论文部分内容阅读
[摘 要]随着科学技术的进步，变电站数字化已经是未来变电站建设的发展趋势和方向。尤其是电气的智能化每天都在发生着日新月异的变化。其凭借自身运行的平稳性、数据采集的准确性、传输的无误性，以及动作的正常性等特征而备受青睐，在全国范围内不断兴建，并投入运营。本文在此从数字化变电站的组成出发，对建设过程中的一些关键问题及新技术应用做了一定的探讨。
[关键词]变电站；新技术；应用
中图分类号：TM63；TM76 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）09-0381-01
一、数字化变电站的系统组成
数字化变电站是在IEC61850通信协议技术上分层构建智能化的一次设备、网络化的二次设备，在智能设备之间实现了信息共享，以及互操作。对于数字化变电站的系统来说，通常情况下其组成主要包括：
1、IEC 61850
在《变电站通信网络和系统》系列标准中，IEC 61850是在基于网络通信平台的变电站自动化系统的基础上，国际电工委员会TC57工作组制定的唯一的国际标准，在IEC 61850中对测控装置的模型和通信接口进行了明确的规范和保护，同时对数字式EVCT、智能化开关等一次设备的模型和通信接口进行了相应的定义。通常情况下，IEC 61850将变电站通信体系分为站控层、间隔层、过程层三层。采用统一的协议对变电站内的IED，测控单元和继电保护等智能电子设备进行处理，使得信息交换通过网络得以完成。
2、智能化的一次设备
通常情况下智能化的一次设备主要包括光电及电子式互感器，以及智能化断路器等。输出低压模拟量和数字量信号在光电及电子式互感器中是光电及电子式互感器的最大特点。通常情况下，在微机保护、电子式计量等设备可以直接使用智能化的一次设备，进而不断满足电子系统数字化、智能化、网络化的需要。由于智能化的一次设备动态范围比较大，所以在保护和测量方面能够同时满足应用。另外，良好的绝缘性能、较强的抗电磁干扰能力、测量频带宽等也是光电及电子式互感器具备的特点。
3、变电站内的二次设备
通常情况下，继电保护装置、安全自动装置、测量控制装置等共同构成二次设备，这些设备的设计和制造通常情况下是基于标准化、模块化的微处理器而展开，同时在二次设备中不会存在常规功能装置中重复出现的I/O现场接口，通过高速的网络在它们之间进行连接，进而实现了数据和资源的共享。
二、变电站数字化建设过程中的几个关键问题分析
智能化的一次设备是建設数字化变电站的关键之一。目前主要有两种：一是在传统一次设备上安装智能终端，就地智能化；二是替换为新型的智能化设备。
1、光缆的敷设、光裕度试验
采用尾缆、光缆代替传统的二次控缆，敷设时存在光纤易折损坏，并且尾缆的两头接头受施工现场环境较大，施工现场粉尘较大会不利于尾缆接头制作。改善措施：（1）加装光缆槽盒给尾缆提供保护作用。（2）在敷设过程中特别注意光缆的最小弯曲半径是光缆直径的10倍，如果从管道中拉出光缆最小弯曲半径为光缆直径的20倍，对于4芯光缆其最小安装弯曲半径必须大于5.08cm。（3）全站内光缆采用PVC阻燃胶带包扎作防火处理。（4）全站光缆敷设完毕后需要对光缆的光裕度进行校验，验证光纤功率和衰减率要满足要求，排除光纤损坏影响数据的传输、交换。
2、关于合并单元
合并单元是对来自二次转换的电流或或电压数据进行时间相关组合的物理单元，包括：电子式互感器合并单元和常规采样合并单元。对于数字话变电站而言，在变压器保护、进线线路保护、进线间隔，先将所有的传统互感器的模拟量接入至合并单元，然后再通过IEC60044.8规约实现合并单元数据分发。因此，实现合并单元数据采样、传输的同步，是这次数字化站建设过程中碰到的首要难题。合并单元除了本身需要同步信号外，不同合并单元之间也需要同步信号。
3、电子式互感器（ECVT）
电子式互感器由传感模块（远端模块）和合并单元两部分构成。传感模块安装在高压一次侧，负责采集、调理一次侧电压电流并转换成数字量。合并单元安装在二次侧，负责对各相远端模块传来的信号做同步合并处理。与传统站不同的是，电子式互感器的校验需要通过大电流发生器将标准互感器与被测电子式互感器形成回路，通过电子式互感器校验仪取得被测电子式互感器输送到合并单元采样数据。
4、主变保护注意点
数字化变电站的主变与110kV进线保护不同，没有采用ECVT而是采用传统的套管CT、中性点零序CT和间隙零序保护，加上主变低压侧也采用常规互感器，对于A套主变保护：需要考虑模拟量和数字量同时存在的问题。将模拟量和数字量同时输入保护装置，在装置内部进行判断分析。为了便于今后改造、扩建，数字化变电站可将模拟量接入智能采集装置内转化为数字量后同主变高压侧合并单元一起接入A套装置。
