智能化變電站網(wǎng)絡選型

網(wǎng)絡系統(tǒng)是智能化變電站自動化系統(tǒng)的命脈,它的可*性與信息傳輸?shù)目焖傩詻Q定了系統(tǒng)的可用性。常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)中單套保護裝置的信息采集與保護算法的運行一般是在同一個CPU控制下進行的,使得同步采樣、A/D轉(zhuǎn)換,運算、輸出控制命令整個流程快速,簡捷,而全智能化的系統(tǒng)中信息的采樣、保護算法與控制命令的形成是由網(wǎng)絡上多個CPU協(xié)同完成的,如何控制好采樣的同步和保護命令的快速輸出是一個復雜問題,其最基本的條件是網(wǎng)絡的適應性,關鍵技術是網(wǎng)絡通信速度的提高和合適的通信協(xié)議的制定。

采用通常的現(xiàn)場總線技術不能勝任數(shù)字化變電站自動化的技術要求。以太網(wǎng)異軍突起,已經(jīng)進入工業(yè)自動化過程控制領域,固化OSI七層協(xié)議,速率達到1000M的嵌入式以太網(wǎng)控制與接口芯片已大量出現(xiàn),智能化變電站自動化系統(tǒng)的兩級網(wǎng)絡全部采用1000M以太網(wǎng)技術已經(jīng)是可行的。

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),變電站自動化技術進入了數(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、控制回路等將割列出來作為智能化一次設備的一部分。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;而在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。

智能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三個層次,根據(jù)IEC61850通信協(xié)議定義,這三個層次分別稱為"過程層"、"間隔層"、"站控層"。所謂“過程層”就是由數(shù)字化變電站技術引進的合并單元和智能終端組成。

⑴ 各類數(shù)據(jù)從源頭實現(xiàn)數(shù)字化,真正實現(xiàn)信息集成、網(wǎng)絡通信、數(shù)據(jù)共享。在電流、電壓的采集環(huán)節(jié)采用智能化電氣測量系統(tǒng),如光電/電子式互感器,實現(xiàn)了電氣量數(shù)據(jù)采集的智能化應用,并實現(xiàn)了由常規(guī)變電站的裝置冗余向智能化變電站的信息冗余的轉(zhuǎn)變,為實現(xiàn)智能電網(wǎng)的應用提供了基礎。它打破常規(guī)變電站的監(jiān)視、控制、保護、故障錄波、量測與計量等功能單一、相互獨立的裝置模式、改變了硬件重復配置、信息不共享、投資成本大的困局，實現(xiàn)了變電站由原來分散的二次系統(tǒng)裝置，轉(zhuǎn)變成為信息集成和功能合理優(yōu)化、整合的智能化設備。

⑵ 系統(tǒng)結構更加緊湊,數(shù)字化電氣量監(jiān)測系統(tǒng)具有體積小、重量輕等特點,可以有效地集成在智能開關設備系統(tǒng)中,按變電站機電一體化 設計理念進行功能優(yōu)化組合和設備布置。對一、二次設備進行統(tǒng)一建模,資源采用全局統(tǒng)一命名規(guī)則,變電站內(nèi)及變電站與控制中心之間實現(xiàn)了無縫通信,從而簡化系統(tǒng)維護、配置和工程實施。

⑶ 變電站設備實現(xiàn)廣泛在線監(jiān)測,使得設備狀態(tài)檢修更加科學可行。在智能化變電站中,可以有效地獲取電網(wǎng)運行狀態(tài)數(shù)據(jù)、各種智能電子裝置IED(Intelligent ElectronicDevice)的故障和動作信息及信號回路狀態(tài)。智能化變電站中將幾乎不再存在未被監(jiān)視的功能單元,在設備狀態(tài)特征量的采集上沒有盲區(qū)。設備檢修策略可以從常規(guī)變電站設備的"定期檢修"變成"狀態(tài)檢修",這將大大提高系統(tǒng)的可用性。

智能化變電站應用發(fā)展中的主要問題

國外已有一定的成熟經(jīng)驗,國內(nèi)的大專院校、科研院所以及有關廠家都投入了相當?shù)娜肆M行開發(fā)研究,并且在某些方面取得了實質(zhì)性的進展。但歸納起來,主要存在的問題是:

(1) 研究開發(fā)過程中專業(yè)協(xié)作需要加強,比如智能化一次的研究：至少存在機、電、光三個專業(yè)協(xié)同攻關的問題、而且一次廠家因為利潤低等原因意愿不大，主要是二次倒逼一次;

(2) 材料器件方面的缺陷及改進：主要還在于數(shù)字式互感器的可靠性和環(huán)境兼容性等問題;

(3) 試驗設備、測試方法、檢驗標準,特別是EMC(電磁干擾與兼容)控制與試驗還是薄弱環(huán)節(jié)。

智能化變電站自動化是一個系統(tǒng)工程，要實現(xiàn)全部智能化變電站自動化的功能，還有許多技術問題需要攻關解決，相信智能化的變電站自動化系統(tǒng)會有一個蓬勃的發(fā)展期。國內(nèi)已有數(shù)個智能化變電站順利投運,運行時間最長的已達4年,總的來看設備運行平穩(wěn),各類數(shù)據(jù)采集、傳輸無誤,保護和自動裝置動作正常,說明智能化變電站的技術運用到實際中已初步通過實踐的檢驗,滿足了安全、穩(wěn)定的系統(tǒng)運行要求。但智能化變電站應用發(fā)展中遇到的主要問題,還有待進一步深入研究和解決。

