馬金松

常州凌峰潤源電力工程設(shè)計有限公司 常州市 213119

【摘 要】變電站是電力系統(tǒng)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，擔(dān)負(fù)著電能轉(zhuǎn)換和重新分配的任務(wù)，對于電網(wǎng)的安全、可靠和經(jīng)濟運行起著舉足輕重的作用。數(shù)字化變電站就是將信息采集、傳輸、處理、輸出過程完全數(shù)字化的變電站。全站采用統(tǒng)一的通訊規(guī)約構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)，保護、測控、計量、監(jiān)控、遠動、VQC等系統(tǒng)，均用同一網(wǎng)絡(luò)接收電流、電壓和狀態(tài)信息，各個系統(tǒng)實現(xiàn)信息共享。數(shù)字化變電站技術(shù)意味著變電站自動化系統(tǒng)將邁入一個新的發(fā)展平臺。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化變電站設(shè)計

引言

隨著電力系統(tǒng)容量、輸電電壓等級的提高，使得電力系統(tǒng)的測量與控制更加復(fù)雜，傳統(tǒng)變電站的缺陷日漸突出，主要體現(xiàn)在安全性，可靠性已不能滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)的要求；供電電能質(zhì)量缺乏保證；不適應(yīng)電力系統(tǒng)快速計算和時實控制的要求；維護工作量巨大，設(shè)備可靠性差，不利于提高運行管理水平和自動化水平；占地面積大，增加了征地投資等缺點。數(shù)字化變電站技術(shù)將逐步引領(lǐng)未來變電站自動化系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的趨勢。

一、數(shù)字變電站概述

近年來，大家廣泛關(guān)注 “數(shù)字變電站”這個概念。它一直都在不斷的發(fā)展著，它可以簡單的理解為在已有變電站技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合電子式互感器、網(wǎng)絡(luò)光纖通信技術(shù)及站內(nèi)設(shè)備互操作技術(shù)，向數(shù)字化、自動化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向的綜合進一步延伸。在現(xiàn)有技術(shù)水平不斷發(fā)展和運行經(jīng)驗不斷總結(jié)的基礎(chǔ)上，數(shù)字變電站將以其在數(shù)字化、自動化、智能化、安全性和互操作性等方面的優(yōu)勢，成為未來變電站技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。

以往常規(guī)綜合自動化變電站，系統(tǒng)采用單元間隔布置，設(shè)備與設(shè)備間相對對立，采集裝置通過電纜傳輸模擬信號，測控裝置對信號數(shù)模轉(zhuǎn)換后通過網(wǎng)線將數(shù)字信號傳到后臺監(jiān)控系統(tǒng)收集顯示；而數(shù)字變電站則不同，信息的采集、傳輸和處理的全過程都是數(shù)字化的，而且每個環(huán)節(jié)都具備相應(yīng)的自診斷功能，并采用IEC-61850（電力系統(tǒng)無縫通信的規(guī)約）來構(gòu)建電力通信網(wǎng)絡(luò)，采集、傳輸、測控、計量和監(jiān)控保護等功能都使用同一網(wǎng)絡(luò)接收信息，從而實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的信息實時共享。

數(shù)字變電站的特點可簡單概括為以下幾點：

a、一次設(shè)備智能化：一次設(shè)備信號檢測和控制可直接采用微處理和光電技術(shù)實現(xiàn)，強電信號和控制電纜可用光電信號及光纖代替；b、二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化：保護測量檢測等裝置均基于微處理機設(shè)計，設(shè)備間實現(xiàn)高速網(wǎng)絡(luò)通信；c、生產(chǎn)運行、管理和維護均實現(xiàn)自動化，數(shù)據(jù)由系統(tǒng)統(tǒng)一收集處理；d、自診斷功能；e、信息的實時共享。

二、數(shù)字化變電站的設(shè)計方案探討

1、數(shù)字化變電站設(shè)計分析

就邏輯結(jié)構(gòu)來說，數(shù)字化變電站一體化設(shè)計主要包括：過程層、間隔層與站控層。因為功能不同，在設(shè)計上也要根據(jù)主體功能有所區(qū)分。過程層指的是一、二次設(shè)備之間的結(jié)合面，也就是智能化電氣設(shè)備的智能化方面。過程層的主要功能是：第一，對電力運行進行實時的電氣量檢測；第二，對運行設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)進行在線的檢測與統(tǒng)計；第三，對操作控制進行執(zhí)行與驅(qū)動。間隔層相關(guān)設(shè)備的主要功能是：第一，間隔層負(fù)責(zé)對一次設(shè)備保護控制的實施工作；第二，需要對間隔過程層的實時數(shù)據(jù)進行匯總；第三，對閉鎖功能進行實施運行；第四，對操作同期和其它控制進行待命實施；第五，對統(tǒng)計運算、數(shù)據(jù)采集、控制命令等，間隔層具有優(yōu)先級別進行指令發(fā)出的控制；第六，對通信起到承上啟下的作用，實現(xiàn)過程層與站控層的連接。站控層的主要功能包括：第一，按時登陸歷史數(shù)據(jù)庫，并對全站實時數(shù)據(jù)信息進行匯總，不斷刷新實時數(shù)據(jù)庫，保證數(shù)據(jù)的及時有效；第二，對控制中心的指令進行接收，并向間隔層及過程層發(fā)出指令使其執(zhí)行；第三，將有關(guān)數(shù)據(jù)輸送往控制中心或高度處；第四，可實現(xiàn)人機互聯(lián)，具有站內(nèi)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控作用；第五，有在線的全站操作閉鎖控制功能，具此功能可實現(xiàn)編程；第六，對間隔層和過程層的各類設(shè)備進行在線維護、在線修改參數(shù)等；第七，對變電站的故障進行智能化分析，并實施操作培訓(xùn)。

