數(shù)字化變電站的技術應用分析

數(shù)字化變電站的技術應用分析 【摘 要】目前很難對數(shù)字化變電站進行確切定義，大家普遍認為，“數(shù)字化”貫穿變電站自動化的始終，“數(shù)字化變電站”是變電站自動化發(fā)展過程中的一個階段。數(shù)字化變電站是智能電網(wǎng)的物理基礎，也是高級調度中心的信息采集和命令執(zhí)行單元，其將成為今后電力發(fā)展的主流。主要分析了數(shù)字化變電站的概念和特點，并詳細介紹了其關鍵技術和技術應用。 【關鍵詞】數(shù)字化變電站 特點 關鍵技術 應用 1 數(shù)字化變電站的概念 “數(shù)字化變電站”是變電站自動化發(fā)展過程中的一個階段，具有智能化的一次設備、網(wǎng)絡化的二次設備、自動化的運行管理系統(tǒng)、符合IEC61850標準的通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)等技術特征。基于這些特征，業(yè)界對數(shù)字化變電站在現(xiàn)階段的定義如下：數(shù)字化變電站是以變電站一、二次設備為數(shù)字化對象，以高速網(wǎng)絡通信平臺為基礎，通過對數(shù)字化信息進行標準化，實現(xiàn)信息共享和互操作，并以網(wǎng)絡數(shù)據(jù)為基礎，實現(xiàn)繼電保護、數(shù)據(jù)管理等功能，滿足安全穩(wěn)定、建設經(jīng)濟等現(xiàn)代化建設要求的變電站。 2 數(shù)字化變電站的特點 （1）一次設備智能化。采用智能型斷路器、變壓器、隔離開關以及其它數(shù)字化輔助設備，以電子式電流/電壓互感器替代傳統(tǒng)的電磁式互感器，直接向外提供數(shù)字式光纖以太網(wǎng)接口。一次設備和二次設備間用光纖傳輸數(shù)字編碼信息的方式交換采樣值、狀態(tài)量、控制命令等信息。（2）二次設備網(wǎng)絡化。二次設備除傳統(tǒng)數(shù)字式設備的特點外，還具備對外光纖網(wǎng)絡通信接口，信號傳輸介質用光纖以太網(wǎng)代替控制電纜，通信規(guī)約統(tǒng)一采用IEC 61850標準，實現(xiàn)二次設備的信息共享、互操作和功能的靈活配置。（3）運行管理系統(tǒng)自動化。現(xiàn)在我國變電站已基本普及綜自系統(tǒng)，監(jiān)控、保護、自動安全裝置等二次設備基本采用數(shù)字技術，在此基礎上采用自動故障分析、設備健康狀態(tài)監(jiān)測和程序化控制等系統(tǒng)，進一步提高站內設備的互操作性、信號的光纖傳輸、網(wǎng)絡通信平臺的信息共享等方面的自動化管理水平。減少運行維護的難度和工作量。 3 關鍵技術及應用 3.1 IEC61850標準 IEC61850是國際電工委員會TC57工作組制定的變電站通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)系列標準，是基于網(wǎng)絡通信平臺的變電站自動化系統(tǒng)唯一的國際標準。 IEC61850標準按照變電站自動化系統(tǒng)所要完成的控制、監(jiān)視和保護三大功能提出了變電站內功能分層的概念：無論從邏輯關系上還是從物理結構上都將變電站的功能分為3層，即變電站層、間隔層和過程層。 變電站層包括監(jiān)控主機、操作員工作站、維護工程師站等，其主要功能是為變電站提供運行、管理、工程配置的界面，并記錄變電站內所有相關信息；遠動機，其功能是將變電站內信息應用標準遠動規(guī)約和遠動通道，實現(xiàn)變電站信息向監(jiān)控中心遠傳，并實現(xiàn)監(jiān)控中心遠方控制；保護信息子站，主要采集變電站內各種保護以及故障錄波信息，并向保護信息主站傳輸。遠動機、保護信息子站與后臺系統(tǒng)之間相互獨立，互不影響。