智能化變電站作為變電站發(fā)展的新的里程碑，也是科學技術發(fā)展的必然。

中央信號屏控制

最初的變電站控制全部靠電纜的繼電器完成，當時的保護和控制完全由繼電器串聯(lián)回路構成。不但繼電器的可靠性（尤其是時間繼電器的可靠性）很差，而且大量的二次電纜很容易造成過熱、絕緣、防火等問題。這時的變電站測量控制主要是觀察中央信號屏。

微機綜合自動化系統(tǒng)（總線方式）

在計算機技術尤其是單片機技術的發(fā)展下，由沈國榮院士等一批技術骨干發(fā)展出了微機繼電保護裝置，才有了繼電保護的精確實現(xiàn)。

隨著計算機技術的進步，變電站測控技術逐步實現(xiàn)了由計算機串口聯(lián)網(wǎng)組成的總線式自動化系統(tǒng)，通信靠485或422串行總線完成。實現(xiàn)了變電站的基本遙信、遙測、遙脈和遙控的自動完成功能。但由于串行總線的通信速率問題，信息交換較為簡單。

微機綜合自動化系統(tǒng)（網(wǎng)絡方式）

隨著網(wǎng)絡技術和裝置硬件技術的發(fā)展，在間隔層裝置內(nèi)部集成網(wǎng)口得以實現(xiàn)。由于以太網(wǎng)的通信速率大大提升，變電站通信技術采用了對等式的網(wǎng)絡傳輸模式，這時間隔層可以實現(xiàn)裝置間的通信，從而發(fā)展出一系列像間隔五防等利用網(wǎng)絡平臺實現(xiàn)多臺裝置協(xié)作完成某一功能。這時的變電站自動化系統(tǒng)開始采用分層分布式的概念。把保護和測控等裝置劃歸間隔層，把監(jiān)控、遠動系統(tǒng)劃歸站控層。

61850及數(shù)字化變電站

在網(wǎng)絡方式的控制系統(tǒng)中，各個變電站自動化廠家采用的通信規(guī)約都不相同，導致廠家間的通信成為一大難題。在變電站實踐過程中規(guī)約轉(zhuǎn)換成了一大問題。采用統(tǒng)一規(guī)約的呼聲逐漸強烈。此時號稱要“一個世界，一個標準”的61850規(guī)約走來了。最初采用61850規(guī)約的變電站被成為“61850變電站”。

其實61850標準的最大特點是已納入電子式互感器，并且為了實現(xiàn)分布式采樣和就地控制而引入了“過程層”的概念，這就構成了數(shù)字化變電站。過程層就是由電子式互感器、合并器和智能終端組成的，他們之間全部采用光纜連接，取消了電纜的聯(lián)系，徹底實現(xiàn)了裝置間和裝置與主控室的電氣隔離。

智能化變電站的應用

為了在數(shù)字化變電站的基礎上，提高變電站自動化系統(tǒng)的信息應用水平，實現(xiàn)智能電網(wǎng)的跨越，我們提出了智能電網(wǎng)的目標。統(tǒng)一數(shù)字化變電站的信息標準，加強變電站的管理水平，實現(xiàn)由變電運行一區(qū)向二、三、四區(qū)的資源整合，在站控層增加綜合應用服務器、圖形網(wǎng)關機和通信網(wǎng)關機等實現(xiàn)變電站信息平臺的一體化，實現(xiàn)了全站信息數(shù)字化。

智能化變電站的環(huán)保衛(wèi)士。上芃電氣精心提供變電站提供全方位的SF6氣體、變壓器油等產(chǎn)品的智能化在線監(jiān)測系統(tǒng)，公司是上海市科技創(chuàng)業(yè)基金會旗下企業(yè)。

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公司注重于物聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)電氣行業(yè)產(chǎn)品的結合，全力提供基于4G的SF6氣體密度、微水在線監(jiān)控、紅外線SF6氣體泄漏監(jiān)控、高壓在線絕緣監(jiān)測等先進的產(chǎn)品及服務。

公司分別獲得全球創(chuàng)業(yè)周雛鷹獎、上海市創(chuàng)新基金、上海市科技創(chuàng)業(yè)基金會優(yōu)秀會員、上海交通大學產(chǎn)投俱樂部優(yōu)秀會員、上海市物聯(lián)網(wǎng)協(xié)會優(yōu)秀會員。

《供電企業(yè)現(xiàn)場作業(yè)技術問答 變電運維》為《供電企業(yè)現(xiàn)場作業(yè)技術問答》九個分冊中的《變電運維》分冊，包括電氣設備運行及維護、電氣設備的巡視檢查和驗收、倒閘操作、設備異常及事故處理、繼電保護及自動裝置、安全管理、綜合管理、狀態(tài)檢修、智能化變電站及智能電網(wǎng)等內(nèi)容。