劉小彩

LIU Xiao-cai

（鄭州電力高等?？茖W(xué)校，鄭州 450004）

0 引言

數(shù)字化變電站就是變電站內(nèi)一次電氣設(shè)備和二次電子裝置均實(shí)現(xiàn)數(shù)字化通信，并具有全站統(tǒng)一的數(shù)據(jù)建模及數(shù)據(jù)通信平臺(tái)，在此平臺(tái)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)智能裝置之間的互操作性。數(shù)字化變電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)繼承并發(fā)展了分層分布式變電站結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，同時(shí)隨著電子式互感器、智能開(kāi)關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，使得數(shù)字化變電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)又有了不同于常規(guī)變電站的革命性變化。本文根據(jù)電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)，闡述作為數(shù)字化電網(wǎng)基礎(chǔ)的數(shù)字化變電站的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用問(wèn)題。

1 數(shù)字化變電站具有的主要特點(diǎn)

1.1 數(shù)字化的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

采用如光電式或電子式互感器的數(shù)字化電氣量測(cè)系統(tǒng)采集變電站電流、電壓等電氣量，不僅實(shí)現(xiàn)了一、二次系統(tǒng)的電氣隔離，而且增大了電氣量的動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍和測(cè)量精度，為信息集成化應(yīng)用提供了保障[1]。變電站系統(tǒng)應(yīng)是全部數(shù)字化實(shí)現(xiàn)和集成。

1.2 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。使用智能的一次設(shè)備，應(yīng)使傳統(tǒng)的設(shè)備均應(yīng)具備智能接口，變電站內(nèi)各個(gè)設(shè)備采用統(tǒng)一的IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的互操作性。

1.3 分層分布分散的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在物理上可分為兩類，即智能化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備；系統(tǒng)采用成熟的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和開(kāi)放式互連規(guī)約，能夠更完整地記錄設(shè)備信息并顯著地提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。依據(jù)電力系統(tǒng)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)體系的建模標(biāo)準(zhǔn)[2]，在邏輯結(jié)構(gòu)上可分為過(guò)程層、間隔層、站控層的三層結(jié)構(gòu)模型，各層次內(nèi)部及層次之間采用高速網(wǎng)絡(luò)通信。

1.4 網(wǎng)絡(luò)化的信息通信技術(shù)

采用現(xiàn)代通信技術(shù)，使用通信媒介替代傳統(tǒng)的電纜，分層組網(wǎng)使變電站層次結(jié)構(gòu)關(guān)系得以簡(jiǎn)化，降低二次系統(tǒng)的復(fù)雜性。變電站內(nèi)的二次設(shè)備全部基于標(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，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源共享[3]。利用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)跨變電站，區(qū)域電網(wǎng)的保護(hù)和自動(dòng)協(xié)調(diào)控制。

1.5 設(shè)備實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修

在數(shù)字化變電站中，可以有效地獲取電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)以及各種IED裝置的故障和動(dòng)作信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)操作及信號(hào)回路狀態(tài)的有效監(jiān)視。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”，從而大大提高系統(tǒng)的可用性。

1.6 自動(dòng)化的運(yùn)行管理技術(shù)

變電站運(yùn)行管理自動(dòng)化技術(shù)包括電力生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)、狀態(tài)記錄統(tǒng)計(jì)無(wú)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，提出故障處理意見(jiàn)；智能化一次設(shè)備可直接處理設(shè)備信息并獨(dú)立執(zhí)行本地功能，具有自檢功能，發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)能及時(shí)報(bào)警；系統(tǒng)能自動(dòng)發(fā)出變電站設(shè)備檢修報(bào)告.新型高壓斷路器二次系統(tǒng)是采用微機(jī)、電力電子技術(shù)和新型傳感器建立起來(lái)的，如ABB公司的PASS和SIEMENS 公司的HIS等。

2 數(shù)字化變電站的技術(shù)應(yīng)用情況

2.1 光電/電子式互感器的問(wèn)題。

目前光電/電子式互感器的產(chǎn)品可選型號(hào)相對(duì)較少，部分高電壓等級(jí)的電流互感器變比較大，不能滿足現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行需要。只能在合并器上采用軟件的方法修改變比，使得TA的輸出精度可能無(wú)法滿足要求，給變電站的計(jì)量、保護(hù)都帶來(lái)一定的負(fù)面影響。同時(shí)由于光電/電子式互感器本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作方式，導(dǎo)致互感器的角差、比差現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)難以進(jìn)行，甚至極性試驗(yàn)也無(wú)法開(kāi)展，只能等到設(shè)備投運(yùn)帶電后，才能檢驗(yàn)接線的準(zhǔn)確性。這都需要設(shè)備廠家和運(yùn)行主管單位專門制定。

