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數(shù)字化試驗(yàn)變壓器變電站自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

更新時(shí)間:2011-09-22      瀏覽次數(shù):2063

目前,我國(guó)數(shù)字化變電站系統(tǒng)已經(jīng)投運(yùn)電網(wǎng)、核電、煤炭等領(lǐng)域的25 個(gè)科技試點(diǎn)或工程建設(shè)重點(diǎn)項(xiàng)目?,F(xiàn)從數(shù)字化變電站、數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)選型、主要問題以及數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)等方面進(jìn)行了探討分析。

1 數(shù)字化變電站

數(shù)字化變電站是由智能化一次設(shè)備(電子式互感器、智能化開關(guān)等)和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備分層(過程層、間隔層、站控層)構(gòu)建,建立在IEC61850通信規(guī)范基礎(chǔ)上,能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。數(shù)字化變電站的優(yōu)點(diǎn):

1.1 性能高

(1)通信網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一采用IEC61850規(guī)范,無需進(jìn)行轉(zhuǎn)化,能使通信速度有所加快,系統(tǒng)的復(fù)雜性以及維護(hù)難度都有所降低,由此通信系統(tǒng)的性能提高。(2)數(shù)字信號(hào)采用光纜進(jìn)行傳輸,傳輸過程中沒有信號(hào)的衰減和失真。(3)電子互感器無磁飽和,精度高。

1.2 安全性高

(1) 電子互感器的應(yīng)用在很大程度上減少了運(yùn)行維護(hù)的工作量,同時(shí)提高了安全性。(2)電子互感器使得電流互感器二次開路、電壓互感器二次短路可能危及人身安全等問題已經(jīng)全部消失,很大程度上提高了安全性。

1.3 可靠性高

合并器如果收不到數(shù)據(jù),就會(huì)判斷通訊故障(互感器故障)而發(fā)出警告,因此設(shè)備自檢功能強(qiáng),提高了運(yùn)行的可靠性以及減輕了運(yùn)行人員的工作量。

1.4 經(jīng)濟(jì)性高

(1)實(shí)現(xiàn)了信息共享,兼容性高,變電站成本減少;

(2)解決了電子互感器滲漏問題,由此減少了檢修成本;(3)技術(shù)含量高,具有環(huán)保、節(jié)能、節(jié)約社會(huì)資源的多重功效。

2 數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)

2.1 智能化的一次設(shè)備

一次設(shè)備被檢測(cè)的信號(hào)回路和被控制的操作驅(qū)動(dòng)回路采用微處理器和光電技術(shù)設(shè)計(jì),簡(jiǎn)化了常規(guī)機(jī)電式繼電器及控制回路的結(jié)構(gòu),數(shù)字程控器及數(shù)字公共信號(hào)網(wǎng)絡(luò)取代傳統(tǒng)的導(dǎo)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(qiáng)電模擬信號(hào)和控制電纜被光電數(shù)字和光纖代替。

2.2 網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備

變電站內(nèi)常規(guī)的二次設(shè)備,如繼電保護(hù)裝置、防誤閉鎖裝置、測(cè)量控制裝置、遠(yuǎn)動(dòng)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(cè)裝置等全部基于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的微處理機(jī)設(shè)計(jì)制造,設(shè)備之間的連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)通信,二次設(shè)備不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復(fù)的I/O現(xiàn)場(chǎng)接口,通過網(wǎng)絡(luò)真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源共享,常規(guī)的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。

2.3 自動(dòng)化的運(yùn)行管理系統(tǒng)

變電站自動(dòng)化運(yùn)行管理系統(tǒng)應(yīng)包括電力生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)、狀態(tài)記錄統(tǒng)計(jì)無紙化;數(shù)據(jù)信息分層、分流交換自動(dòng)化;變電站運(yùn)行發(fā)生故障時(shí)能及時(shí)提供故障分析報(bào)告、指出故障原因、提出故障處理意見;系統(tǒng)能自動(dòng)發(fā)出變電站設(shè)備檢修報(bào)告,即常規(guī)的變電站設(shè)備“定期檢修”改變?yōu)?ldquo;狀態(tài)檢修”。

