變電站信息化與智能化

陳 剛

(河南省南陽市淅川縣電業(yè)局設(shè)計(jì)院，河南 南陽 474450)

一 變電站自動(dòng)化

變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的功能是指變電站必須完成的任務(wù)。這些功能包括:控制，監(jiān)視，保護(hù)變電站的設(shè)備及其饋線。維護(hù)功能，即系統(tǒng)組態(tài)、通信管理和軟件管理等功能。

變電站綜合自動(dòng)化是按無人值守站設(shè)計(jì)，經(jīng)過功能的優(yōu)化設(shè)計(jì)和重新組合，將變電站的二次設(shè)備應(yīng)用微機(jī)及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)，組成計(jì)算機(jī)的軟硬件設(shè)備代替人工實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)變電站的重要設(shè)備和輸配電線路的測量、自動(dòng)控制、自動(dòng)監(jiān)視和微機(jī)保護(hù)以及與調(diào)度通信等綜合性的整合自動(dòng)化功能。綜合自動(dòng)化變電站是集保護(hù)、監(jiān)視、測量、控制和遠(yuǎn)動(dòng)等功能為一體，通過數(shù)字通訊及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)信息共享的一套計(jì)算機(jī)化的系統(tǒng)及二次設(shè)備，實(shí)現(xiàn)變電站的遙測、遙控、遙信、遙調(diào)和遙視。

綜合我國的情況，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的基本功能體現(xiàn)在以下五個(gè)方面:監(jiān)控，微機(jī)保護(hù)，電壓、無功綜合控制，低頻減負(fù)荷控制，備用電源自動(dòng)投入控制。

變電站的二次網(wǎng)絡(luò)通訊結(jié)構(gòu):現(xiàn)場層由微機(jī)線路保護(hù)裝置，微機(jī)電容器保護(hù)裝置，變壓器保護(hù)和控制裝置，直流屏和計(jì)量屏(電度表)等組成，微機(jī)線路保護(hù)裝置集自動(dòng)監(jiān)視、測量、控制和微機(jī)保護(hù)于一體，每條線路采用一個(gè)獨(dú)立的微機(jī)線路保護(hù)裝置，對(duì)應(yīng)一次設(shè)備形成獨(dú)立的控制單元間隔。監(jiān)控層由前置機(jī)，操作員工作站，通訊接口Aport等構(gòu)成c/s結(jié)構(gòu)局域網(wǎng)。現(xiàn)場層和監(jiān)控層之間的通訊是通過現(xiàn)場總線和串行通訊來實(shí)現(xiàn)的。

二 變電站綜合自動(dòng)化存在的問題

1.目前，用于電力系統(tǒng)的崹信規(guī)約種類很多，主要有以下通信協(xié)議:部頒 CDT循環(huán)通信協(xié)議、IEC60870－5系列(IEC60870－5－101，用于電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)通;IEC60870－5－103，用于繼電保護(hù)設(shè)備信息接口配套標(biāo)準(zhǔn))等，而且目前采用的規(guī)約都是面向點(diǎn)的，而不是面向設(shè)備的。

目前已經(jīng)實(shí)施缺乏統(tǒng)一系統(tǒng)規(guī)范的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中，IEC60870一5一103規(guī)約廣泛應(yīng)用，但這只是變電站內(nèi)傳輸規(guī)約，缺乏對(duì)變電站整個(gè)系統(tǒng)模型以及二次功能模型的綜合描述，并沒有將通信技術(shù)與系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)行分層處理，使得應(yīng)用受到通信規(guī)范技術(shù)的制約，缺乏統(tǒng)一的測試標(biāo)準(zhǔn)，這些使得103規(guī)約不適用作為數(shù)字化變電站的統(tǒng)一信息平臺(tái)。

2.在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的集成過程中面臨的最大問題是廠家使用不同的IED，甚至同一廠家不同型號(hào)的IED所采用的通信協(xié)議和用戶界面的不相同，因而難以實(shí)現(xiàn)無縫集成和互操作。因?yàn)樾枰~外的硬件(如規(guī)約轉(zhuǎn)換器)和軟件來實(shí)現(xiàn)IED互聯(lián).設(shè)備之間的互操作性差，系統(tǒng)的擴(kuò)展、升級(jí)困難。

主要原因是缺乏統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)和信息模型規(guī)范的二次設(shè)備。要實(shí)現(xiàn)不同廠家設(shè)備的信息互連，就要求設(shè)置大量的規(guī)約轉(zhuǎn)換器，這就增加了系統(tǒng)復(fù)雜程度及調(diào)試、設(shè)計(jì)、運(yùn)行和維護(hù)中的難度，也使得通信系統(tǒng)的性能大大降低。

