(dú)配置測(cè)控裝置，那么第一套智能操作箱還應(yīng)服務(wù)測(cè)控裝置。三是過程層交換機(jī)的冗余，過程交換機(jī)的主要作用是傳輸模擬量SV以及狀態(tài)量GOOSE，過程層有很多種組網(wǎng)方式，但所有組網(wǎng)方式都要以冗余原則為基礎(chǔ)，換言之，服務(wù)于第一套保護(hù)裝置的網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)于第二套保護(hù)裝置的網(wǎng)絡(luò)兩者間要獨(dú)立開來。四是間隔層保護(hù)裝置的冗余，仍然堅(jiān)持已有的保護(hù)裝置冗余配置原則，如超過220kV的電壓等級(jí)，應(yīng)配置雙套母線保護(hù)、雙套線路保護(hù)以及雙套變壓器保護(hù)等。

2.6 數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成，一是站控層，二是間隔層，三是過程層。各層之間借助過程總線（處理間隔層裝置和智能化一次設(shè)備）和站級(jí)總線（解決變電層裝置與間隔層裝置之間的通信問題）實(shí)現(xiàn)通信連接。其中，過程層是一次設(shè)備和二次設(shè)備的結(jié)合面，具有在線監(jiān)測(cè)并統(tǒng)計(jì)運(yùn)行過程中電氣一次設(shè)備的具體狀態(tài)參數(shù)，如上送斷路器等有關(guān)工作數(shù)據(jù)；實(shí)施并驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程控制以及有關(guān)操作命令。間隔層的作用就是收集并整理本間隔的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行實(shí)施控制與保護(hù)，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)有關(guān)控制閉鎖以及間隔級(jí)信息與同期操作之間的人機(jī)交互。最后變電站層是以兩級(jí)高速網(wǎng)絡(luò)歸納的全站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息為基礎(chǔ)，不間斷地更新實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，把有價(jià)值的數(shù)據(jù)信息第一時(shí)間傳遞給電網(wǎng)調(diào)度中心或是控制中心，同時(shí)接收中心的有關(guān)控制命令并及時(shí)傳遞給間隔層和過程層。除此之外，變電站層還有人機(jī)聯(lián)系、站內(nèi)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控等作用[3]。

3 結(jié)束語

綜上，在信息網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，數(shù)字化變電站是必然發(fā)展趨勢(shì)，在數(shù)字化變電站發(fā)展過程中，必須要掌握其特點(diǎn)以及各種關(guān)鍵性技術(shù)，才能從容應(yīng)對(duì)各類問題?，F(xiàn)目前，國內(nèi)數(shù)字化變電站的研究與建設(shè)仍然不夠成熟和穩(wěn)定，需要不斷探索和實(shí)踐，尤其是電子式互感器、智能斷路器技術(shù)等數(shù)字化變電站關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備仍處于初級(jí)發(fā)展階段，需要更多理論研究與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)做支撐。

參考文獻(xiàn)

[1]申濤，包 ，趙玉成等.數(shù)字化變電站的關(guān)鍵技術(shù)與工程實(shí)現(xiàn)[J].電測(cè)與儀表，2010（S2）：40-43.

[2]陳明.數(shù)字化變電站關(guān)鍵技術(shù)及未來展望[J].中國電力教育：下，2011（2）：120-121.

[3]張勇平.數(shù)字化變電站若干關(guān)鍵基礎(chǔ)研究[D].華北電力大學(xué)，2009.