智能化變電站智能設(shè)備的實(shí)現(xiàn)研究

張捷吳魏峰倪京浙

(國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司嘉興供電公司，浙江 嘉興 314000)

摘要：智能化變電站通過采用先進(jìn)的智能化一次設(shè)備和二次設(shè)備，運(yùn)用IEC61850通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)安全可靠運(yùn)行的全部功能。現(xiàn)從智能化變電站的組成結(jié)構(gòu)入手，比較其相對(duì)常規(guī)變電站的優(yōu)勢(shì)，并介紹目前智能化變電站智能設(shè)備的構(gòu)成、智能設(shè)備功能的實(shí)現(xiàn)方式以及智能設(shè)備與智能組件的信息交互。

關(guān)鍵詞：智能化變電站；智能設(shè)備；智能組件；實(shí)現(xiàn)

收稿日期:205-04-28

作者簡(jiǎn)介：張捷(1986—)，男，浙江嘉興人，工程師，主要從事變電運(yùn)維工作。

0引言

智能化變電站采用數(shù)字化模式，由智能化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備組成，全站信息采用基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)傳輸，實(shí)現(xiàn)了互操作和變電站內(nèi)信息共享。一次設(shè)備采用傳統(tǒng)開關(guān)加智能終端的形式，電流、電壓等模擬量的采集和傳輸通過電子式和光電式互感器、合并單元實(shí)現(xiàn)，完成數(shù)字化轉(zhuǎn)換和傳輸。智能化二次設(shè)備均采用IEC61850通信協(xié)議，智能設(shè)備間通過交換機(jī)相互連接形成光纖網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息的直接交換，以替代傳統(tǒng)的保護(hù)、操作箱、重合閘、測(cè)控和監(jiān)控等智能設(shè)備之間的二次電纜連接。保護(hù)功能通過軟壓板的方式實(shí)現(xiàn)，保護(hù)、重合閘、操作箱等裝置間的跳閘出口均通過GOOSE機(jī)制實(shí)現(xiàn)，通過設(shè)置GOOSE軟壓板來投退出口功能。各智能設(shè)備間信息交互，在一定程度上共享統(tǒng)一的信息平臺(tái)，從而避免設(shè)備重復(fù)。

1智能設(shè)備的組成

智能設(shè)備是由常規(guī)變電設(shè)備與智能組件通過信息交互實(shí)現(xiàn)的，利用現(xiàn)有成熟的二次技術(shù)，結(jié)合傳統(tǒng)開關(guān)設(shè)備，提升智能化水平。智能組件一般采用分散布置，就地安裝在變電設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)，一般由1～5個(gè)功能單元實(shí)現(xiàn)。智能組件是一種概括性的表現(xiàn)形式，可以是單一的裝置，也可以是幾個(gè)裝置的集合。智能設(shè)備發(fā)展趨勢(shì)如圖1所示。

圖1　智能設(shè)備發(fā)展趨勢(shì)

過程層包括傳統(tǒng)變電站一次設(shè)備及一次設(shè)備的智能終端和合并單元。間隔層包括對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制的智能化二次設(shè)備。站控層包括繼電保護(hù)及自動(dòng)化裝置、遠(yuǎn)動(dòng)裝置、衛(wèi)星時(shí)鐘、保護(hù)故障信息管理裝置、網(wǎng)絡(luò)安全隔離設(shè)備等。智能組件通過智能化變電站網(wǎng)絡(luò)分層，遵循IEC61850標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸，并實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備的功能。

智能化變電站廣泛采用光電式互感器。光電式互感器絕緣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用干式絕緣，體積大大減少，免去了充油設(shè)備的煩惱，大大減少了運(yùn)行維護(hù)量和檢修成本，同時(shí)不存在CT飽和與開路的問題，減少了運(yùn)行人員的操作風(fēng)險(xiǎn)，解決了鐵磁諧振的問題，大大減輕了運(yùn)行人員的工作量(雷雨季節(jié)換高壓熔絲的工作量)。由于采用光纜傳輸，就不會(huì)存在傳輸過電壓的問題，即一次設(shè)備損壞導(dǎo)致一次電壓串入二次回路，造成人員傷害事故。簡(jiǎn)化二次接線，采用少量光纖代替大量電纜，并且在安裝時(shí)進(jìn)行光電分離，即光纜溝和電纜溝分開，減少了干擾，同時(shí)減少了二次電纜接線，降低了由于接線質(zhì)量引起事故的概率。采用智能終端并就近安裝于開關(guān)場(chǎng)地，全面減少控制及信號(hào)電纜連接，繼電保護(hù)全面采用GOOSE技術(shù)，大大減少了二次電纜，使二次電纜投資得以降低。智能化變電站結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　智能化變電站結(jié)構(gòu)