5、GOOSE网络的分析
变电站内110kV侧断路器、隔离开关位置状态、告警信息等可以通过智能终端用GOOSE服务传输。各间隔电流逐步从各间隔合并单元通过光纤引至相关保护装置；各间隔刀闸位置通过光纤从各间隔智能单元接入，通过GOOSE网络输入主变保护装置；差动保护、后备保护动作信息，通过GOOSE网络传给相应的智能单元、保护测控装置；跳闸输出通过GOOSE网络连接至GIS各间隔汇控柜的操作箱实现。
三、数字化变电站建设中新技术的应用
1、网络化信息通信技术
在利用网络化信息通信技术时，会优化分层组网技术，提高了二次系统的快捷性。在数字化变电设备互联中，采用高速通信网络，在实现数据和资源高度共享目的时，可以利用局域网进行实现。数字化变电站功能模块在使用网络通信技术时，从而使数字化变电站能够实现跨变电站和自动化协调控制功能，同时也可以进行跨区域保护工作。在数字化变电站中有效地利用光纤环网，以此实现变电站信息的高速连接。在对变电站内部主保护、测量装置和电量计费系统等进行信息汇总时，主要是通过变电站高速以太网交换机。变电站内常规的二次设备，如继电保护装置、测量控制装置、远动装置、故障录波装置、电压无功控制以及在线状态检测装置等具备着标准化和智能化特点。设备之间的连接全部采用高速的网络通信，二次设备不再出现常规功能装置重复的I/0现场接口，通过网络真正实现数据共享、资源共享。
2、自动化的运行管理技术
数字化变电站在进行自动化运行管理时，当变电站运行发生故障后可以及时地对故障进行分析，并可以及时地提出故障处理意见，并将故障原因指出。在记录电力生产运行数据时能够实现无纸化，能够准确地将数据信息进行分层，实现数据分流自动化。另外，在运用智能化设备时，可以对设备信息直接处理，并且不用与其他控制系统进行连接，能够独立地执行本地功能。在自动化管理系统中具备着自检功能，能够及时发现系统出现故障，并及时报警。
在数字化变电站中的倒闸操作，其本身具备着非常高的自动化程度，尤其是在进行程序化操作后，在很大程度上提高了工作效率以及操作准确性。在进行倒闸操作时，通常是需要保证电力设备的稳定，有着正确的五防，并可以进行正确的操作。
四、结语
综上，数字化变电站是变电站自动化技术的发展方向和必然趋势；数字化是手段，而不是目的；数字化是一个不断发展的过程；它打破传统的设计方案，以通信网络、光缆代替二次回路、控缆，以虚拟设备取代物理设备，实现对变电站内设备的监视、控制和管理。只有不断努力，才能促进我国电力事业的可持续发展。
[关键词]变电站；新技术；应用
中图分类号：TM63；TM76 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）09-0381-01
一、数字化变电站的系统组成
数字化变电站是在IEC61850通信协议技术上分层构建智能化的一次设备、网络化的二次设备，在智能设备之间实现了信息共享，以及互操作。对于数字化变电站的系统来说，通常情况下其组成主要包括：
1、IEC 61850
在《变电站通信网络和系统》系列标准中，IEC 61850是在基于网络通信平台的变电站自动化系统的基础上，国际电工委员会TC57工作组制定的唯一的国际标准，在IEC 61850中对测控装置的模型和通信接口进行了明确的规范和保护，同时对数字式EVCT、智能化开关等一次设备的模型和通信接口进行了相应的定义。通常情况下，IEC 61850将变电站通信体系分为站控层、间隔层、过程层三层。采用统一的协议对变电站内的IED，测控单元和继电保护等智能电子设备进行处理，使得信息交换通过网络得以完成。
2、智能化的一次设备
通常情况下智能化的一次设备主要包括光电及电子式互感器，以及智能化断路器等。输出低压模拟量和数字量信号在光电及电子式互感器中是光电及电子式互感器的最大特点。通常情况下，在微机保护、电子式计量等设备可以直接使用智能化的一次设备，进而不断满足电子系统数字化、智能化、网络化的需要。由于智能化的一次设备动态范围比较大，所以在保护和测量方面能够同时满足应用。另外，良好的绝缘性能、较强的抗电磁干扰能力、测量频带宽等也是光电及电子式互感器具备的特点。
3、变电站内的二次设备
通常情况下，继电保护装置、安全自动装置、测量控制装置等共同构成二次设备，这些设备的设计和制造通常情况下是基于标准化、模块化的微处理器而展开，同时在二次设备中不会存在常规功能装置中重复出现的I/O现场接口，通过高速的网络在它们之间进行连接，进而实现了数据和资源的共享。
二、变电站数字化建设过程中的几个关键问题分析
智能化的一次设备是建設数字化变电站的关键之一。目前主要有两种：一是在传统一次设备上安装智能终端，就地智能化；二是替换为新型的智能化设备。