2.2 數(shù)字化電氣測(cè)量系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題

數(shù)字化電氣測(cè)量系統(tǒng)的穩(wěn)定性對(duì)于數(shù)字化變電站至關(guān)重要。其中主要是非常規(guī)互感器，非常規(guī)互感器中包含的光電傳感器和光纖二次回路通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性、穩(wěn)定性直接關(guān)系到數(shù)字化變電站數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性。互感器存在測(cè)量精度不穩(wěn)定且有偏差的問(wèn)題，這是由于線性雙折射現(xiàn)象及發(fā)光源器件發(fā)光強(qiáng)度下降、光傳輸環(huán)節(jié)引起偏振角變化和不同材料的維爾德常數(shù)受外界溫度的影響也不同等因素造成的[6]要減小磁光材料或者晶體自身的雙折射以及環(huán)境氣候等的影響，必須對(duì)造成傳感頭誤差的各種因素進(jìn)行分析并研究減小其影響的辦法。

2.3 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)選型問(wèn)題

全數(shù)字化的系統(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。目前，以太網(wǎng)已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程控制領(lǐng)域，嵌入式以太網(wǎng)的出現(xiàn)為數(shù)字化變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者提供了實(shí)現(xiàn)站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)通信的新途徑[3]，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100MHz以太網(wǎng)技術(shù)是可行的。

2.4 IEC61850通信協(xié)議應(yīng)用問(wèn)題。

IEC61850通信協(xié)議本身并未對(duì)變電站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全性做任何規(guī)定，同時(shí)協(xié)議本身的開(kāi)放性和標(biāo)準(zhǔn)性給變電站的網(wǎng)絡(luò)安全帶來(lái)重大隱患。要做到二次系統(tǒng)信息的保密性、完整性、可用性和確定性，符合二次系統(tǒng)安全防護(hù)的要求，是自動(dòng)化廠家仍需考慮和完善的技術(shù)環(huán)節(jié)。雖然目前已投運(yùn)的變電站采取了防火墻、分層分區(qū)隔離等手段進(jìn)行防護(hù)，但防護(hù)的效果仍有待時(shí)間的考驗(yàn)。

2.5 數(shù)字化變電站給變電運(yùn)行工作帶來(lái)的新挑戰(zhàn)

數(shù)字化變電站越來(lái)越體現(xiàn)出一次設(shè)備和二次設(shè)備的融合。因此將來(lái)智能開(kāi)關(guān)的修試工作如交流耐壓試驗(yàn)、泄漏電流的測(cè)量等必須考慮到這些精密二次設(shè)備的存在，稍有不慎很可能造成設(shè)備損壞。而且評(píng)價(jià)開(kāi)關(guān)的好壞不僅由過(guò)去傳統(tǒng)的絕緣試驗(yàn)和機(jī)械試驗(yàn)參數(shù)決定，還要考慮其中二次設(shè)備的控制、監(jiān)視、數(shù)據(jù)傳輸速率和正確性等指標(biāo)。

2.6 狀態(tài)檢修在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用問(wèn)題

在線監(jiān)測(cè)是推行狀態(tài)檢修的關(guān)鍵技術(shù)支撐，由于它能在運(yùn)行狀態(tài)下連續(xù)進(jìn)行測(cè)試，因而能及時(shí)、有效地發(fā)現(xiàn)設(shè)備的早期缺陷，并據(jù)此確定檢修時(shí)機(jī)。應(yīng)考慮設(shè)備投入使用后與監(jiān)測(cè)裝置的統(tǒng)一配合，加快在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的實(shí)用化進(jìn)程。此外還應(yīng)注意提高設(shè)備狀態(tài)的分析水平。提高設(shè)備狀態(tài)分析水平是狀態(tài)監(jiān)測(cè)與狀態(tài)檢修相銜接的關(guān)鍵一環(huán)。要制定更科學(xué)的檢修策略的數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法應(yīng)用到狀態(tài)檢修中去，即通過(guò)對(duì)有關(guān)設(shè)備大量的歷史資料，對(duì)某類設(shè)備的狀態(tài)作出評(píng)估，對(duì)其狀態(tài)的變化趨勢(shì)或規(guī)律作出預(yù)測(cè)。

3 結(jié)束語(yǔ)

數(shù)字化變電站技術(shù)的發(fā)展將是個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程。建設(shè)以光電式互感器、智能化集成開(kāi)關(guān)、智能變壓器等數(shù)字化一次設(shè)備和其他智能電子設(shè)備為基礎(chǔ)的新型變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化變電站站內(nèi)各層間的無(wú)縫通信，最大限度地滿足信息共享和系統(tǒng)集成的要求，則是數(shù)字化變電站技術(shù)的發(fā)展方向?？傊?，數(shù)字化變電站自動(dòng)化是一個(gè)系統(tǒng)工程，要實(shí)現(xiàn)全部數(shù)字化變電站自動(dòng)化的功能，還有許多技術(shù)問(wèn)題需要攻關(guān)解決。

[1]曾慶禹.電力系統(tǒng)數(shù)字光電量測(cè)系統(tǒng)的原理及技術(shù)[J].電網(wǎng)技術(shù),2001,25（41）：1-5．

[2]高翔.數(shù)字化變電站應(yīng)用展望[J].華東電力,2006,34（8）47-53.

[3]丁書文.數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)選型.繼電器，2003,31（7）：37-40．