李柳濤

（柳州鋼鐵股份有限公司機(jī)動工程部，廣西柳州 545002）

引言

變電站是工業(yè)企業(yè)電力能源的心臟，為工廠的正常生產(chǎn)提供源源不斷的電力能源，因此，對工業(yè)企業(yè)而言，其重要程度不言而喻。在智能變電站出現(xiàn)以前，傳統(tǒng)變電站的發(fā)展以二次系統(tǒng)劃分，主要經(jīng)歷了電磁式、數(shù)字式幾個(gè)不同的階段。電磁式是一次設(shè)備為獨(dú)立執(zhí)行元件，二次設(shè)備由電磁式繼電器組成，只有簡單的遙測、遙信功能。從微機(jī)式繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)開始，變電站進(jìn)入了數(shù)字化的時(shí)代，雖然互感器等設(shè)備仍然是傳統(tǒng)的電磁式互感器，但二次保護(hù)裝置已經(jīng)變成了微機(jī)式繼電保護(hù)裝置，形成了綜合自動化系統(tǒng)，雖然自動化水平有較大提升，具備了基本的數(shù)字化功能，但信息的集成不完備，較分散。智能變電站從一次設(shè)備到二次設(shè)備均實(shí)現(xiàn)了完全的數(shù)字化，可實(shí)現(xiàn)通訊協(xié)議統(tǒng)一、信息集中管理共享、高級應(yīng)用等眾多功能，實(shí)現(xiàn)高度的數(shù)字化、智能化。

1 智能變電站簡介

智能變電站采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能的變電站。

就目前技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀而言，智能變電站是由電子式互感器（也可以是電磁式互感器）、智能化開關(guān)等智能化一次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備分層構(gòu)建，建立在有線或無線通信規(guī)范基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和相互操作的現(xiàn)代化變電站。

鋼鐵企業(yè)工序復(fù)雜繁多，且多數(shù)為一級負(fù)荷，根據(jù)鋼鐵企業(yè)的用電特點(diǎn)，在電網(wǎng)架構(gòu)上，一般采取建設(shè)1～2個(gè)總降變電站和一定數(shù)量的區(qū)域變電站，由于站點(diǎn)數(shù)量多且分散，傳統(tǒng)的常規(guī)變電站由于設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通訊的局限性，不能完全實(shí)現(xiàn)各站點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)共享，給管理造成較大困難。采用智能變電站后，最大的好處在于實(shí)現(xiàn)了通訊的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，各站信息可以完全實(shí)現(xiàn)共享?？梢詫⒎稚⒃诟鲄^(qū)域變電站的數(shù)據(jù)通過統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)傳送到后臺系統(tǒng)中，通過后臺高級應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集分析，分析控制電網(wǎng)潮流、集中操作等，大大提升電網(wǎng)的管理水平。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

智能變電站通過智能化設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)將系統(tǒng)分為三層兩網(wǎng)，三層指站控層、間隔層、過程層，兩網(wǎng)指站控層網(wǎng)絡(luò)和過程層網(wǎng)絡(luò)。

2.1 過程層

主要采用了傳統(tǒng)電磁式互感器加智能終端的方式。由于一次智能化設(shè)備的可靠性相對傳統(tǒng)一次設(shè)備仍有一定差距，因此仍然選擇了傳統(tǒng)的一次設(shè)備。智能終端既是開關(guān)量的采集設(shè)備，又是分、合閘信號的執(zhí)行控制設(shè)備。它將一次設(shè)備的開關(guān)量信號采集后轉(zhuǎn)換成光信號傳輸給間隔層設(shè)備，又接收來自間隔層設(shè)備的控制信號。

2.2 間隔層

間隔層設(shè)備即常規(guī)變電站中的綜保裝置、測控裝置、穩(wěn)控裝置、錄波裝置、交換機(jī)等，間隔層設(shè)備均配置了支持IEC61850 的GOOSE 網(wǎng)口，用于與過程層設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，同時(shí)也配置了以太網(wǎng)口，用于與站控層設(shè)備進(jìn)行通訊。由于過程層采用了光傳輸，因此節(jié)省了大量的電纜。同時(shí)，間隔層設(shè)備通過站控層網(wǎng)絡(luò)與站控層進(jìn)行通訊。

2.3 站控層

站控層配置了數(shù)量不等的操作員站、工程師站、服務(wù)器、通訊網(wǎng)關(guān)機(jī)等設(shè)備，除了可以對本站進(jìn)行監(jiān)控運(yùn)行外，也可通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送至中調(diào)、地調(diào)、ERP等各種信息化系統(tǒng)中。

2.4 過程層網(wǎng)絡(luò)

由于過程層取消了合并單元，因此過程層網(wǎng)絡(luò)由GOOSE網(wǎng)組成，用于過程層設(shè)備與間隔層設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸交互，主要是IED 設(shè)備與智能終端之間的數(shù)據(jù)交互。由于鋼廠的設(shè)備對供電可靠性要求較高，為保證供電安全可靠，過程層網(wǎng)絡(luò)采用了直采直跳的方式，過程層的數(shù)據(jù)通過電纜和GOOSE網(wǎng)直接送入間隔層IED 中，間隔層IED 發(fā)出的指令通過GOOSE 網(wǎng)直接送入對應(yīng)的過程層設(shè)備智能終端，不會與過程層其他間隔的設(shè)備有聯(lián)系。