2、數(shù)字化變電站數(shù)據(jù)庫建立

使用數(shù)據(jù)庫的設(shè)計方法，首先要對數(shù)字化變電站中基礎(chǔ)性設(shè)施與電力設(shè)備等等進行數(shù)據(jù)庫搭建工作，對數(shù)據(jù)庫不同實體的“配置”進行反復(fù)的使用，從而來幫助完成不同等級的變電站的數(shù)字化設(shè)計。數(shù)據(jù)庫的建立采用SolidWorks軟件，將電力設(shè)備以及常用的設(shè)施以多配置的方式引入數(shù)據(jù)庫設(shè)計，從而實現(xiàn)數(shù)字化；另外，對特殊設(shè)施和環(huán)境（如地基等）的設(shè)計，最好采用分別設(shè)計的方法來實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫。 建立數(shù)據(jù)庫主要包括以下內(nèi)容：主變壓器實體數(shù)據(jù)庫、電容組實體數(shù)據(jù)庫、常用基礎(chǔ)設(shè)施實體數(shù)據(jù)庫。在設(shè)計過程中，小型的電力設(shè)備最好采用零件方式來建立數(shù)據(jù)庫，并將材質(zhì)、重量等真實屬性設(shè)計進去，然后再根據(jù)不同等級變電站的實際需求情況進行針對性的設(shè)計；大型的電力設(shè)備，則需要分散設(shè)計，即將設(shè)備分解成3-5個零部件來進行相應(yīng)的設(shè)計操作，但要注意的是分解的零件不要過多，否則可能影響整體性的設(shè)計，每一個零部件的設(shè)計與前述小型電力設(shè)備相同，等將各零部件總裝后，同樣需要根據(jù)不同情況進行針對性的再設(shè)計。

3、數(shù)字化設(shè)計

設(shè)計人員應(yīng)該在數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)之上，依照基礎(chǔ)性設(shè)施裝配體與電力設(shè)備、控制裝配體、線路連接、環(huán)境裝配體的順序和步驟進行逐步設(shè)計。首先，電力設(shè)備及基礎(chǔ)性設(shè)施裝配的設(shè)計：數(shù)據(jù)庫中調(diào)用基礎(chǔ)設(shè)施的零部件，選取零件具體配置進行基準(zhǔn)面的建立，再從數(shù)據(jù)庫中調(diào)入設(shè)備，進行基準(zhǔn)面與相應(yīng)配置的調(diào)整，完成此類裝配體的構(gòu)建。其次，線路連接與控制的設(shè)計：在上一設(shè)計的基礎(chǔ)上插入空的裝配體，并在其中生成不同設(shè)備區(qū)域所需的各類接線零件，在總裝配體當(dāng)中編輯這些零件，并利用結(jié)構(gòu)件實際功能以及3D草圖來設(shè)計出實體的線路裝配圖。第三，環(huán)境設(shè)計：通過掃描好的周圍環(huán)境生成3D的實體環(huán)境草圖，導(dǎo)入總裝配體當(dāng)中以完成整個設(shè)計。

三、數(shù)字變電站建設(shè)運營的效益

數(shù)字變電站的建設(shè)，不但可緩解如今變電站供電能力吃緊狀況，也可以滿足工農(nóng)業(yè)及居民生活用電的前提下，還可以優(yōu)化整合地區(qū)的供電系統(tǒng)，從中降低了電能損耗，還能提高供電效率。從經(jīng)濟效益方面來講，數(shù)字變電站的建設(shè)可提高設(shè)備維護的安全性，可避免設(shè)備損耗以及造成人員傷亡事故造成經(jīng)濟上的損失。同時，數(shù)字變電站大多數(shù)設(shè)備及線路都具有自診斷功能，維護起來更快捷方便，也大大降低成本。從社會效益來說，數(shù)字變電站的安全性及穩(wěn)定性對保證電網(wǎng)穩(wěn)定可靠運行、實現(xiàn)精簡機構(gòu)、增加效益有顯著的效果。

四、結(jié)束語

隨著國內(nèi)部分地區(qū)數(shù)字變電站的順利投入運行，總體情況良好，設(shè)備運行平穩(wěn)，保護裝置及自動裝置動作正常，數(shù)據(jù)采集傳輸無誤，也再次說明了數(shù)字變電站技術(shù)在實際應(yīng)用是完全可行的，滿足安全穩(wěn)定運行的要求，具有傳統(tǒng)常規(guī)變電站無法比擬的優(yōu)勢。不久的將來，數(shù)字變電站將會全面普及推廣，必將推動電網(wǎng)自動化建設(shè)的進一步發(fā)展，提高整體電網(wǎng)的運行管理水平。數(shù)字變電站建設(shè)是一個系統(tǒng)工程，要進一步實現(xiàn)數(shù)字變電站自動化系統(tǒng)功能還有許多技術(shù)問題需要攻關(guān)解決，但作者相信在不太遠的將來，數(shù)字變電站系統(tǒng)將有一個蓬勃的發(fā)展期。

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