趙亮 朱鶴 陳建凱
摘 要:本文對數(shù)字化變電站進(jìn)行了簡要的介紹,闡述了數(shù)字化變電站的應(yīng)用特點(diǎn),針對數(shù)字化變電站IEC標(biāo)準(zhǔn)的推廣進(jìn)行了深入的研究,提出了幾條推廣的測量,希望可以幫助數(shù)字化變電站IEC標(biāo)準(zhǔn)更好的進(jìn)行應(yīng)用和推廣。
關(guān)鍵詞:數(shù)字化變電站;IEC標(biāo)準(zhǔn);應(yīng)用;推廣
隨著我國科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,數(shù)字化變電站也取得了巨大的進(jìn)步,很多技術(shù)更加成熟和完善。在數(shù)字化變電站的發(fā)展過程中,對于電力設(shè)備以及系統(tǒng)有了更高的要求,需要其開放自動(dòng)化系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備以及系統(tǒng)之間的有效連接,方便進(jìn)行相互操作,兼容相關(guān)的接口、協(xié)議以及數(shù)據(jù)。為了促進(jìn)這一目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn),國際電工委員會(huì)(IEC)制定了一系列的協(xié)議以及標(biāo)準(zhǔn),基于IEC標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上,加強(qiáng)數(shù)字化變電站的建設(shè)力度,對于我國數(shù)字化變電站的發(fā)展有著非常重要的意義。
1 數(shù)字化變電站
1.1 數(shù)字化變電站概念
數(shù)字化變電站基于IEC61850通信規(guī)范建立,有智能化一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備組合構(gòu)建而成,屬于一種現(xiàn)代化的變電站,通過數(shù)字化變電站,可以實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)部各個(gè)電氣設(shè)備之間的信息共享和互操作功能。
1.2 數(shù)字化變電站特點(diǎn)
1.2.1 智能化一次設(shè)備
智能化一次設(shè)備對原有一次設(shè)備重新進(jìn)行了設(shè)計(jì),采用電子式互感器替代了傳統(tǒng)互感器,通過集成智能化一次設(shè)備實(shí)現(xiàn)了之前需要用二次電纜傳輸?shù)男盘柫浚瑢φ麄€(gè)繼電器以及其控制回路進(jìn)行了簡化,放棄了傳統(tǒng)的導(dǎo)線連接法,選擇用數(shù)字公共信號網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)。也就是說,通過可編程器件代替了以往的傳統(tǒng)繼電器以及邏輯回路,用光纖網(wǎng)絡(luò)代替以往的控制電纜,用光電式數(shù)字量代替了強(qiáng)電模擬信號。
1.2.2 網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備
網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備之間的連接通過高速網(wǎng)絡(luò)通信來實(shí)現(xiàn),以往的二次設(shè)備,如遠(yuǎn)動(dòng)裝置、繼電保護(hù)裝置等都基于微處理基進(jìn)行模塊化以及標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)制造,減少了以往I/O現(xiàn)場接口的使用,借助網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)以及資源之間的實(shí)時(shí)共享。
1.2.3 自動(dòng)化運(yùn)行管理系統(tǒng)
在變電站運(yùn)行過程中,需要對故障進(jìn)行檢查,通過自動(dòng)化運(yùn)行管理系統(tǒng),將傳統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)以及狀態(tài)的記錄變?yōu)橛?jì)算機(jī)數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)間的自動(dòng)化分層以及互換,可以在線進(jìn)行故障檢測分析,自動(dòng)生成檢測報(bào)告。
2 數(shù)字化變電站的應(yīng)用
2.1 IEC61850協(xié)議的優(yōu)勢
IEC61850協(xié)議在應(yīng)用過程中有著以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢:第一,IEC61850協(xié)議是在信息源出進(jìn)行建模,避免同一條信息被多次定義,調(diào)試工作簡單;第二,通過網(wǎng)絡(luò)信息資源交流法,極大的減少了電纜的用量以及建筑面積的浪費(fèi),降低了變電站在進(jìn)行建設(shè)時(shí)所花費(fèi)的成本,更高效的實(shí)現(xiàn)信息資源之間的互換以及共享;第三,在面向?qū)ο笫沁M(jìn)行自我描述,有效的解決了以往傳遞信息量變化借助通信協(xié)議無法滿足的現(xiàn)象,可以在技術(shù)飛速發(fā)展過程中一直保持其適用性;第四,對服務(wù)接口進(jìn)行了改良,通過抽象通信服務(wù)接口,更加方便用戶感受到網(wǎng)絡(luò)以及信息技術(shù)發(fā)展所帶來的便利,與之前所采用的協(xié)議棧以及通信技術(shù)無過多關(guān)聯(lián);第五,通過IEC61850協(xié)議,可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)間的無縫通信,簡化了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行流暢,降低了現(xiàn)場運(yùn)行維護(hù)的工作量,同時(shí)有效解決了變電站在自動(dòng)化運(yùn)行過程中協(xié)議轉(zhuǎn)換以及互操作之間的問題。
2.2 IEC1588精確時(shí)間同步協(xié)議的應(yīng)用
