數(shù)字化變電站技術(shù)介紹

1、通訊的重要性 卿旺平 數(shù)字化變電站新技術(shù)介紹本文分為四個(gè)部分1、數(shù)字化變電站的特征2、數(shù)字化變電站主要技術(shù)應(yīng)用3、 數(shù)字化變電站建設(shè)帶來的影響4、 數(shù)字化變電站給變電運(yùn)行工作帶來的新挑戰(zhàn) 第一章第一章 數(shù)字化變電站的特征數(shù)字化變電站的特征1.1常規(guī)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的主要問題：常規(guī)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的主要問題：微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使變電站各種IED具備了數(shù)字化、低功耗的特點(diǎn)。這些IED物理上可安裝在3個(gè)不同的功能層，即變電站、間隔層、過程層。目前集中式或分布式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)其信息采集來源于常規(guī)的電磁型電壓互感器。因此，變電站IED必須通過電磁變換回路將常規(guī)電磁型電流、電壓互感器的二次輸出信號(hào)

2、變換為適合于微電子電路的低電平信號(hào)。通過對(duì)應(yīng)于每臺(tái)設(shè)備的電纜線將這些測量值傳送至繼電保護(hù)、測控、計(jì)算測量及自動(dòng)化系統(tǒng)。其簡單結(jié)構(gòu)示意如圖所示。 圖中保護(hù)單元和測控單元在電網(wǎng)運(yùn)行中所履行的只能不同的，保護(hù)裝置在電網(wǎng)中承擔(dān)事故時(shí)快速切除和隔離故障，恢復(fù)系統(tǒng)正常運(yùn)行功能，因此，繼電保護(hù)裝置要求對(duì)于故障時(shí)各種電氣量等信號(hào)有正確響應(yīng)，此時(shí)，故障電流往往超過額定電流的十幾倍以至于數(shù)十倍。而對(duì)于測量系統(tǒng)而言，主要反應(yīng)的是正常運(yùn)行工況下電流信號(hào)，一般均在額定電流之下或輕負(fù)荷情況下。所以，這兩種應(yīng)用對(duì)于TA的工作范圍及角度要求是不一樣的。傳統(tǒng)TA受其特性限制，難以做到在如此寬泛的工作范圍內(nèi)同時(shí)滿足保護(hù)和測控單元

3、的精度要求，因此，常規(guī)TA分為保護(hù)級(jí)與計(jì)量級(jí)等不同等級(jí)，測控單元、計(jì)量系統(tǒng)和保護(hù)裝置分別取之不同特性的電流互感器。 此外，常規(guī)TA存在二次負(fù)載問題，對(duì)于二次回路線路過長，所接設(shè)備多、負(fù)載重的情況，如果超過了TA的二次額定負(fù)載能力，需要考慮用負(fù)載能力強(qiáng)的TA或多組TA串接以提高負(fù)載能力。所以，在現(xiàn)場應(yīng)用中往往可以看到反應(yīng)同一電流的位置上安裝了一串不用型號(hào)不同類型的TA，設(shè)備投資大，占地多，與二次設(shè)備的配合復(fù)雜。 常規(guī)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用的特點(diǎn)是變電站二次系統(tǒng)采用單元間隔的布置形式，裝置之間相對(duì)獨(dú)立，裝置間缺乏整體的協(xié)調(diào)和功能優(yōu)化，輸入信息不能共享、接線比較復(fù)雜、系統(tǒng)擴(kuò)展復(fù)雜。主要有以下幾方面的問

4、題： 信息難以共享信息難以共享變電站自動(dòng)化系統(tǒng)接入的信息大致可以分為：（1）電力系統(tǒng)運(yùn)行信息，如電流、電壓、頻率等；（2）變電站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，如一次設(shè)備、二次設(shè)備是否投運(yùn)等；(3) 變電站設(shè)備異常信息，如測控裝置異常，保護(hù)裝置直流失卻等；(4) 電網(wǎng)事故信息，如斷路器、保護(hù)動(dòng)作跳閘等；由于信息采集部分來自于不同的TA，因此，作為變電站自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用主要環(huán)節(jié)的測控、保護(hù)、故障錄波器等系統(tǒng)信息的應(yīng)用、處理分屬于不同的專業(yè)管理部門，不同的IED以功能劃分，獨(dú)立運(yùn)行，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)、變電站與控制中心之間的通信以及控制中心層面不同應(yīng)用之間缺乏統(tǒng)一的建模規(guī)范，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的各種信息向電網(wǎng)控制中心