2智能組件工作原理

智能化一次設(shè)備替代了常規(guī)一次設(shè)備，采用了智能匯控柜、智能組件、光電式互感器等，智能組件能實(shí)現(xiàn)可靠的過程層網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸。智能組件一般是由安裝在一次設(shè)備的智能終端和合并單元完成相應(yīng)功能，大量使用光纜作為傳輸介質(zhì)，減少了二次電纜的使用。多個(gè)設(shè)備安裝在同一個(gè)匯控柜里面，匯控柜安裝在開關(guān)控制箱附近。合并單元主要承擔(dān)電流、電壓量的采集功能，智能終端主要承擔(dān)保護(hù)跳、合閘命令的執(zhí)行及開關(guān)狀態(tài)量的采集功能。

GOOSE數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)：(1) 快速性。報(bào)文采用了帶優(yōu)先級(jí)標(biāo)簽的格式，數(shù)據(jù)傳輸沒有經(jīng)過TCP/IP層，直接在數(shù)據(jù)鏈路層和物理層收發(fā)。(2) 可靠性。GOOSE報(bào)文設(shè)定了特殊的傳輸方式，如果在允許生存時(shí)間T0內(nèi)未接收到新報(bào)文，則認(rèn)為采樣中斷，而允許生存時(shí)間T0是報(bào)文重傳的最長(zhǎng)時(shí)間。當(dāng)信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，GOOSE報(bào)文將以T1時(shí)間重復(fù)發(fā)送兩次，此后再以T2、T3的時(shí)間間隔各發(fā)送一次，傳輸方式一直循環(huán)，直到信號(hào)再次發(fā)生變化。GOOSE報(bào)文發(fā)送的時(shí)間間隔T1，可通過網(wǎng)絡(luò)參數(shù)中的MinTime參數(shù)設(shè)置，T0可通過網(wǎng)絡(luò)參數(shù)中的MaxTime參數(shù)設(shè)置。需要檢修或校驗(yàn)的裝置，放上置檢修壓板，即可進(jìn)行操作。GOOSE報(bào)文帶檢修標(biāo)志不會(huì)出口，真正體現(xiàn)了智能化變電站的特點(diǎn)。

3智能組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

智能組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以分為輸入、輸出部分和分析處理部分3個(gè)環(huán)節(jié)。每一個(gè)智能組件的輸入、輸出部分組成基本相同，分析處理部分根據(jù)配置的不同組成方式有所區(qū)別。輸入部分通過光纖傳輸，實(shí)現(xiàn)二次回路狀態(tài)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)信號(hào)采集和處理，并通過過程層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，優(yōu)化集成了二次設(shè)備功能，簡(jiǎn)化了設(shè)備和回路。信號(hào)處理單元由信號(hào)濾過器和A/D變換實(shí)現(xiàn)，通過對(duì)收發(fā)報(bào)文進(jìn)行轉(zhuǎn)換，減少網(wǎng)絡(luò)沖突，精確地實(shí)現(xiàn)設(shè)備的相應(yīng)功能。分析處理部分采用雙網(wǎng)絡(luò)化的模塊結(jié)構(gòu)，支持MMS、SV、GOOSE三網(wǎng)合一的網(wǎng)絡(luò)接口，通過靜態(tài)組播實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流精確控制(交換機(jī)IED模型化)，基于報(bào)文過濾技術(shù)及流量管理數(shù)據(jù)傳輸方法，解決不同數(shù)據(jù)間相互干擾問題。采用VLAN技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同電壓等級(jí)網(wǎng)絡(luò)、雙重化保護(hù)對(duì)應(yīng)的兩套網(wǎng)絡(luò)的邏輯隔離。

4結(jié)語

綜上所述，變電站設(shè)備智能化是實(shí)現(xiàn)智能化變電站的關(guān)鍵，智能設(shè)備是智能電網(wǎng)最重要、最關(guān)鍵的“終端”。

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