數字化變電站自動化系統升級改造方案探討

楊敏

(內蒙古包頭市供電局,內蒙古 包頭 014030)

國民經濟的進一步發展和智能電網工程建設步伐的不斷加快，加上區域電能資源和電力負荷分配不均勻等因素的共同影響，發展結構清晰可靠、運行高效經濟、清潔環保、以及調度運行靈活性較強的智能電網是我國解決供配電網自身問題的重要研究內容，同時也是我國電力系統安全穩定、節能經濟的高效建設發展的主要方向。數字化變電站自動化系統是智能電網遠程調度操控自動化系統的重要組成部分，進行變電站自動化系統智能數字化升級改造是將常規變電站內部的測控、保護、遠動、以及后臺監控系統等利用以光纖為主的通信網絡有機互聯起來，集變電站保護、測控、監視、以及遠程調度管理等功能為一體，實現對整個變電站內部所有電氣一、二次設備運行狀態自動監視、特征數據采集、數據遠程傳輸分析、以及微機保護調度通信等智能自動化功能。數字化變電站是智能電網建設的重要技術支撐，是智能電網中重要的變電、配電單元，其自動化系統的技術升級改造具有非常大的研究意義。

1數字化變電站自動化系統升級改造建設要求。為了配合我國大參數、高電壓等級復雜大智能電網工程的建設發展，充分挖掘出電網系統中的節能潛力，創造出更大的社會經濟效益，有必要結合先進的自動化技術、電力電子技術、電力通信技術等先進技術對現有常規變電站自動化系統進行升級改造，促進智能電網工程的快速穩定建設發展。

數字化變電站自動化系統是指按照變電站IEC61850國際標準，將整個變電站自動化系統劃分由間隔層、過程層、變電站層三大部分組成。其中變電站自動化系統改造中主要采用電子式電壓（電流）互感器、智能控制終端等具有數字化功能接口的智能電氣一次設備，利用智能化IED電子裝置實現設備現地數據信息的實時采集、遠程傳輸，然后結合網絡通信平臺，利用IEC61850中的相關通信服務協議，實現特征電參量數據、控制信號、保護跳閘命令等數據信息的采集、遠程傳輸、動態運算分析、和數據資源的實時共享互操作。同時利用光纖等通信傳輸媒介代替常規的控制（信號）電纜，實現變電站自動化系統的集成化、網絡化、操作程序化、智能化等二次功能。由計算機、智能IED電子設備等按照相關操作標準要求規劃操作條件和操作順序，利用智能自動模式代替傳統手工操作模式完成對電氣設備倒閘等操作任務。

2數字化變電站綜合自動化系統建設改造方案。變電站電氣一次設備操作控制智能自動化、二次設備測控保護集成網絡化、以及變電站綜合調度運行管理節能經濟化是常規變電站進行自動化系統數字智能化技術升級改造的重要要求。基于IEC61850國際標準的智能數字化變電站自動化系統與常規基于IEC60870標準的變電站自動化系統其雖然都是將變電站自動化系統劃分為過程層、間隔層和變電站層三層，但是基于IEC61850的數字化變電站自動化系統采用智能一次設備代替了常規變電站自動化系統中的感應式互感器，實現了就地將模擬電參量的采集并向數字量的轉變，并利用GOOSE通信總線等實現了不同智能IED電子設備間數據信息的實時共享。基于IEC61850標準的數字化智能變電站綜合自動化系統與常規變電站綜合自動化系統邏輯架構比較如圖1所示：

a)IEC60870常規通信規約的常規變電站b)IEC61850國際通信規約數字化變電站

圖1 變電站自動化系統邏輯網絡架構

從圖1可知，數字化變電站自動化系統是基于網絡通信媒介的基礎上，通過變電站電氣設備現地智能終端等實現變電站信息數字化、信息資源的集成共享互操作等智能自動化功能。

3數字化變電站綜合自動化系統建設改造技術要點

3.1 過程層設備技術要點。對110kV及以上電壓等級變電站在進行自動化系統升級改造過程中，要用帶有數字信號輸出的獨立的智能電子式互感器設備代替傳統的感應式互感器；對于10/35kV電壓等級互感器而言宜采用低功耗的智能數字一體化互感器。并采用雙重化保護裝置使用電子式互感器內部傳感模塊與智能合并單元進行冗余搭配，采用多回路供電電源提高變電站自動化系統過程層智能終端運行可靠性。變電站中特征電參量等數據信息的采樣是實現變電站數字智能化功能的重要基礎保障。常規變電站自動化系統進行模擬量采樣時，由于受到當時技術水平等因素的制約，只能根據自動化系統的不同功能和業務需求利用對應獨立的設備完成。而在數字化變電站自動化系統中，由于要系統變電站數據信息的集成共享智能網絡化功能，就需要考慮適用不同業務功能的智能自動化設備。智能終端設備利用其內部相關功能單元，實現就地將模擬信號轉換成數字量，實現特征電參量采樣值的一致化和歸一化實時動態采樣轉換，為數字化變電站自動化系統升級改造提供了重要的基礎保障。

3.2 間隔層設備技術要求

數字化變電站自動化系統中間隔層設備應選用模塊化、集成化、標準化的保護、測控、以及其它智能IED電子設備，不僅便于操作維護，同時可以是實現不同智能IED電子設備間互操作和服務節點資源的實時共享。數字化自動化系統中間隔層測控保護等智能自動化設備應均按照變電站IEC61850國際標準進行系統建模，并能與站控層相關通信管理主機設備實現實時動態通信。所有間隔層中的智能IED設備均具有同一的語言描述，同時可以實現不同服務節點間動態連接數據資源共享服務等功能，即所有間隔層設備與過程層設備間的網絡通信規約均需按照IEC61850標準進行對象抽象化描述和數據形式轉換。間隔層應具有非常穩定的運行特性，任何網絡運行工況條件下得流量沖擊等，間隔層單元的裝置均不能出現死機或重啟現象，確保整個自動化系統運行高效穩定性。

3.3 變電站層設備技術要求。站控層是整個數字化變電站自動化系統的核心，其設備應包括主機、操作員工作站、工程師工作站、遠動GPS通信裝置、遠動操作站、保信子站、五防子系統、以及其它服務功能的智能IED接口設備等。變電站層通過2級高速通信網絡匯總整個變電站自動化系統中的實時數據信息，并通過內部相關程序不斷刷新實時數據庫。

結束語。數字化變電站自動化系統的升級改造是一個涉及專業多、技術強的復雜大系統。建設以光電式互感器、智能終端設備、集成網絡系統的數字化變電站自動化系統，可以實現變電站自動化系統層與層以及層間的數據信息無縫通信智能服務操作，最大限度地滿足變電站自動化系統數據信息資源的時尚共享和系統集成智能化要求。

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