5、進(jìn)行傳遞，在控制中心不同應(yīng)用之間的信息交互以專業(yè)為界。變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的信息在就地提供給變電站運(yùn)行值班人員，并經(jīng)SCADA系統(tǒng)為電網(wǎng)調(diào)度提供電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)信息，構(gòu)成調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)應(yīng)用，如EMS系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)、調(diào)度員潮流等；另外，一般還會(huì)有其他信息獨(dú)立組成各自的應(yīng)用系統(tǒng)由相應(yīng)的技術(shù)管理部門負(fù)責(zé)運(yùn)行和管理，如故障錄波器系統(tǒng)，數(shù)字式保護(hù)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)以及近年來發(fā)展的故障信息系統(tǒng)等。實(shí)際運(yùn)行中來自不同信息采集單元的設(shè)備信息無法共享，形成了各種“信息孤島”現(xiàn)象。 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)使變電站自動(dòng)化系統(tǒng)接入和共享其他一些有有用信息成為可能，為減少設(shè)備重復(fù)投資，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行和管理效率，需要對(duì)變電站各種信

6、息的對(duì)象進(jìn)行統(tǒng)一建模，把屬于不同技術(shù)管理部門、各自相對(duì)獨(dú)立發(fā)展的其他一些技術(shù)集成到變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中，使得變電站的信息在相應(yīng)的運(yùn)行和管理部門之間得到充分共享。 設(shè)備不具備互操作性設(shè)備不具備互操作性在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展初期，人們就期待解決不同生產(chǎn)廠一家二次設(shè)備之間的互操作性(Interoperability)，甚至互換性(Interchangeability)，變電站的二次設(shè)備根據(jù)國際IEC組織57技術(shù)委員會(huì)第10工作組的劃分可分為三類： (1) 以TA、TV為主的一次、二次設(shè)備的接口設(shè)備； (2)保護(hù)、控制、儀表等二次控制、測量設(shè)備；(3) 實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)調(diào)度或遠(yuǎn)程控制中心通信的系統(tǒng)，或稱為站控

7、層設(shè)備，傳統(tǒng)RTU與遠(yuǎn)程控制中心的通信功能是站控層設(shè)備最基本的一個(gè)功能，但站控層設(shè)備的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)RTU功能。這里所討論設(shè)備之間的互操作性是指二次IED設(shè)備，在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上或通信通道上能夠工作，實(shí)現(xiàn)共享信息和命令的能力。這些IED還應(yīng)具有互換性，也就是說，一個(gè)廠家的IED可用另一個(gè)廠家的IED替換，而不需要改變系統(tǒng)中其它元件。由于二次設(shè)備缺乏統(tǒng)一的功能和接口規(guī)范，通信標(biāo)準(zhǔn)的采用缺乏一致性，各廠家對(duì)于相同規(guī)約實(shí)現(xiàn)上的差異，至今不能實(shí)現(xiàn)不同廠家IED之間的互操作。 IEC制定IEC60870-5-103標(biāo)準(zhǔn)時(shí)提出繼電保護(hù)裝置等IED通過采用通用報(bào)文來實(shí)現(xiàn)“自我描述”的概念，但標(biāo)準(zhǔn)缺乏通用報(bào)文具

