周 圍

國網(wǎng)河南省電力公司信陽供電公司，河南信陽 464000

基于數(shù)字化的變電站自動(dòng)化技術(shù)研究

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國網(wǎng)河南省電力公司信陽供電公司，河南信陽 464000

變電站作為我國電力系統(tǒng)的重要組成部分，在電能輸送中發(fā)揮著不可替代的重要作用，數(shù)字化變電站實(shí)現(xiàn)了變電站系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化，并且通過應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，極大地提高了變電站運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，推動(dòng)我國電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展。本文簡要介紹了數(shù)字化變電站建設(shè)的基本架構(gòu)，分析了數(shù)字化變電站系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀，闡述了基于數(shù)字化的變電站自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢，以供參考。

數(shù)字化；變電站；自動(dòng)化技術(shù)

隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)變電站已經(jīng)無法滿足電力系統(tǒng)運(yùn)行需求，而數(shù)字化變電站應(yīng)用大規(guī)模集成電路，運(yùn)用通信網(wǎng)絡(luò)、繼電保護(hù)自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)等專業(yè)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，逐漸實(shí)現(xiàn)了變電站電氣設(shè)備的智能化和網(wǎng)絡(luò)化，自動(dòng)化技術(shù)在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了信息共享，為變電站管理和維護(hù)提供了更加便利的條件。

1 數(shù)字化變電站建設(shè)的基本架構(gòu)

1.1 站控層

站控層是數(shù)字化變電站系統(tǒng)中非常關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)，其主要用于定時(shí)登錄數(shù)字化變電站系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，實(shí)時(shí)刷新數(shù)據(jù)庫信息，按照數(shù)字化變電站運(yùn)行要求，采集調(diào)度中心相關(guān)數(shù)據(jù)信息保存在數(shù)據(jù)庫中，并且將相關(guān)指令和信息向變電站的間隔層和過程層進(jìn)行反饋。同時(shí)，工作人員可在數(shù)字化變電站的站控層進(jìn)行在線編程，實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)交互，并且可實(shí)時(shí)監(jiān)控變電站系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，基于變電站系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)在線修理和維護(hù)間隔層和過程層出現(xiàn)的運(yùn)行故障，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化變電站故障分析、診斷和維護(hù)的自動(dòng)化和智能化。另外，數(shù)字化變電站站控層具有觸控、打印、預(yù)警、顯示等操作功能，可以很好地保障數(shù)字化變電站安全運(yùn)行。

1.2 間隔層

數(shù)字化變電站間隔層主要通過實(shí)時(shí)匯總變電站系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息，有效控制一次設(shè)備和系統(tǒng)線路的繼電保護(hù)。同時(shí)，間隔層實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化變電站間隔操作的控制鎖止，可優(yōu)先獲得控制命令、運(yùn)算、整體分析、數(shù)據(jù)采集等控制權(quán)，在數(shù)字化變電站系統(tǒng)中發(fā)揮著銜接過渡的作用，并且基于變電站通信系統(tǒng)，間隔層中的各種電氣設(shè)備實(shí)現(xiàn)了相互對(duì)話、信息共享的功能[1]。

1.3 過程層

數(shù)字化變電站過程層通過檢測諧波分量、相位、電流和電壓，根據(jù)間隔層電氣設(shè)備運(yùn)行情況，結(jié)合這些參數(shù)，計(jì)算出變電站的電能量、無功功率和有功功率。其次，檢測數(shù)字化變電站運(yùn)行情況，做好壓力、電解液密度、溫度、絕緣等級(jí)等數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，匯總這些數(shù)據(jù)信息傳送到數(shù)字化變電站系統(tǒng)服務(wù)器上，有效控制數(shù)字化變電站具體操作，包括開關(guān)分合控制、斷路器隔斷控制、升壓器接頭控制、直流電源和交流電源充放電控制、電感電容投切控制等。

2 數(shù)字化變電站系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 可靠性較低

數(shù)字化變電站系統(tǒng)過程層引進(jìn)了很多電氣設(shè)備，需要設(shè)置合并器，但是在變電站實(shí)際應(yīng)用中，合并器頻繁地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，會(huì)嚴(yán)重影響數(shù)字化變電站運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。數(shù)字化變電站系統(tǒng)采用數(shù)字化信息傳輸，容易出現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作延時(shí)、誤碼等問題。并且，電子式互感器和光電式互感器工作方式和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)具有特殊性，使得數(shù)字化變電站無法順利對(duì)互感器進(jìn)行比差、角差的現(xiàn)場試驗(yàn)，也不能順利開展極性試驗(yàn)，在電氣設(shè)備帶電投運(yùn)后，影響接線檢驗(yàn)的可靠性和準(zhǔn)確性。

