智能化變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在變電站自動(dòng)化領(lǐng)域中,智能化電氣的發(fā)展,特別是智能開(kāi)關(guān)、光電式互感器機(jī)電一體化設(shè)備的出現(xiàn),變電站自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)入了數(shù)字化的新階段。在高壓和超高壓變電站中,保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、故障錄波及其他自動(dòng)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(lái)作為智能化一次設(shè)備的一部分。反言之,智能化一次設(shè)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(hù)裝置、測(cè)控等裝置的I/O部分;而在中低壓變電站則將保護(hù)、監(jiān)控裝置小型化、緊湊化,完整地安裝在開(kāi)關(guān)柜上,實(shí)現(xiàn)了變電站機(jī)電一體化設(shè)計(jì)。

智能化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在物理上可分為兩類,即智能化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備;在邏輯結(jié)構(gòu)上可分為三個(gè)層次,根據(jù)IEC61850通信協(xié)議定義,這三個(gè)層次分別稱為"過(guò)程層"、"間隔層"、"站控層"。所謂“過(guò)程層”就是由數(shù)字化變電站技術(shù)引進(jìn)的合并單元和智能終端組成。

⑴ 各類數(shù)據(jù)從源頭實(shí)現(xiàn)數(shù)字化,真正實(shí)現(xiàn)信息集成、網(wǎng)絡(luò)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(cè)量系統(tǒng),如光電/電子式互感器,實(shí)現(xiàn)了電氣量數(shù)據(jù)采集的智能化應(yīng)用,并實(shí)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(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。它打破常規(guī)變電站的監(jiān)視、控制、保護(hù)、故障錄波、量測(cè)與計(jì)量等功能單一、相互獨(dú)立的裝置模式、改變了硬件重復(fù)配置、信息不共享、投資成本大的困局，實(shí)現(xiàn)了變電站由原來(lái)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(shè)備。

⑵ 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊,數(shù)字化電氣量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有體積小、重量輕等特點(diǎn),可以有效地集成在智能開(kāi)關(guān)設(shè)備系統(tǒng)中,按變電站機(jī)電一體化 設(shè)計(jì)理念進(jìn)行功能優(yōu)化組合和設(shè)備布置。對(duì)一、二次設(shè)備進(jìn)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(shí)現(xiàn)了無(wú)縫通信,從而簡(jiǎn)化系統(tǒng)維護(hù)、配置和工程實(shí)施。

⑶ 變電站設(shè)備實(shí)現(xiàn)廣泛在線監(jiān)測(cè),使得設(shè)備狀態(tài)檢修更加科學(xué)可行。在智能化變電站中,可以有效地獲取電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)、各種智能電子裝置IED(Intelligent ElectronicDevice)的故障和動(dòng)作信息及信號(hào)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(shè)備狀態(tài)特征量的采集上沒(méi)有盲區(qū)。設(shè)備檢修策略可以從常規(guī)變電站設(shè)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。

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是智能化變電站自動(dòng)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(dòng)化系統(tǒng)中單套保護(hù)裝置的信息采集與保護(hù)算法的運(yùn)行一般是在同一個(gè)CPU控制下進(jìn)行的,使得同步采樣、A/D轉(zhuǎn)換,運(yùn)算、輸出控制命令整個(gè)流程快速,簡(jiǎn)捷,而全智能化的系統(tǒng)中信息的采樣、保護(hù)算法與控制命令的形成是由網(wǎng)絡(luò)上多個(gè)CPU協(xié)同完成的,如何控制好采樣的同步和保護(hù)命令的快速輸出是一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題,其最基本的條件是網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性,關(guān)鍵技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)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(chǎng)總線技術(shù)不能勝任數(shù)字化變電站自動(dòng)化的技術(shù)要求。以太網(wǎng)異軍突起,已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程控制領(lǐng)域,固化OSI七層協(xié)議,速率達(dá)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(dòng)化系統(tǒng)的兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)全部采用1000M以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)是可行的。

智能化變電站應(yīng)用發(fā)展中的主要問(wèn)題

國(guó)外已有一定的成熟經(jīng)驗(yàn),國(guó)內(nèi)的大專院校、科研院所以及有關(guān)廠家都投入了相當(dāng)?shù)娜肆M(jìn)行開(kāi)發(fā)研究,并且在某些方面取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。但歸納起來(lái),主要存在的問(wèn)題是:

(1) 研究開(kāi)發(fā)過(guò)程中專業(yè)協(xié)作需要加強(qiáng),比如智能化一次的研究：至少存在機(jī)、電、光三個(gè)專業(yè)協(xié)同攻關(guān)的問(wèn)題、而且一次廠家因?yàn)槔麧?rùn)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(jìn)：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(wèn)題;

(3) 試驗(yàn)設(shè)備、測(cè)試方法、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),特別是EMC(電磁干擾與兼容)控制與試驗(yàn)還是薄弱環(huán)節(jié)。