8、體應(yīng)用時(shí)的指導(dǎo)性規(guī)范。為了考慮標(biāo)準(zhǔn)與此前開發(fā)并已實(shí)際應(yīng)用的IED設(shè)備相兼容，在等同采用IEC標(biāo)準(zhǔn)時(shí)相應(yīng)的電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在其附錄中補(bǔ)充了很多不符合互操作性原則的專用報(bào)文，因此，沒有很好地解決互操作性問題。由于缺乏統(tǒng)一的功能和接口規(guī)范，不同廠家的IED缺乏互操作性，缺乏互操作性的IED對(duì)于變電站自動(dòng)化系統(tǒng)長期維護(hù)和運(yùn)行時(shí)一個(gè)巨大的障礙可靠性受二次電纜影響可靠性受二次電纜影響雖然現(xiàn)有變電站自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的智能化，但這些IED之間以及IED與一次系統(tǒng)設(shè)備和變電站自動(dòng)化系統(tǒng)之間大多采用電纜連接，二次系統(tǒng)的安全性取決于變電站IED具有的耐受電磁干擾的能力，同時(shí)，必須確保引入到IED的電磁干擾低于裝置本

9、身可以耐受的水平。實(shí)際運(yùn)行中由于種種原因，經(jīng)常發(fā)生由于電纜遭受電磁干擾和一次設(shè)備傳輸過電壓引起IED運(yùn)行異常;盡管電力行業(yè)的有關(guān)規(guī)定中要求繼電保護(hù)二次回路一點(diǎn)接地，但由于二次回路接地點(diǎn)的狀態(tài)無法實(shí)時(shí)檢測，二次回路兩點(diǎn)接地的情況仍時(shí)有發(fā)生，并對(duì)繼電保護(hù)產(chǎn)生不良影響，甚至造成設(shè)備誤動(dòng)作。在二次電纜比較長的情況下由電容耦合的干擾可能造成繼電保護(hù)誤動(dòng)作。國家電力調(diào)度通信中心主編的電力系統(tǒng)繼電保護(hù)典型故障分析中215個(gè)事故案例中，因二次系統(tǒng)問題引起的保護(hù)不正確動(dòng)作有92次，二次電纜實(shí)際上構(gòu)成了變電站安全運(yùn)行的主要隱患。 理想數(shù)字化變電站簡介理想數(shù)字化變電站簡介數(shù)字化變電站的基本概念為變電站的信息采集、傳

10、輸、處理、輸出過程全部數(shù)字化，基本特征為設(shè)備智能化、通信網(wǎng)絡(luò)化、模型和通信協(xié)議統(tǒng)一化、運(yùn)行管理自動(dòng)化等。數(shù)字化變電站建設(shè)的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)滿足上述特征的通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)。IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)包括變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的總體要求、功能建模、數(shù)據(jù)建模、通信協(xié)議、項(xiàng)目管理和一致性檢測等一系列標(biāo)準(zhǔn)。按照IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的變電站，符合數(shù)字化變電站的要求。數(shù)字化變電站的主要一次設(shè)備和二次設(shè)備均應(yīng)為智能設(shè)備，這是變電站實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的基礎(chǔ)。智能設(shè)備具有與其它設(shè)備交互參數(shù)、狀態(tài)和控制命令等信息的通信接口。如果確需使用傳統(tǒng)非智能設(shè)備，應(yīng)通過配置智能終端將其改造為智能設(shè)備。設(shè)備間信息傳輸?shù)姆绞綖榫W(wǎng)絡(luò)通

11、信或串行通信，取代傳統(tǒng)的二次電纜等硬接線。數(shù)字化變電站的設(shè)備根據(jù)需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的在線檢測功能，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)可根據(jù)設(shè)備實(shí)時(shí)提供的健康狀態(tài)提出檢修要求，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃檢修向狀態(tài)檢修的轉(zhuǎn)變。數(shù)字化變電站不需解決不同制造商設(shè)備信息代碼表不統(tǒng)一的問題。數(shù)字化變電站的設(shè)備信息應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)的信息模型，具有“自我描述”機(jī)制。采用面向?qū)ο笞晕颐枋龅姆椒?，傳輸?shù)阶詣?dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)都帶說明，馬上建立數(shù)據(jù)庫，使現(xiàn)場驗(yàn)收的驗(yàn)證工作大大簡化，數(shù)據(jù)庫的維護(hù)工作量大大減少，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的“即插即用”。按照IEC 61850，變電站的功能應(yīng)分為站控層、間隔層和過程層。其架構(gòu)體系如圖所示過程層過程層是一次設(shè)備與二次設(shè)備的結(jié)合面，或者說過程層