所有變電站層設備均采用100M工業(yè)以太網(wǎng)，并按照IEC61850通信規(guī)范進行系統(tǒng)建模并進行信息傳輸。 間隔層的功能是利用本間隔的數(shù)據(jù)對一次設備產(chǎn)生作用，如線路保護設備或間隔控制設備，間隔層主要包括保護測控裝置以及其他智能設備。針對采用GIS開關設備的變電站，將保護、測控裝置下放至GIS控制柜，節(jié)省了傳統(tǒng)方式下一次開關設備到保護控制二次設備間的大量電纜，間隔層設備對變電站層采用以太網(wǎng)通信方式。 過程層是IEC61850標準中提出的新概念，其包括智能I/0單元、電子式互感器、智能一次設備、智能傳感器等，主要功能是實現(xiàn)各種電氣量的就地采集以及實現(xiàn)對智能一次設備的直接控制。 3.2非常規(guī)互感器 電子式電流電壓互感器具有絕緣簡單、體積小、重量輕、安全、線性度好、輸出信號可直接與數(shù)字化二次設備接口等優(yōu)點?；ジ衅饔傻凸β疏F芯線圈、空芯線圈、電容分壓器和傳感模塊等部分組成，互感器的輸出為數(shù)字光信號。 合并單元是聯(lián)系電子式互感器和網(wǎng)絡化的二次設備之間的設備，用于對來自傳感模塊的各相電流電壓信號進行時間相關性（同步）組合，并轉發(fā)給二次設備。合并單元可完成各相電流電壓的采樣同步控制。 傳感模塊到合并單元之間為光纖聯(lián)系，采用規(guī)約傳送，合并單元到二次設備之間可采用光纖點對點串行通訊或者光纖以太網(wǎng)，傳輸規(guī)約可采用工EC60044-8，IEC61850-9-1或IEC61850-9-2傳送。 與互感器相配套的合并單元同步處理電流電壓采樣的數(shù)字信號，輸入輸出路數(shù)可根據(jù)不同的應用情況靈活配置。 數(shù)字式互感器接口的保護及測控系統(tǒng)雖然是新一代產(chǎn)品，但保護原理與已經(jīng)得到大量應用的傳統(tǒng)保護相同，采樣取自合并單元的數(shù)字信號，而不再像傳統(tǒng)保護一樣由交流模塊模擬采樣。新一代保護測控裝置能夠滿足基于電子式互感器的數(shù)字化變電站的需要。 長期以來，電力系統(tǒng)中一直使用傳統(tǒng)大功率電磁式電流互感器測量一次側電流，為二次計量及保護等設備提供電流信號。傳統(tǒng)的電磁式電流互感器的額定輸出信號為1A或SA。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，系統(tǒng)電壓越來越高，二次計量及保護設備趨于微機化，傳統(tǒng)的電流互感器已逐漸暴露其缺點：（1）當CT變比較小時鐵芯面積會較大，且精度難以保證，應用LPCT能顯著地縮小互感器體積并能保證精度；（2）動態(tài)范圍小，當電流較大時，CT會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，CT的飽和會影響二次保護設備正確識別故障；帶鐵心線圈的低功率電流互感器（LPCT）是常規(guī)感應式電流互感器的發(fā)展。由于現(xiàn)代電子設備要求的輸入功率很低，LPCT可以為此實現(xiàn)體積較小但測量范圍卻較廣的設計方案?；贚PCT的新型電流互感器有體積小、動態(tài)范圍大、精度高的優(yōu)勢。同時由于結構簡單，不需添加附屬電子設備、二次設備改動不大，技術風險小，所以在220kV以下的低電壓等級變電站中有著廣泛的應用前景。LPCT新型電流互感器的二次額定輸出電流為200mA，試驗證明，LPCT能夠在滿足精度的前提下提供更大的動態(tài)范圍，并且顯著地縮小了互感器體積。 3.3智能斷路器 智能斷路器，指具有較高性能的開關設備和控制設備，配有電子設備、傳感器和執(zhí)行器，不僅具有開關設備的基本功能，還具有附加功能，尤其在監(jiān)測和診斷方面。它將智能化傳感器技術、微處理技術、數(shù)字通信技術應用于監(jiān)控回路的完好性和開關的