1、光缆的敷设、光裕度试验
采用尾缆、光缆代替传统的二次控缆，敷设时存在光纤易折损坏，并且尾缆的两头接头受施工现场环境较大，施工现场粉尘较大会不利于尾缆接头制作。改善措施：（1）加装光缆槽盒给尾缆提供保护作用。（2）在敷设过程中特别注意光缆的最小弯曲半径是光缆直径的10倍，如果从管道中拉出光缆最小弯曲半径为光缆直径的20倍，对于4芯光缆其最小安装弯曲半径必须大于5.08cm。（3）全站内光缆采用PVC阻燃胶带包扎作防火处理。（4）全站光缆敷设完毕后需要对光缆的光裕度进行校验，验证光纤功率和衰减率要满足要求，排除光纤损坏影响数据的传输、交换。
2、关于合并单元
合并单元是对来自二次转换的电流或或电压数据进行时间相关组合的物理单元，包括：电子式互感器合并单元和常规采样合并单元。对于数字话变电站而言，在变压器保护、进线线路保护、进线间隔，先将所有的传统互感器的模拟量接入至合并单元，然后再通过IEC60044.8规约实现合并单元数据分发。因此，实现合并单元数据采样、传输的同步，是这次数字化站建设过程中碰到的首要难题。合并单元除了本身需要同步信号外，不同合并单元之间也需要同步信号。
3、电子式互感器（ECVT）
电子式互感器由传感模块（远端模块）和合并单元两部分构成。传感模块安装在高压一次侧，负责采集、调理一次侧电压电流并转换成数字量。合并单元安装在二次侧，负责对各相远端模块传来的信号做同步合并处理。与传统站不同的是，电子式互感器的校验需要通过大电流发生器将标准互感器与被测电子式互感器形成回路，通过电子式互感器校验仪取得被测电子式互感器输送到合并单元采样数据。
4、主变保护注意点
数字化变电站的主变与110kV进线保护不同，没有采用ECVT而是采用传统的套管CT、中性点零序CT和间隙零序保护，加上主变低压侧也采用常规互感器，对于A套主变保护：需要考虑模拟量和数字量同时存在的问题。将模拟量和数字量同时输入保护装置，在装置内部进行判断分析。为了便于今后改造、扩建，数字化变电站可将模拟量接入智能采集装置内转化为数字量后同主变高压侧合并单元一起接入A套装置。
5、GOOSE网络的分析
变电站内110kV侧断路器、隔离开关位置状态、告警信息等可以通过智能终端用GOOSE服务传输。各间隔电流逐步从各间隔合并单元通过光纤引至相关保护装置；各间隔刀闸位置通过光纤从各间隔智能单元接入，通过GOOSE网络输入主变保护装置；差动保护、后备保护动作信息，通过GOOSE网络传给相应的智能单元、保护测控装置；跳闸输出通过GOOSE网络连接至GIS各间隔汇控柜的操作箱实现。
三、数字化变电站建设中新技术的应用
1、网络化信息通信技术
在利用网络化信息通信技术时，会优化分层组网技术，提高了二次系统的快捷性。在数字化变电设备互联中，采用高速通信网络，在实现数据和资源高度共享目的时，可以利用局域网进行实现。数字化变电站功能模块在使用网络通信技术时，从而使数字化变电站能够实现跨变电站和自动化协调控制功能，同时也可以进行跨区域保护工作。在数字化变电站中有效地利用光纤环网，以此实现变电站信息的高速连接。在对变电站内部主保护、测量装置和电量计费系统等进行信息汇总时，主要是通过变电站高速以太网交换机。变电站内常规的二次设备，如继电保护装置、测量控制装置、远动装置、故障录波装置、电压无功控制以及在线状态检测装置等具备着标准化和智能化特点。设备之间的连接全部采用高速的网络通信，二次设备不再出现常规功能装置重复的I/0现场接口，通过网络真正实现数据共享、资源共享。
2、自动化的运行管理技术
数字化变电站在进行自动化运行管理时，当变电站运行发生故障后可以及时地对故障进行分析，并可以及时地提出故障处理意见，并将故障原因指出。在记录电力生产运行数据时能够实现无纸化，能够准确地将数据信息进行分层，实现数据分流自动化。另外，在运用智能化设备时，可以对设备信息直接处理，并且不用与其他控制系统进行连接，能够独立地执行本地功能。在自动化管理系统中具备着自检功能，能够及时发现系统出现故障，并及时报警。
在数字化变电站中的倒闸操作，其本身具备着非常高的自动化程度，尤其是在进行程序化操作后，在很大程度上提高了工作效率以及操作准确性。在进行倒闸操作时，通常是需要保证电力设备的稳定，有着正确的五防，并可以进行正确的操作。
四、结语
综上，数字化变电站是变电站自动化技术的发展方向和必然趋势；数字化是手段，而不是目的；数字化是一个不断发展的过程；它打破传统的设计方案，以通信网络、光缆代替二次回路、控缆，以虚拟设备取代物理设备，实现对变电站内设备的监视、控制和管理。只有不断努力，才能促进我国电力事业的可持续发展。