12、是指智能化電氣設(shè)備的智能化部分。過程層的主要功能分三類：（1）實(shí)時(shí)運(yùn)行電氣量檢測。與傳統(tǒng)的功能一樣主要是電流、電壓、相位以及諧波分量的檢測，其他電氣量如有功、無功、電能量可通過價(jià)格曾的設(shè)備運(yùn)算得到。與常規(guī)方式相比所不同的是傳統(tǒng)的電磁式電流互感器、電壓互感器被非常規(guī)互感器取代，采集傳統(tǒng)模擬量被直接采集數(shù)字量所取代，動(dòng)態(tài)性能好，抗干擾性能強(qiáng)，絕緣和抗飽和特性好。（2）運(yùn)行設(shè)備狀態(tài)檢測。變電站需要進(jìn)行狀態(tài)參數(shù)檢測的設(shè)備主要有變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、母線、電容器、電抗器以及直流電源系統(tǒng)等。在線檢測的主要內(nèi)容有溫度、壓力、密度、絕緣、機(jī)械特性以及工作狀態(tài)等數(shù)據(jù)。（3）操作控制命令執(zhí)行，包括變壓器分接頭

13、調(diào)節(jié)控制、電容、電抗器投切控制、斷路器、隔離開關(guān)合分控制以及直流電源充放電控制等。過程層的控制命令執(zhí)行大部分是被動(dòng)的，即按上層控制指令而動(dòng)作，如接到間隔層保護(hù)裝置的跳閘指令、電壓無功控制的投切命令、斷路器的遙控開合命令等，并具有一定的智能性，能判別命令的真?zhèn)渭昂侠硇?，如?shí)現(xiàn)動(dòng)作精度的控制，使斷路器定相合閘，選相分閘，在選定的相角下實(shí)現(xiàn)斷路器的關(guān)合和開端等。間隔層間隔層的主要功能是：（1）匯總本間隔過程層實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息；（2）實(shí)施對(duì)一次設(shè)備的保護(hù)控制功能；（3）實(shí)施本間隔操作閉鎖功能；（4）實(shí)施操作同期及其他控制功能；（5）對(duì)數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)運(yùn)算及控制命令的發(fā)出具有優(yōu)先級(jí)別控制；（6）執(zhí)行數(shù)據(jù)的承上

14、啟下通信傳輸功能，同時(shí)高速完成與過程層及變電站層的網(wǎng)絡(luò)通信功能，上下網(wǎng)絡(luò)接口具備雙口全雙工方式以提高信息通道的冗余度，保證網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性。變電站層變電站層的主要任務(wù)是：（1）通過兩級(jí)高速網(wǎng)絡(luò)匯總?cè)镜膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，不斷刷新實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，按時(shí)登陸歷史數(shù)據(jù)庫；（2）將有關(guān)數(shù)據(jù)信息送往電網(wǎng)調(diào)度或控制中心；（3）接受電網(wǎng)調(diào)度或控制中心有關(guān)控制命令并轉(zhuǎn)間隔層、過程層執(zhí)行；（4）具有在線可編程的全站操作閉鎖控制功能；（5）具有（或備有）站內(nèi)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控、人機(jī)聯(lián)系功能，顯示、操作、打印、報(bào)警等功能以及圖像、聲音等多媒體功能；（6）具有對(duì)間隔層、過程層設(shè)備在線維護(hù)、在線組態(tài)、在線修改參數(shù)的功能。數(shù)字化變電站的技術(shù)