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

數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在物理上可分為智能化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備;在邏輯結(jié)構(gòu)上可分為過程層、間隔層以及變電站層。

3.1 過程層

(1)運(yùn)行設(shè)備在線監(jiān)測(cè)參數(shù)包括:壓力、溫度、密度、絕緣、機(jī)械特性等數(shù)據(jù)。

(2)電流、電壓、相位以及諧波分量的檢測(cè)就是電力運(yùn)行的實(shí)時(shí)電氣量檢測(cè),其他電氣量可通過間隔層的設(shè)備運(yùn)算得出。

(3)電容、電抗器投切控制、變壓器分接頭調(diào)節(jié)控制、直流電源充放電控制以及刀閘合分控制是操作控制的執(zhí)行和驅(qū)動(dòng)的主要內(nèi)容。在執(zhí)行控制命令時(shí)能對(duì)即將進(jìn)行的動(dòng)作精度進(jìn)行控制、能判別命令的真?zhèn)渭捌浜侠硇?,能使斷路器定相合閘、選相分閘,要求操作時(shí)間限制在規(guī)定的參數(shù)內(nèi)以實(shí)現(xiàn)斷路器的關(guān)合和開斷等。

3.2 間隔層

實(shí)施對(duì)一次設(shè)備保護(hù)控制功能;匯總本間隔過程層實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息;實(shí)施本間隔操作閉鎖功能;優(yōu)先控制對(duì)數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)運(yùn)算以及控制命令的發(fā)出;實(shí)施操作同期及其他控制功能;同時(shí)高速完成與站控層和過程層的網(wǎng)絡(luò)通信功能。

3.3 變電站層

(1)根據(jù)既定規(guī)約,將相關(guān)數(shù)據(jù)送往調(diào)度中心。

(2)利用兩級(jí)高速網(wǎng)絡(luò)對(duì)全站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行匯總,對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不斷進(jìn)行刷新,歷史數(shù)據(jù)庫(kù)要按時(shí)登錄。

(3)接收調(diào)度中心的相關(guān)控制命令,轉(zhuǎn)到間隔層、過程層進(jìn)行執(zhí)行。

(4)具有站內(nèi)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控、人際功能,在線可編程的全站操作閉鎖控制功能,變電站故障自動(dòng)分析和操作培訓(xùn)功能,對(duì)間隔層、過程層諸設(shè)備的在線維護(hù)、在線組態(tài)、在線修改參數(shù)的功能。

4 數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)選型

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性和信息化傳輸?shù)目焖傩詻Q定了系統(tǒng)的可用性,它是數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的命脈。數(shù)字化系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)上多個(gè)CPU協(xié)同完成全信息的采樣、保護(hù)算法與控制命令的形成。網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性是控制好采樣的同步和保護(hù)命令的快速輸出的zui基本的條件,網(wǎng)絡(luò)通信速度的提高和合適的通信協(xié)議的制定是控制好采樣的同步和保護(hù)命令快速輸出的關(guān)鍵技術(shù)。數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)全部采用100 MHz以太網(wǎng)技術(shù)。

5 數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)建模

變電站化系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備、功能和數(shù)據(jù)進(jìn)行建模是通過采用面向變電站對(duì)象建模的方法,其采用統(tǒng)一建模語言UML來進(jìn)行描述,并將這些模型在變電站層的計(jì)算機(jī)上、間隔層的IED上以及過程層的ECT/EVT和智能終端上軟件實(shí)現(xiàn),以完成過程層、間隔層IED之間及IED與變電站層計(jì)算機(jī)之間的通信。以下幾個(gè)步驟分別是實(shí)際IED的數(shù)據(jù)建模的過程。