時(shí)鐘服務(wù)器屬于數(shù)字化變電站系統(tǒng)中站控層設(shè)備,在變電站實(shí)現(xiàn)數(shù)字自動(dòng)化系統(tǒng)之后,變電站的時(shí)鐘也需要跟上技術(shù)發(fā)展的步。在進(jìn)行時(shí)間上的信息傳遞時(shí),既可以通過服務(wù)器以廣播等形式向各設(shè)備傳遞時(shí)間信息,還可以通過智能設(shè)備向時(shí)鐘服務(wù)器發(fā)送請求的方式來獲得時(shí)間信息,為了保證整個(gè)數(shù)字化變電站的時(shí)間同步性,將秒脈沖信號接入到智能化設(shè)備中,選擇光脈沖同步信號能夠極大的增強(qiáng)控制的精度。另外,在數(shù)字化變電站發(fā)展過程中,將外部家換季、對時(shí)服務(wù)器以及光擴(kuò)展裝置結(jié)合在一起,進(jìn)而將整個(gè)變電站的授時(shí)進(jìn)行統(tǒng)一化管理。IEC1588精確時(shí)間同步協(xié)議對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)對時(shí)脈沖的穩(wěn)定性起到了很大的增強(qiáng)作用。
2.3 IEC60044-8/7電子式互感器技術(shù)規(guī)范
隨著技術(shù)的發(fā)展,各種新型互感器隨之出現(xiàn),IEC制定了相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,對電子式互感器的技術(shù)以及定義進(jìn)行了明確。電子式互感器為新型互感器的統(tǒng)稱,主要有電子式電流互感器以及電子式電壓互感器兩種。電子式電流互感器的線圈主要有羅氏線圈、低功率線圈等,作為一次傳感器進(jìn)行使用;電子式電壓互感器的一次傳感器采用光學(xué)材料或者電阻電容分壓器來實(shí)現(xiàn),這兩種電子式互感器在進(jìn)行信號的傳輸時(shí)都說采用光纖方式,模擬量以及數(shù)字量的輸出主要是通過處理測量電量信號來完成。電子式互感器在國外已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,不僅在技術(shù)上更為先進(jìn),同時(shí)價(jià)格上更加優(yōu)廉。國內(nèi)在解決了掛網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性的問題之后,也開始將電子式互感器廣泛的應(yīng)用到數(shù)字化變電站中,具有良好的發(fā)展前景。
2.4 自動(dòng)化控制系統(tǒng)的檢測
數(shù)字化變電站具有良好的系統(tǒng)集成以及自動(dòng)化控制檢測優(yōu)勢,降低了電纜接線數(shù)量以及現(xiàn)場調(diào)試工作的工作量。在實(shí)際的系統(tǒng)集成以及自動(dòng)化控制檢測中,需要在實(shí)驗(yàn)室來完成,不會(huì)對基建工程施工帶來影響,加快了整個(gè)工程的施工進(jìn)度。這種方法對于實(shí)驗(yàn)室的條件有著非常高的要求,需要做好變電站一次系統(tǒng)的模擬運(yùn)行工作,為整個(gè)集成以及檢測打下良好的基礎(chǔ)。
3 數(shù)字化變電站IEC標(biāo)準(zhǔn)的推廣策略
3.1 搭建控制保護(hù)系統(tǒng)的檢測平臺
根據(jù)IEC61850相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),在進(jìn)行數(shù)字化變電站建設(shè)時(shí),要滿足通信規(guī)約、網(wǎng)絡(luò)性能以及關(guān)鍵設(shè)備的測試需求,建立起綜合測試平臺,可以實(shí)現(xiàn)對過程層、間隔層以及站控層設(shè)備的測試。電力系統(tǒng)中增添保護(hù)、控制裝置,需要提前進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn),新建的變電站還需要對設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試,保證設(shè)備的參數(shù)正確設(shè)置,設(shè)備的功能完善性。整個(gè)控制保護(hù)系統(tǒng)的功能直接受到通信網(wǎng)絡(luò)性能的影響,傳統(tǒng)的檢測方式已經(jīng)很難完整的檢測出其中的故障以及問題,因此,需要建設(shè)其基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的綜合化檢測平臺。
3.2 構(gòu)建設(shè)備與技術(shù)產(chǎn)業(yè)化服務(wù)體系
國際上現(xiàn)行的保護(hù)類型功能是根據(jù)歐美的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來定的,很難完全適用于我國目前的電力系統(tǒng)環(huán)境中。IEC1588可以滿足網(wǎng)絡(luò)對時(shí)技術(shù)需求,但是在主鐘、子鐘以及交換機(jī)方面的裝置技術(shù)還有待提高。另外,500kV光互感器還存在著一些問題,光學(xué)回路缺乏穩(wěn)定性,偶爾會(huì)發(fā)生溫漂現(xiàn)象,這主要是因?yàn)閺S家在進(jìn)行互感器的生產(chǎn)時(shí),無法生產(chǎn)出復(fù)合絕緣筒等零部件,外部購買的與生產(chǎn)的零件組裝在一起不能完美的結(jié)合。為了促進(jìn)數(shù)字化變電站的發(fā)展,需要全面實(shí)行IEC61850標(biāo)準(zhǔn),在各個(gè)廠家之間建立起相應(yīng)的聯(lián)系。
3.3 加大新產(chǎn)品研發(fā)以及使用力度
數(shù)字化變電站不僅具有安全性高、投資少、成本低等優(yōu)勢,還可以促進(jìn)各類電氣設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展,有利于提高電能管理質(zhì)量,但是這類技術(shù)產(chǎn)品在開發(fā)過程中需要花費(fèi)較大的投資,且有一定的風(fēng)險(xiǎn),需要政府提供一定的支持和幫助。
4 結(jié)束語
雖然我國目前的數(shù)字化變電站發(fā)展迅猛,且取得了一定的成績,但是與國際先進(jìn)水平還存在一定的差距,在線監(jiān)測技術(shù)等還需要不斷深入研究發(fā)展。在數(shù)字化變電站IEC標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用以及推廣過程中,還需要政府加大支持與幫助力度,加快新技術(shù)以及新產(chǎn)品的研發(fā)進(jìn)程。
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(作者單位:1.國網(wǎng)鄭州供電公司;2.國網(wǎng)許昌供電公司)