15、特征數(shù)字化變電站的技術(shù)特征 數(shù)字化變電站概念的提出是基于光電技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，在應(yīng)用方面直接表現(xiàn)為變電站二次系統(tǒng)的信息應(yīng)用模式發(fā)生巨大的變化。因此，從某種意義上講“數(shù)字化變電站”只要指變電站二次系統(tǒng)的“數(shù)字化”。 數(shù)字化變電站采用低功率、緊湊型、數(shù)字化的新型電流和電壓互感器代替常規(guī)TA和TV將高電壓、大電流直接變換為低電平信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，利用高速以太網(wǎng)構(gòu)成變電站數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一信息建模，并采用智能斷路器控制等技術(shù)，這使得變電站自動(dòng)化技術(shù)在常規(guī)變電站自動(dòng)化技術(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了巨大跨越，數(shù)字化變電站主要技術(shù)特征主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面

16、： 數(shù)據(jù)采集數(shù)字化數(shù)據(jù)采集數(shù)字化數(shù)字化變電站的主要標(biāo)志是采用數(shù)字化電氣量測系統(tǒng)（如光電式互感器或電子式互感器）采集電流、電壓等電氣量，實(shí)現(xiàn)了電力量數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)的數(shù)字化應(yīng)用，其特點(diǎn)在于可以實(shí)現(xiàn)一、二次系統(tǒng)在電氣上的有效隔離；增大了電氣量的動(dòng)態(tài)測量范圍并提高了測量精度，從而為實(shí)現(xiàn)常規(guī)變電站裝置冗余向信息冗余的轉(zhuǎn)變以及信息集成化應(yīng)用提供了基礎(chǔ)；對(duì)于低驅(qū)動(dòng)功率的變電站二次系統(tǒng)設(shè)備可以直接實(shí)現(xiàn)數(shù)字化接口應(yīng)用。系統(tǒng)分層分布化系統(tǒng)分層分布化：根據(jù)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的描述，變電站的一、二次設(shè)備可以分為三層：站控層（變電站層），間隔層，過程層。過程層通常又稱為設(shè)備層，主要是指變電站內(nèi)的變壓器和斷路器、隔離開關(guān)

17、及其輔助觸點(diǎn)，電流、電壓互感器等一次設(shè)備。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)主要指間隔層和站控層。間隔層一般按斷路器間隔劃分，具有測量、控制元件或繼電保護(hù)元件。測量、控制元件負(fù)責(zé)該間隔的測量、監(jiān)視、斷路器的操作控制和聯(lián)閉鎖，以及時(shí)間順序記錄等，保護(hù)元件負(fù)責(zé)該間隔線路、變壓器等設(shè)備的保護(hù)、故障記錄等。因此，間隔層由各種不同間隔的裝置組成，這些裝置直接通過局域網(wǎng)或者串行總線與變電站層聯(lián)系；也可設(shè)有數(shù)據(jù)管理機(jī)或保護(hù)管理機(jī)，分別管理各測量、監(jiān)視元件和各保護(hù)元件，然后集中由數(shù)據(jù)管理機(jī)和保護(hù)管理機(jī)與變電站層通信。站控層包括監(jiān)控主機(jī)、遠(yuǎn)動(dòng)通信機(jī)等。變電站層設(shè)現(xiàn)場總線或局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)各主機(jī)之間、監(jiān)控主機(jī)與間隔層之間信息交換。

18、基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站確立了電力系統(tǒng)的建模標(biāo)準(zhǔn)，采用面向?qū)ο蠼＜夹g(shù)、軟件復(fù)用技術(shù)、高速以太網(wǎng)技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)和嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTOS(Real Time Operation System)技術(shù)，以及XML技術(shù)等，體現(xiàn)了“軟件總線”的概念，實(shí)現(xiàn)軟件領(lǐng)域的“即插即用”。滿足了電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、可靠性要求，有效地解決了異構(gòu)系統(tǒng)間的信息互通、數(shù)據(jù)內(nèi)容與顯示分離、自定義性和可擴(kuò)展性等問題，使得變電站分層分布式方案的實(shí)施具備了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。信息交互網(wǎng)絡(luò)化信息交互網(wǎng)絡(luò)化：數(shù)字化變電站采用低功率、數(shù)字化的新型互感器代替常規(guī)互感器，將高電壓、大電流直接變換為數(shù)字信號(hào)。變電站內(nèi)設(shè)備之間通

