智能變電站分階段改造方法的研究

陶 珂

（國(guó)網(wǎng)安徽電力公司蚌埠供電公司，安徽 蚌埠 233000）

0 前言

目前，智能電網(wǎng)改造已經(jīng)成為現(xiàn)階段世界電網(wǎng)的主題，國(guó)內(nèi)電網(wǎng)建設(shè)事業(yè)也正如火如荼的進(jìn)行，許多變電站都是剛剛完成綜合自動(dòng)化改造。從智能變電站的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和經(jīng)濟(jì)效益來(lái)分析，如果立即拆除，進(jìn)行智能變電站建設(shè)，勢(shì)必造成工程、資金的嚴(yán)重浪費(fèi)，十分不合適。因此，對(duì)傳統(tǒng)變電站進(jìn)行數(shù)字化改造將是最佳方案。即可以最大限度的利用現(xiàn)有設(shè)備，減少工程量、投資量，又能充分的體現(xiàn)智能變電站的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，使之平穩(wěn)過(guò)渡到智能變電站。本文針對(duì)現(xiàn)階段實(shí)際情況，對(duì)分階段進(jìn)行傳統(tǒng)變電站數(shù)字化改造的實(shí)施方案進(jìn)行探討[1]。

1 智能變電站關(guān)鍵技術(shù)

1.1 IEC61850與智能變電站功能

TC57制訂了基于通用網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)唯一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)_IEC61850。在IEC61850通信協(xié)議中，制訂了變電站一致性測(cè)試、工程和系統(tǒng)管理、通信系體要求等標(biāo)準(zhǔn)；以對(duì)象建模技術(shù)為基礎(chǔ)，增強(qiáng)了設(shè)備和數(shù)據(jù)管理功能，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)放互操作；制定了特定通信服務(wù)映射SCSM以適應(yīng)通信技術(shù)快速發(fā)展。

經(jīng)過(guò)改造的變電站服從于IEC61850通信規(guī)約，過(guò)程層、間隔層、站控層3層通信結(jié)構(gòu)組成了變電站通信體系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)。過(guò)程層設(shè)備主要是一次設(shè)備，主要進(jìn)行一次智能設(shè)備的運(yùn)行情況檢測(cè)，智能設(shè)備各參數(shù)測(cè)量，執(zhí)行變電站網(wǎng)絡(luò)中傳遞來(lái)的命令。間隔層設(shè)備主要是二次設(shè)備，其自動(dòng)化系統(tǒng)比傳統(tǒng)變電站具有很大的優(yōu)越性和先進(jìn)性，大量的先進(jìn)自動(dòng)化、信息等技術(shù)和IEC61850標(biāo)準(zhǔn)在其里面都有體現(xiàn)。站控層負(fù)責(zé)將本變電站與遠(yuǎn)方調(diào)度控制中心在IEC61850通信協(xié)議之下交換信息，并將控制中心發(fā)來(lái)的指令傳遞到變電站網(wǎng)絡(luò)中，由過(guò)程層設(shè)備和間隔層設(shè)備加以執(zhí)行，是變電站內(nèi)人機(jī)直接對(duì)話的地方。

1.2 非傳統(tǒng)互感器

非傳統(tǒng)互感器依據(jù)其變換原理可以分為有源和無(wú)源兩大系列。有源式電子互感器，又稱為電子式電壓/電流互感器(EVT/ECT)，其特點(diǎn)是需要向傳感頭提供電源。無(wú)源式電子互感器主要指采用光學(xué)測(cè)量原理的電流互感器，又稱為光電式電壓/電流互感器(OVT/OCT)，其特點(diǎn)是無(wú)須向傳感頭提供電源。

1.3 智能開(kāi)關(guān)設(shè)備

與常規(guī)變電站開(kāi)關(guān)設(shè)備相比，智能變電站在應(yīng)用方面進(jìn)一步加大了開(kāi)關(guān)設(shè)備信息化。智能化的開(kāi)關(guān)設(shè)備將監(jiān)測(cè)更多設(shè)備自身狀態(tài)信息，全面實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)設(shè)備的物理狀況、動(dòng)作情況、運(yùn)行工況等方面的信息化實(shí)現(xiàn)[3]。

2 變電站分階段數(shù)字化改造的優(yōu)點(diǎn)

傳統(tǒng)變電站分階段實(shí)施數(shù)字化改造可以將各種新技術(shù)最先應(yīng)用到實(shí)際的生產(chǎn)中，如采用電子式互感器在技術(shù)上避免了傳統(tǒng)電磁式互感器二次電流、電壓在電纜傳輸過(guò)程中的損耗，提高了計(jì)量的精度；一次設(shè)備與二次設(shè)備之間、二次設(shè)備與二次設(shè)備之間采用光纖取代大量電纜，完成數(shù)字化采樣值和控制信號(hào)傳輸?shù)?。通過(guò)分階段實(shí)施傳統(tǒng)變電站的數(shù)字化改造一方面可大大減少前期投資費(fèi)用；另一方面，根據(jù)變電站現(xiàn)有設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行分階段數(shù)字化改造可以最大限度地發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備的效能，避免一味追求技術(shù)先進(jìn)而造成不必要的浪費(fèi)。同時(shí)隨著數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展，其相關(guān)產(chǎn)品的技術(shù)含量也越來(lái)越高，并且其價(jià)格也必然會(huì)持續(xù)下降，分階段實(shí)施數(shù)字化改造總投資也必然降低。由于大量設(shè)備均已在工廠進(jìn)行了調(diào)試試驗(yàn)，從而分階段實(shí)施變電站數(shù)字化改造可大大減少工程量，縮短工程時(shí)間，減少施工過(guò)程中所需要的一次設(shè)備停電時(shí)間，一方面方便電網(wǎng)運(yùn)行方式的安排，一方面可以提前送電，保證居民和企業(yè)客戶的正常用電，并給公司帶來(lái)效益。

