数字化变电站自动化技术的应用

2014-11-16周建超何金朋

中国新技术新产品 2014年12期

梁京周建超何金朋

（煤炭工业郑州设计研究院股份有限公司，河南郑州 450000）

一、概述

随着我国经济的快速发展，对电力资源需求量越来越大，对电力质量要求越来越高。变电站作为我国供电网络中的重要环节，担负着电能转换及电能重新分配的重要任务。目前，一般多采用传统变电站，主要采用人工抄表、记录及操作为主，随着大容量发电机组的不断投运，加上大电网及超高压远距离输电网的出现，传统变电站已经无法满足发展需要。数字化变电站中自动化技术的应用促使变电站更加适应现代电力系统管理模式的需求，成为变电站重点发展项目。

二、数字化变电站概述

1 数字化变电站的基本结构

变电站体系结构趋向于分层分布式，数字化变电站系统是由过程层（设备层）、间隔层和变电站层（站控层）三层组成，如图1所示。

过程层直接采集电力系统实时电气量，检测母线、断路器及变压器等设备的状况。间隔层包括安全自动装置、保护装置、测控装置、保护装置、电能计量装置以及故障录波器等设备。间隔层能够实时实现信息数据传输，能够对设备进行一次保护。变电层主要包括远动装置、操作员站、主机和五防工作站等设备。变电站层需要汇总全站实时数据，向调度中心接收或发送数据，在接收命令后执行过程层，实现站内的人机联系，从而对过程层设备和间隔层设备修改参数、在线维护。

图1

2 数字化变电站的特点及相关技术支撑

（1）一次设备智能化。采用数字输出的电子式互感器、智能开关等智能一次设备。电子式互感器不含铁芯的结构消除了磁饱和，智能高压电器实现了自动控制、自动检测自身故障、自动调节与远方控制中心的通信等，如：智能化组合电器实现了自动控制。一次设备的避雷器将泄漏电流、动作次数、绝缘污秽等信息送往测量单元，还将避雷器对应的电压互感器的电压信号送至测量单元。

（2）二次设备网络化。通过合并单元采集非常规互感器的输出信息，然后发送给保护测控设备；一二次设备用光纤传输信息；二次设备间用通信网络交换信息。

（3）自动化的运行管理系统。变电站运行管理自动化系统应包括电力生产运行数据、状态记录统计无纸化；数据信息分层、分流交换自动化；变电站运行发生故障时能及时提供故障分析报告，指出故障原因，提出故障处理意见；系统能自动发出变电站设备检修报告，即常规的变电站设备“定期检修”改变为“状态检修”。

3 数字化变电站的优点

（1）实现光纤数字通信，实现间隔层（网络化的二次设备）和站控层（自动化综合心理管理系统）的数字化通信，并以数字终端形式代替过程层（智能化的一次设备）。实现二次回路中常规的继电器及其逻辑回路被可编程序代替，常规的强电模拟信号和控制电缆被光电数字和光纤代替。常规的控制电缆被光缆代替，电磁兼容性得到提高。采用光纤传输方式后，变电站一次回路和二次回路实现了有效的隔离，长期以来在变电站因电缆感应，传导的过流、过压现象得以消除。从根本上解决抗干扰问题，不怕雷击、电磁场辐射、串扰，也没有二次回路两点接地的可能性。

（2）提高了经济效益，实现节能减排。节约了大量的电缆等耗材，具有节能、环保、节约社会资源的多重功效。采用光纤数字终端的方式实现了开关的智能化控制，进一步提升了自动化和管理水平，为状态检修创造了条件。设备在线监测，将大大提高设备的使用效率，缩短停电时间，带来良好的经济效益。

（3）规范通信协议。由于数字化变电站以后即将采用的是IEC61850标准，即实现统一接口，统一标准，不同厂家设备可无缝对接。

三、数字化变电站自动化技术的应用

1 集中处理数据信息与调控命令

变电站的数字化建设时使用的网络构架主要是集中分散式的结构，此结构使用的运算分析核心是采取可以运行IEC61850标准的的站控层设备，另外该机构还需要符合IEC61850标准的间隔层IED设备与网络通信、过程层的MU合并单元等执行及时数据及信息的通信、共享。在变电站中针对那些220kV及110kV高压进出线及主变等可以运行IEC61850通信标准的一套、几套的保护、集中式测控及各组依据冗余模式来组网配置的记录装置，构建起完整的以IEC61850标准为基础的自动化的数字化变电站。对于35kV及以下的中低压单元，由于基本采用室内开关柜形式，因此可以在开关柜中分布装设满足IEC61850标准的间隔层IED电子设备，分散采集开关柜中的相关数据信息，且要进行统一的通信网络规定，将设备与站控层进行及时有效的通信交流，保证完成数字网络化的远程操控、保护和测控等功能。

2 动态仿真系统在数字化变电站的应用

在数字电网建设的主要内容中，它要求数字化变电要具备一定的自动化、数字化、信息化、人性化的特性。而目前我国国内正在运行中的数字化变电站，其继电保护技术中的二次设备并不存在一个完善的检查与检测方法，对于数字化变电站来说，这远远落后于数字化设备的发展。动态仿真系统在数字化变电站的应用，不仅能够对故障的发生以及操作演练或者是数字化变电站的运行方法有一个仿真模拟的前提，这就能够对包括继电保护设备、故障录波设备、自动测控系统、智能仪表等在内的二次设备发送模拟信号，从而实现对母线、线路、变压器的监控与保护。

3 分散式设计结构的应用

随着计算机技术、通信技术的不断发展完善，分散式结构设计是继集中式结构设计的一个大进步。在分散式结构的设计中，将变电站中各种输入输出单元元件安装在中低压开关柜中，或者安装在高压一次设备附近，单元部件能够实现保护和监控的双重功能，可以有效的对现场单元部件进行继电保护和安全监控，其中信息通信的方式基本都是通过RS-422/RS-485通信接口进行连接通信的，随着网络技术的不断完善，在分散式结构中逐渐加大了网络技术的应用力度，比如LON EORKS和CAN等现场总线型网络，使得变电站的自动控制更加完善同步。对于分散式结构的自动化控制系统，随着科学技术的不断发展，更是将遥测、遥信、采集与处理、遥控命令执行和继电保护功能集中体现在现场的单元部件上，在工作中单元部件将信息数据通过网络传输到后台主计算机上，此时后台主计算机则会对变电站内的工作进行自动处理控制。总体上来说，这种结构设计方式对主控制室的要求不那么苛刻，能够有效的降低主控制室的面积，大大的降低了检修工作的难度，减小了工程造价以及工程难度，并且在工作中，使变电站运行的安全性更高、稳定性更高、工作性更强。