智能化變電站自動(dòng)化是一個(gè)系統(tǒng)工程，要實(shí)現(xiàn)全部智能化變電站自動(dòng)化的功能，還有許多技術(shù)問(wèn)題需要攻關(guān)解決，相信智能化的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)會(huì)有一個(gè)蓬勃的發(fā)展期。國(guó)內(nèi)已有數(shù)個(gè)智能化變電站順利投運(yùn),運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的已達(dá)4年,總的來(lái)看設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn),各類數(shù)據(jù)采集、傳輸無(wú)誤,保護(hù)和自動(dòng)裝置動(dòng)作正常,說(shuō)明智能化變電站的技術(shù)運(yùn)用到實(shí)際中已初步通過(guò)實(shí)踐的檢驗(yàn),滿足了安全、穩(wěn)定的系統(tǒng)運(yùn)行要求。但智能化變電站應(yīng)用發(fā)展中遇到的主要問(wèn)題,還有待進(jìn)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(xué)技術(shù)發(fā)展的必然。

中央信號(hào)屏控制

最初的變電站控制全部靠電纜的繼電器完成，當(dāng)時(shí)的保護(hù)和控制完全由繼電器串聯(lián)回路構(gòu)成。不但繼電器的可靠性（尤其是時(shí)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(guò)熱、絕緣、防火等問(wèn)題。這時(shí)的變電站測(cè)量控制主要是觀察中央信號(hào)屏。

微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（總線方式）

在計(jì)算機(jī)技術(shù)尤其是單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展下，由沈國(guó)榮院士等一批技術(shù)骨干發(fā)展出了微機(jī)繼電保護(hù)裝置，才有了繼電保護(hù)的精確實(shí)現(xiàn)。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，變電站測(cè)控技術(shù)逐步實(shí)現(xiàn)了由計(jì)算機(jī)串口聯(lián)網(wǎng)組成的總線式自動(dòng)化系統(tǒng)，通信靠485或422串行總線完成。實(shí)現(xiàn)了變電站的基本遙信、遙測(cè)、遙脈和遙控的自動(dòng)完成功能。但由于串行總線的通信速率問(wèn)題，信息交換較為簡(jiǎn)單。

微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（網(wǎng)絡(luò)方式）

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和裝置硬件技術(shù)的發(fā)展，在間隔層裝置內(nèi)部集成網(wǎng)口得以實(shí)現(xiàn)。由于以太網(wǎng)的通信速率大大提升，變電站通信技術(shù)采用了對(duì)等式的網(wǎng)絡(luò)傳輸模式，這時(shí)間隔層可以實(shí)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(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)多臺(tái)裝置協(xié)作完成某一功能。這時(shí)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)開(kāi)始采用分層分布式的概念。把保護(hù)和測(cè)控等裝置劃歸間隔層，把監(jiān)控、遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)劃歸站控層。

61850及數(shù)字化變電站

在網(wǎng)絡(luò)方式的控制系統(tǒng)中，各個(gè)變電站自動(dòng)化廠家采用的通信規(guī)約都不相同，導(dǎo)致廠家間的通信成為一大難題。在變電站實(shí)踐過(guò)程中規(guī)約轉(zhuǎn)換成了一大問(wèn)題。采用統(tǒng)一規(guī)約的呼聲逐漸強(qiáng)烈。此時(shí)號(hào)稱要“一個(gè)世界，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)”的61850規(guī)約走來(lái)了。最初采用61850規(guī)約的變電站被成為“61850變電站”。

其實(shí)61850標(biāo)準(zhǔn)的最大特點(diǎn)是已納入電子式互感器，并且為了實(shí)現(xiàn)分布式采樣和就地控制而引入了“過(guò)程層”的概念，這就構(gòu)成了數(shù)字化變電站。過(guò)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(shí)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(yīng)用

為了在數(shù)字化變電站的基礎(chǔ)上，提高變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的信息應(yīng)用水平，實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的跨越，我們提出了智能電網(wǎng)的目標(biāo)。統(tǒng)一數(shù)字化變電站的信息標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)變電站的管理水平，實(shí)現(xiàn)由變電運(yùn)行一區(qū)向二、三、四區(qū)的資源整合，在站控層增加綜合應(yīng)用服務(wù)器、圖形網(wǎng)關(guān)機(jī)和通信網(wǎng)關(guān)機(jī)等實(shí)現(xiàn)變電站信息平臺(tái)的一體化，實(shí)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(cè)系統(tǒng)，公司是上海市科技創(chuàng)業(yè)基金會(huì)旗下企業(yè)。

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(cè)系統(tǒng)，公司是上海市科技創(chuàng)業(yè)基金會(huì)旗下企業(yè)。

公司注重于物聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)電氣行業(yè)產(chǎn)品的結(jié)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(cè)等先進(jìn)的產(chǎn)品及服務(wù)。

公司分別獲得全球創(chuàng)業(yè)周雛鷹獎(jiǎng)、上海市創(chuàng)新基金、上海市科技創(chuàng)業(yè)基金會(huì)優(yōu)秀會(huì)員、上海交通大學(xué)產(chǎn)投俱樂(lè)部?jī)?yōu)秀會(huì)員、上海市物聯(lián)網(wǎng)協(xié)會(huì)優(yōu)秀會(huì)員。

《供電企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)技術(shù)問(wèn)答 變電運(yùn)維》為《供電企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)技術(shù)問(wèn)答》九個(gè)分冊(cè)中的《變電運(yùn)維》分冊(cè)，包括電氣設(shè)備運(yùn)行及維護(hù)、電氣設(shè)備的巡視檢查和驗(yàn)收、倒閘操作、設(shè)備異常及事故處理、繼電保護(hù)及自動(dòng)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。