研究数字化变电站技术
摘 要:本文主要分析了数字化变电站自动化系统的特征和结构,简要总结了数字化变电站应用存在的问题,并针对它的发展现状进行了分析和研究。
关键词:数字化变电站 自动化 发展
1、数字化变电站自动化系统的特征
(1)智能化的一次设备。一次设备被检测的信号回路和被控制的操作驱动回路采用微处理器和光电技术设计,简化了常规机电式继电器及控制回路的结构,数字程控器及数字公共信号网络取代传统的导线连接。换言之,变电站二次回路中常规的继电器及其逻辑回路被可编程序代替,常规的强电模拟信号和控制电缆被光电数字和光纤代替。
(2)网络化的二次设备。变电站内常规的二次设备,如继电保护装置、防误闭锁装置、测量控制装置、远动装置、故障录波装置、电压无功控制、同期操作装置以及正在发展中的在线状态检测装置等全部基于标准化、模块化的微处理机设计制造,设备之间的连接全部采用高速的网络通信,二次设备不再出现常规功能装置重复的I/O现场接口,通过网络真正实现数据共享、资源其享,常规的功能装置在这里变成了逻辑的功能模块。
(3)自动化的运行管理系统。变电站运行管理自动化系统应包括电力生产运行数据、状态记录统计无纸化;数据信息分层、分流交换自动化;变电站运行发生故障时能即时提供故障分析报告,指出故障原因,提出故障处理意见;系统能自动发出变电站设备检修报告,即常规的变电站设备“定期检修”改变为“状态检修”。
2、数字化变电站自动化系统的结构
在变电站自动化领域中智能化电气的发展,特别是智能开关、光电式互感器机电一体化设备的出现,变电站综合自动化技术迈进了数字化的新阶段。在高压和超高压变电站中,保护装置、测控装置、故障录波及其他自动装置的I/O单元,如A/D变换、光隔离器件、控制操作回路等将隔离出来,作为智能一次设备的一部分。反言之,智能化一次设备的数字化传感器、数字化控制回路代替了常规继电保护装置,测控等装置的I/O部分;而中低压变电站则将保护、监控装置小型化、紧凑化,完整地安装在开关柜上,实现了变电站机电一体化设计。数字化变电站自动化系统的结构在物理上可分为两类,即智能化的一次设备和网络化的二次设备。在逻辑结构上可分为3个层次:“过程层”、“间隔层”、“站控层”,各层次内部及层次之间采用高速网络通信。
2.1 过程层功能
(1)电力运行的实时电气量检测:主要是电流、电压、相位以及谐波分量的检测,其他电气量如有功、无功、电能量可以通过间隔层的设备运算得出。与常规方式相比所不同的是传统的电磁式电流互感器、电压互感器被光电电流互感器、光电电压互感器取代;采集传统模拟量被直接采集数字量所取代,这样做的突出优点是抗干扰性能强,绝缘和抗饱和特性好,装置实现了小型化、紧凑化。(2)运行设备状态参数在线检测与统计:进行状态参数检测的.设备主要有变压器、断路器开关、刀闸、母线、电容器、电抗器以及直流电源系统。在线检测的内容主要有温度、压力、密度、绝缘、机械特性以及工作状态等数据。(3)操作控制的执行与驱动:包括变压器分接头调节控制,电容、电抗器投切控制、断路器、隔离开关的分合控制,直流电源充放电控制。
2.2 间隔层功能
间隔层是进行汇总本间隔过程层实时数据信息、实施对一次设备保护控制功能、实施本间隔操作闭锁功能、实施操作同期及其它控制功能、对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制、承上启下的通信功能等六大功能。
2.3 站控层功能
(1)通过两级高速网络汇总全站的实时数据信息,不断刷新实时数据库,按时登陆历史数据库;(2)按既定规约,将有关数据信息送往调度或控制中心;(3)接受调度或控制中心有关控制命令,转间隔层、过程层执行;(4)具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能;(5)具有站内当地监控、人机联系功能;(6)具有对间隔层、过程层诸设备的在线维护、在线组态、在线修改参数的功能;(7)具有变电站故障自动分析和操作培训功能。总线通信,问隔层与变电站层之间串行通信方式称为站级总线通信。
3、数字化变电站应用中存在的问题
由于光电/电子式互感器本身的结构特点和工作方式,导致互感器的角差、比差现场试验难以进行,甚至极性试验也无法开展,只能等到设备投运带电后,才能检验接线的准确性。另外,光电/电子式互感器的局放试验、伏安特性试验的试验方法和标准也与常规设备有很大的区别,这都需要设备厂家和运行主管单位专门制定。
数字化变电站保护校验相对复杂,在变电站运行的条件下对部分间隔保护校验的难度很大,目前的常规继电保护校验装置无法提供数字化保护所需的电流量和电压量,因为电流量和电压量必须经过合并器才能进入保护装置,而要完成试验必须自带合并器提供模拟试验中的电流量和电压量,要完成母差保护这类需要大量电流电压量的保护校验便显得尤为困难。
IEC61850通信协议本身并未对变电站网络系统的安全性做任何规定,同时协议本身的开放性和标准性给变电站的网络安全带来重大隐患。要做到二次系统信息的保密性、完整性、可用性和确定性,符合二次系统安全防护的要求,是自动化厂家仍需考虑和完善的技术环节。虽然目前已投运的变电站采取了防火墙、分层分区隔离等手段进行防护,但防护的效果仍有待时间的考验。
4、数字化变电站的未来发展
数字化变电站技术的发展将是个长期的过程,需要考虑与目前常规变电站技术的兼容性。(1)过程层常规设备接入方案。过程层常规设备主要指互感器和断路器设备,具体应用就是采取非常规互感器技术和智能断路器技术,或智能断路器控制器技术,常规设备的接人方式主要有3种基本模式:常规互感器和常规断路器;常规互感器和智能断路器;非常规互感器和常规断路器。(2)过程总线方案。在第二阶段中,前面控制和测量数据的分离通信系统将合并到一起,控制和测量数据的合并减少了间隔接线的复杂性,但间隔层IED设备需要两个以太网口分别与过程总线和变电站总线连接。由于传送了来自合并单元的数字化电气量测系统的瞬时值,此种通信方式比第一阶段中的通信方式更快。出于这个原因将使用100 Mbit/s以太网,通过过程总线保护装置的跳闸命令被发送到断路器。(3)过程总线和站总线合并方案。由于第一,第二阶段中过程总线和变电站总线都使用了基于MMS应用层通信堆栈的以太网,和以太网的不断发展,使得变电总线联接构成一个通信网,并且不会影响变电站内部站的通信。
结语
数字化变电站综合自动化系统的实现,推动了电网自动化技术的进一步发展。数字化变电站技术发展过程中可以实现对常规变电站技术的兼容,这意味着数字化变电站应用技术的发展可以建立在现有变电站自动化技术的基础上实现应用上的平稳发展和逐步突破,使新技术的应用能有机地结合电网的发展,未来在数字化变电站应用技术成熟的基础上将标志着新一代数字化电网的实现。
参考文献
[1] 赵丽君,席向东.数字化变电站技术应用[J].电力自动化设备,2008.
[2] 张沛超,高翔.数字化变电站系统结构[J].电网技术,2006.
[3] 鲁国刚,刘 骥.变电站的数字化技术发展[J].电网技术,2006.
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