3.變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，變電站由于二次設(shè)備和一次設(shè)備間用電纜傳輸模擬信號(hào)和電平信號(hào)，這就需要消耗大量的電纜。也就存在電纜的管道面積、成本以及信號(hào)在電纜傳輸過程中受電磁干擾的問題。

三 智能化變電站

建立在(IEC61850)通信規(guī)范基礎(chǔ)上，由各種電子式互感器、智能化開關(guān)或斷路器等(智能化一次設(shè)備)，以及用來分層構(gòu)建過程層、間隔層、站控層(網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備)，這樣來實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息傳輸共享和相互操作的現(xiàn)代化變電站，就是本文論述的智能化變電站。

過程層設(shè)備包括:(1)將電流電壓模擬量實(shí)現(xiàn)數(shù)字化:電子式互感器;(2)使得電子式互感器的數(shù)字信號(hào)匯總后分發(fā)給間隔層的保護(hù)和測控裝置:合并單元;(3)采集一次設(shè)備的狀態(tài)并通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸至間隔層的保護(hù)和測控裝置，同步接收間隔層的保護(hù)和測控裝置的命令對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行操作:智能單元。

智能開關(guān)設(shè)備包括智能斷路器、智能隔離開關(guān)及具有對(duì)主變相關(guān)部件進(jìn)行數(shù)字化信息采集、控制等功能的智能操作箱。

電子式互感器的構(gòu)成:(1)一次結(jié)構(gòu)的主體部分，包括互感器的罐體、絕緣盆子、變徑法蘭及一次導(dǎo)體等，還有內(nèi)裝三相電流電壓傳感器部分，互感器罐體接地等部件。(2)一次傳感器部分，要求每相配置一個(gè)空芯線圈、一個(gè)低功率CT以及一個(gè)同軸電容分壓器。其中空芯線圈用于傳感保護(hù)使用電流信號(hào)，低功率CT用于傳感測量使用電流信號(hào)，電容分壓器用來電壓信號(hào)的傳感。(3)一次轉(zhuǎn)換器，也就是遠(yuǎn)端模塊。遠(yuǎn)端模塊的作用地接收并處理空芯線圈、電容分壓器及三相LPCT輸出的信號(hào)，并由光纜將遠(yuǎn)端模塊輸出的數(shù)字信號(hào)傳送至合并單元。

通過上面的描述總結(jié)下智能化變電站特點(diǎn):

實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備的數(shù)字化和智能化。用電子式器來替代傳統(tǒng)變電站內(nèi)的電磁式互感器，這樣可以直接向外提供數(shù)字式光纖以太網(wǎng)接口;變電站內(nèi)使用具備信號(hào)數(shù)字話轉(zhuǎn)換的智能斷路器、變壓器等新型設(shè)備。

二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化(數(shù)字信號(hào))。數(shù)字化變電站的特點(diǎn)就是數(shù)字信號(hào)的全面?zhèn)鬏敚虼硕卧O(shè)備的數(shù)字化除了具有傳統(tǒng)式設(shè)備的特點(diǎn)外，還應(yīng)該與傳統(tǒng)變電站信息傳輸以為媒介不同，要求具備對(duì)外光纖網(wǎng)絡(luò)的通信接口，使得對(duì)數(shù)字化變電站二次信號(hào)的數(shù)字化傳輸，以基于光纖以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。

實(shí)現(xiàn)使用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化的變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)。也就是說數(shù)字化變電站要求全站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)均采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，該完整的系統(tǒng)性標(biāo)準(zhǔn)具有的開放性可以保障數(shù)字化變電站站內(nèi)新型設(shè)備具備互操作性的優(yōu)勢(shì)特征。

數(shù)字化變電站在變電站內(nèi)設(shè)備的信號(hào)的光纖傳輸、互操作性、光纖網(wǎng)絡(luò)通訊平臺(tái)的信息共享等方面可以更一步體現(xiàn)了自動(dòng)化特點(diǎn)的運(yùn)行管理。

在現(xiàn)有綜和自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)具備較大程度的自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行管理系統(tǒng)的自動(dòng)化。

智能化變電站的投運(yùn)，填補(bǔ)了我國數(shù)字化變電站建設(shè)的空白，吹響了變電站向數(shù)字化方向發(fā)展的號(hào)角。更為難得的是關(guān)鍵設(shè)備均為具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)設(shè)備，使我們得以真正意義上趕超國際先進(jìn)水平。