2.2 保護(hù)不足

數(shù)字化變電站運(yùn)行條件下，部分線路的間隔保護(hù)和保護(hù)校驗(yàn)比較復(fù)雜，操作難度較大，變電站系統(tǒng)所需的電壓量和電流量無法從常規(guī)繼電保護(hù)裝置中獲得，由于數(shù)字化變電站電壓量和電流量要先通過合并器才能流入保護(hù)系統(tǒng)，但是試驗(yàn)過程中需提供標(biāo)準(zhǔn)的電壓量和電流量，并且自帶合并器才能進(jìn)行模擬試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化變電站的誤差保護(hù)，這給電壓量、電流量保護(hù)校驗(yàn)帶來很大麻煩[2]。當(dāng)前，數(shù)字化變電站主要基于IEC61850通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備、一次設(shè)備的信息通信，但是受到技術(shù)方面的限制，數(shù)字化接口和通信還存在一些問題，影響了數(shù)字化變電站保護(hù)的可靠性和穩(wěn)定性。另外，IEC61850通信協(xié)議沒有明確變電站的安全保護(hù)設(shè)置，由于該協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)性和開放性，給數(shù)字化變電站系統(tǒng)埋下很多安全隱患。

3 基于數(shù)字化的變電站自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢

3.1 建立了統(tǒng)一的信息共享平臺(tái)

數(shù)字化變電站基于IEC61850通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備和一次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化、智能化，基于同一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)，該變電站的監(jiān)控、計(jì)量、測控、保護(hù)等模塊接收諧波、電壓、電流等信息，發(fā)送控制信息，不用再為數(shù)字化變電站的不同功能構(gòu)建信息執(zhí)行、傳輸和采集系統(tǒng)，構(gòu)建統(tǒng)一的功能模型、數(shù)據(jù)模型和信息模型，通過通信服務(wù)接口、對(duì)象建模，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化變電站電氣設(shè)備的互操作和信息共享，使控制中心和變電站系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫通信，可有效提高數(shù)字化變電站的互操作性，實(shí)現(xiàn)信息在數(shù)字化變電站支持系統(tǒng)和各種運(yùn)行系統(tǒng)的共享，減少數(shù)字化變電站重復(fù)建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)總投資成本。

3.2 更新變電站功能

數(shù)字化變電站通過通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)各種電氣設(shè)備之間的信息交換，若數(shù)字化變電站需要進(jìn)一步擴(kuò)大系統(tǒng)規(guī)模或者增加一些個(gè)性化功能，只需要在通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上設(shè)置新的系統(tǒng)模塊或者引入新設(shè)備，不用將原有設(shè)備更換掉，極大地減少數(shù)字化變電站的建設(shè)成本，節(jié)約各種資源，簡化數(shù)字化變電站運(yùn)行操作，不斷提高將數(shù)字化變電站的運(yùn)行效率。

3.3 有效提升變電站運(yùn)行可靠性和安全性

傳統(tǒng)變電站系統(tǒng)的電氣設(shè)備和通信設(shè)備主要通過電纜線路接收和傳輸數(shù)據(jù)信息，需要耗費(fèi)大量的人力資源和電纜資源，并且維護(hù)檢修難度較大，成本很高。數(shù)字化變電站主要采用光纖線路，有效解決了普通電纜線路的電磁兼容問題，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化變電站高低壓系統(tǒng)的電氣隔離，極大地減少了變電站系統(tǒng)調(diào)試保護(hù)、設(shè)備檢修的工作量。另外，數(shù)字化變電站系統(tǒng)用網(wǎng)線或者光纖通信替代傳統(tǒng)二次回路接線，消除了二次回路的絕緣、接觸隱患[3]，極大地提高了數(shù)字化變電站的可靠性和安全性，節(jié)省了變電站系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)的大量人力、物力和財(cái)力。

3.4 提高了測量精度

傳統(tǒng)變電站系統(tǒng)二次設(shè)備和一次設(shè)備信號(hào)采集和互感器模擬信號(hào)輸送過程中存在附加誤差，而數(shù)字化變電站系統(tǒng)中設(shè)置了多個(gè)電子式互感器，數(shù)字信號(hào)采集準(zhǔn)確度較高，這樣可保障數(shù)字化變電站計(jì)量系統(tǒng)、測量系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)的精度，有效提升數(shù)字化變電站的運(yùn)行效率和工作質(zhì)量。同時(shí)，數(shù)字化變電站的電氣量測模塊重量輕、體積小，智能開關(guān)設(shè)備系統(tǒng)應(yīng)用集成化電路模塊，按照一體化機(jī)電設(shè)計(jì)理念，合理布置數(shù)字化變電站電氣設(shè)備，實(shí)現(xiàn)各種功能的組合優(yōu)化。

4 結(jié)論

基于數(shù)字化的變電站自動(dòng)化技術(shù)推動(dòng)了我國電網(wǎng)的自動(dòng)化、數(shù)字化和智能化發(fā)展，結(jié)合數(shù)字化變電站的基本結(jié)構(gòu)設(shè)置情況，針對(duì)當(dāng)前數(shù)字化變電站運(yùn)行現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化技術(shù)在數(shù)字化變電站的有效應(yīng)用，提高變電站系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。

[1]汪洋.數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性研究[D].安徽理工大學(xué)，2015.

[2]高翔.數(shù)字化變電站若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D].浙江大學(xué)，2008.

[3]鄭旖柏.數(shù)字化變電站及其過程總線研究與設(shè)計(jì)[D].湖南大學(xué)，2011.

TM6

A

1674-6708（2015）142-0130-02