3 智能變電站改造

智能變電站分為三層結(jié)構(gòu)：過(guò)程層、間隔層和變電站層。傳統(tǒng)變電站的數(shù)字化改造工作也可以分解為相對(duì)獨(dú)立的3個(gè)部分：變電站層數(shù)字化改造；間隔層數(shù)字化改造；過(guò)程層數(shù)字化改造[4-5]。

3.1 變電站層數(shù)字化改造

后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)和遠(yuǎn)動(dòng)服務(wù)器等構(gòu)成變電站層設(shè)備。變電站層采用以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，監(jiān)控、遠(yuǎn)動(dòng)通信服務(wù)器等變電站層設(shè)備需滿足IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。

目前，許多微機(jī)綜合自動(dòng)化變電站已完成了變電站層設(shè)備的數(shù)字化的改造，不需要進(jìn)行整體改造、更換，為了為整站數(shù)字化改造打好基礎(chǔ)要預(yù)先對(duì)變電站層的設(shè)備進(jìn)行數(shù)字化改造，而對(duì)于老式常規(guī)變電站可以隨著微機(jī)自動(dòng)化的改造進(jìn)行。

3.2 間隔層數(shù)字化改造

間隔層設(shè)備由按間隔對(duì)象配置的數(shù)字式保護(hù)測(cè)控裝置、低壓保護(hù)裝置、計(jì)量裝置以及與接入其他智能設(shè)備規(guī)約轉(zhuǎn)換設(shè)備，這些設(shè)備裝置都必須滿足IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。間隔層設(shè)備與站控層設(shè)備間信息交換采用100M交換以太網(wǎng)。由于間隔層的硬件設(shè)備處于強(qiáng)電磁干擾的惡劣環(huán)境下，因此相應(yīng)的保護(hù)和測(cè)控設(shè)備必須能防止干擾，性能穩(wěn)定，可靠工作，完全適合于將其布置在開(kāi)關(guān)柜上。采集的模擬量、開(kāi)關(guān)量、電能量可通過(guò)站內(nèi)電氣接線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)模擬量和關(guān)量的數(shù)據(jù)合理性進(jìn)行檢查及相應(yīng)處理，完成對(duì)單元設(shè)備的實(shí)時(shí)測(cè)量、保護(hù)、控制，按照要求將現(xiàn)場(chǎng)總線通信轉(zhuǎn)化為以太網(wǎng)通信方式與站控層和調(diào)度中心進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，同時(shí)具有現(xiàn)場(chǎng)總線上所有信號(hào)數(shù)據(jù)的匯總功能。

在進(jìn)行間隔層數(shù)字化改造時(shí)可同步對(duì)變電站層服務(wù)器軟件進(jìn)行數(shù)字化升級(jí)改造，完成變電站層的數(shù)字化改造。

3.3 過(guò)程層數(shù)字化改造

過(guò)程層設(shè)備主要包括光電式電流、電壓互感器、智能斷路器等一次設(shè)備。這些設(shè)備都具有滿足IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的接口，過(guò)程層和間隔層之間通過(guò)交換式以太網(wǎng)進(jìn)行電壓、電流、功率因數(shù)等信息的傳輸與共享。

在平常的生產(chǎn)運(yùn)行中，變電站一次設(shè)備達(dá)到使用壽命進(jìn)行更換時(shí)，可選擇采用數(shù)字化羅氏線圈互感器或純光學(xué)互感器，完成過(guò)程層數(shù)字化改造。

4 結(jié)論

綜上所述，為了適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的需求，智能變電站已成為未來(lái)變電站發(fā)展的趨勢(shì)。對(duì)于新建變電站，如果條件允許的情況下建設(shè)智能變電站是最佳的方案；如何使原有的傳統(tǒng)變電站過(guò)渡到智能變電站是智能變電站推廣建設(shè)中需要面對(duì)的實(shí)際問(wèn)題。

[1]湯漢松,孫志杰,徐大司.智能變電站的現(xiàn)狀與未來(lái)[J].江蘇電機(jī)工程,2007,26（增刊）:5-7.

[2]孟和.基于IEC61850電子式互感器數(shù)字接口軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].成都:西南交通大學(xué),2010.

[3]劉清瑞,劉日堂,尚學(xué)軍.110kV 智能變電站的關(guān)鍵技術(shù)[J].繼電器,2007,35（增刊）:240-245.

[4]黃少雄,李斌.傳統(tǒng)變電站分階段數(shù)字化改造方案研究[J].東北電力技術(shù),2009（7）:33-36.

[5]孫平,田峰,劉冀.常規(guī)變電站數(shù)字化改造的模式探討[J].農(nóng)村電氣化,2008（增刊）:82-86.