電壓電流等電信號的傳輸仍通過電纜直接接入IED 中，而GOOSE 網(wǎng)主要用于分合閘、非電量信號的傳輸。GOOSE 網(wǎng)采用A、B 雙網(wǎng)，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

2.5 站控層網(wǎng)絡(luò)

站控層網(wǎng)絡(luò)是采用總線型結(jié)構(gòu)，支持IEC61850，它是站控層設(shè)備與間隔層設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊交互的網(wǎng)絡(luò)，為保證其可靠性，配置為雙網(wǎng)。

3 高級應(yīng)用

智能變電站相對于常規(guī)變電站最大的特點(diǎn)在于其可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的高級應(yīng)用。高級應(yīng)用是指變電站智能化的重要內(nèi)容，基于一體化業(yè)務(wù)平臺提供標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)。

3.1 一體化業(yè)務(wù)平臺

在常規(guī)變電站中，各子系統(tǒng)是相互獨(dú)立的個(gè)體，各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)需要單獨(dú)采集調(diào)用，數(shù)據(jù)采集需要多系統(tǒng)密切配合，信息數(shù)據(jù)存在交叉、重復(fù)的情況，無法方便地使資源共享，各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處于“信息孤島”的狀態(tài)。

如圖1，一體化業(yè)務(wù)平臺通過通訊的統(tǒng)一，資源的整合，把原來孤立的保信系統(tǒng)、輔控系統(tǒng)、測量計(jì)量等不同系統(tǒng)統(tǒng)一進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、歸納整理，并使得各系統(tǒng)可以共享調(diào)用。智能變電站的各種高級應(yīng)用也正是基于此平臺上得以實(shí)現(xiàn)。

圖1 一體化平臺數(shù)據(jù)及信息流

3.2 高級應(yīng)用功能

高級應(yīng)用包括了分布式狀態(tài)估計(jì)、智能告警、故障分析決策、順序控制、源端維護(hù)、數(shù)據(jù)辨識等各種高級功能，通過各種功能的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)。

3.2.1 分布式狀態(tài)估計(jì)

建立面向開關(guān)的三相量測模型，可利用PMU 數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)變電站分布式狀態(tài)估計(jì)，并將數(shù)據(jù)上傳調(diào)度，實(shí)現(xiàn)變電站、調(diào)度中心的兩級式狀態(tài)估計(jì)。其做法是在變電站做狀態(tài)估計(jì)并剔除不良數(shù)據(jù)，這樣做的目的不但提高了模型可靠性，減小了通訊負(fù)擔(dān)，還減少了維護(hù)負(fù)擔(dān)。

3.2.2 智能告警

告警信息按設(shè)備組和設(shè)備進(jìn)行分類過濾，根據(jù)變電站邏輯和推理模型，對變電站的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)分析和推理，自動報(bào)告變電站異常，并生成告警簡報(bào)。

3.2.3 故障分析與決策

故障信息綜合分析是系統(tǒng)通過預(yù)設(shè)定的條件對一次故障中采集到的多個(gè)裝置的所有相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分門別類，最終將一次故障的所有相關(guān)數(shù)據(jù)篩選打包生成報(bào)告，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合故障信息綜合分析。報(bào)告中可支持錄波曲線顯示、超鏈接，裝置上送的HDR報(bào)告、動作報(bào)告和故障報(bào)告都采用了可定制的XSLT模板顯示。

3.2.4 數(shù)據(jù)辨識

數(shù)據(jù)辨識以站內(nèi)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)對指定設(shè)備關(guān)聯(lián)的量測量、狀態(tài)量等進(jìn)行數(shù)據(jù)合理性和不良性檢測。同時(shí)，也是站端分布式狀態(tài)估計(jì)的基礎(chǔ)功能并為主站側(cè)的狀態(tài)估計(jì)提供數(shù)據(jù)參考。

通過數(shù)據(jù)辨識，可以檢測電量非電量數(shù)據(jù)是否正常準(zhǔn)確。

3.2.5 源端維護(hù)

對于鋼廠而言，由于區(qū)域變電站較多且分散，維護(hù)存在很大困難，多數(shù)區(qū)域變電站的維護(hù)都只能在現(xiàn)場進(jìn)行。而智能變電站的源端維護(hù)功能就很好地解決了這個(gè)問題。首先，將分布在各區(qū)域的變電站生成模型，變電站內(nèi)模型的建立包括：SCD文件的生成、SCD 模型的導(dǎo)入、變電站內(nèi)CIM 模型的生成、變電站內(nèi)SCD 模型與CIM 模型的關(guān)聯(lián)。其次，進(jìn)行文件交換，變電站與調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)的交換文件包括CIM/E 與CIM/G，同時(shí)包括變電站與調(diào)度主站通訊用的CID 模型文件。最后進(jìn)行圖模加載，調(diào)度中心根據(jù)變電站端提供的文件，實(shí)現(xiàn)圖庫的導(dǎo)入及通信信息的加載。完成以上步驟后，即可在遠(yuǎn)程對各站點(diǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)程配置和控制維護(hù)。從而實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)的一體化管理，極大地提高了管理水平。

4 結(jié)束語

智能變電站在鋼鐵企業(yè)的應(yīng)用，是技術(shù)的進(jìn)步和管理水平的提升。改變了電力系統(tǒng)的管理模式，將分散管理變成了集中統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)性、信息化的管理。不但使系統(tǒng)維護(hù)變得更加簡單快捷，同時(shí)也提高了管理水平，降低了管理成本。