5.1 功能建模

數(shù)字化變壓器保護(hù)裝置的每個(gè)功能都定義為相應(yīng)邏輯節(jié)點(diǎn)類的一個(gè)實(shí)例,如差動(dòng)保護(hù)、瞬時(shí)過流保護(hù)、諧波制動(dòng)功能分別用邏輯節(jié)點(diǎn)PDIF、PIOC、PHAR來表示;測(cè)量功能用MMXU表示;就地設(shè)定和手動(dòng)操作功能用IHMI來表示;擾動(dòng)紀(jì)錄功能用RADR來表示;斷路器控制功能用CSWI來表示;斷路器用XCBR來表示;電流電壓互感器用TCTR、TVTR來表示。然后根據(jù)實(shí)際情況,在不同的物理裝置內(nèi)分配LN。

5.2 設(shè)備建模

設(shè)備建模主要是對(duì)IED的Server、LD、LN、DO及DA進(jìn)行依次建模。一個(gè)IED可能包含一個(gè)或多個(gè)服務(wù)器,服務(wù)器是物理設(shè)備中的一個(gè)通信實(shí)體,是物理設(shè)備的外部通信接口,包含從通信網(wǎng)絡(luò)可視和可訪問的內(nèi)容。

5.3 信息交換服務(wù)建模

根據(jù)實(shí)際需要信息交換服務(wù)建模完成設(shè)置組控制塊(SGCB)、報(bào)告控制塊(BRCB和URCB)、紀(jì)錄控制塊(LCB)、通用變電站事件控制塊(GOCB和GSCB)、采樣值傳輸控制塊(MSVCB和USVCB)和DATE-SET、文件、關(guān)聯(lián)等的建模。

6 數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展中的主要問題

在過程層、間隔層、變電站層這3個(gè)層中,數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的研究正在自下而上逐步發(fā)展。過程層是目前主要集中研究的內(nèi)容。在國(guó)外,已經(jīng)對(duì)過程層有了較成熟的經(jīng)驗(yàn);在國(guó)內(nèi),許多大專院校、研究院等都對(duì)其進(jìn)行了開發(fā)研究,并且在某些方面還取得了較滿意的成績(jī)。我國(guó)目前在數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的研究中還存在一定的問題,首先,需加強(qiáng)研究開發(fā)過程中專業(yè)協(xié)作;其次,改進(jìn)材料器件方面的缺陷;再次,實(shí)驗(yàn)控制、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)試方法還處于弱勢(shì);zui后,一體化的通信協(xié)議。

7 數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

數(shù)字化變電站對(duì)電氣設(shè)備行業(yè)影響巨大,將導(dǎo)致二次設(shè)備行業(yè)、互感器行業(yè)甚至開關(guān)行業(yè)的洗牌,并且以IEC61850為紐帶將促進(jìn)一次設(shè)備和二次設(shè)備企業(yè)的相互合作與滲透。未來數(shù)字化變電站將實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備的智能化和二次設(shè)備的信息化,通過在變電站的站控層、間隔層以及過程層采用全面的標(biāo)準(zhǔn)IEC61850通信協(xié)議,避免設(shè)備的重復(fù)投入。在站控層方面,除了繼承傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)外,應(yīng)配置遠(yuǎn)動(dòng)工作站,目的是向調(diào)度實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸;在間隔層方面,由于多種IED的應(yīng)用使的數(shù)字變電站產(chǎn)生多種不同的框架結(jié)構(gòu);在過程層方面,一些設(shè)備的研發(fā)和應(yīng)用,例如智能化開關(guān)設(shè)備等。據(jù)行業(yè)內(nèi)的分析報(bào)告顯示,每年都有上千座35 kV及以上等級(jí)的新建變電站投入運(yùn)行,新建變電站基本上都采用自動(dòng)化系統(tǒng)模式,因此預(yù)計(jì)未來幾年電力系統(tǒng)變電站自動(dòng)化市場(chǎng)規(guī)模每年將保持在50~80億元。

隨著國(guó)家電網(wǎng)公司堅(jiān)持智能電網(wǎng)計(jì)劃的實(shí)施,變電站將向智能變電站發(fā)展,一次設(shè)備要升級(jí)為智能電力設(shè)備,二次設(shè)備則成為智能控制單元,這是一個(gè)革命性的變化。

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