19、過高速網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交互，二次設(shè)備不再出現(xiàn)功能重復(fù)的I/O接口，常規(guī)的功能裝置變成了邏輯的功能模塊，即通過采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)技術(shù)真正實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)及資源共享。具體包括：(1)過程層與間隔層之間的信息交換，即過程層的各種智能傳感器和執(zhí)行器可以自由地與間隔層的裝置交換信息；(2)間隔層內(nèi)部的信息交換；(3)間隔層之間的通信；(4)間隔層與變電站層的通信；(5)變電站層不同設(shè)備之間的通信設(shè)備檢修狀態(tài)化設(shè)備檢修狀態(tài)化狀態(tài)檢修是建立在設(shè)備狀態(tài)有效監(jiān)測基礎(chǔ)上，根據(jù)監(jiān)測和分析診斷的結(jié)果安排檢修時(shí)間和項(xiàng)目，主要包含設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、設(shè)備診斷、檢修決策三個(gè)環(huán)節(jié)。狀態(tài)監(jiān)測是設(shè)備診斷的根據(jù)和狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)，檢修決策就是結(jié)合在線監(jiān)

20、測與診斷情況，綜合設(shè)備和系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用要求確定具體的檢修計(jì)算或策略。電力系統(tǒng)長期以來實(shí)行的以預(yù)防性計(jì)劃檢修為主的檢修體制，主要依據(jù)檢修規(guī)程來確定檢修項(xiàng)目，存在設(shè)備缺陷較多的檢修不足、設(shè)備狀態(tài)較好的又檢修過度的狀況，一定程度上導(dǎo)致檢修的盲目性，定期檢修模式實(shí)際上很難實(shí)現(xiàn)“應(yīng)修必修，修必修好”的檢修目標(biāo)。在數(shù)字化變電站中，可以有效地獲取電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)以及各種IED裝置的故障和動(dòng)作信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)操作及信號(hào)回路狀態(tài)的有效監(jiān)視。數(shù)字化變電站中幾乎不再存在未被監(jiān)視的功能單元，設(shè)備狀態(tài)特征量的采集沒有盲區(qū)。設(shè)備檢修策略可以從常規(guī)變電站設(shè)備的“定期檢修”變成“狀態(tài)檢修”，從而大大提高系統(tǒng)的可用性。設(shè)備操作智能

21、化設(shè)備操作智能化高壓斷路器二次技術(shù)的發(fā)展趨勢是用微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)和非常規(guī)互感器建立新的斷路器二次系統(tǒng)，如ABB公司的PASS，西門子公司的HIS等，其主要特點(diǎn)是：(1)以微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)誒基礎(chǔ)的控制回路組成執(zhí)行單元，代替常規(guī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的輔助開關(guān)和輔助繼電器?？砂措妷翰ㄐ慰刂铺⒑祥l角度，精確控制跳、合閘過程的時(shí)間，減少暫態(tài)過電壓幅值；(2)斷路器設(shè)備的專用信息由裝在斷路器設(shè)備內(nèi)基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的控制單元直接處理，使斷路器能獨(dú)立地執(zhí)行其他功能，而不依賴于變電站層的控制系統(tǒng)；(3)非常規(guī)互感器與微機(jī)型控制元件相配合，獨(dú)立采集運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，可有效地判斷斷路器的工作狀況；(4)連續(xù)自我檢測和監(jiān)視斷路器

22、一次、二次系統(tǒng)設(shè)備，可檢測設(shè)備缺陷和故障，在缺陷變?yōu)楣收现鞍l(fā)出報(bào)警信號(hào)，為狀態(tài)維修提供參考。實(shí)現(xiàn)斷路器的智能化必須在斷路器內(nèi)嵌入電壓和電流變換器，并作為智能控制元件的輸入，斷路器系統(tǒng)的智能性由微機(jī)型控制單元、智能型接口裝置和相應(yīng)的控制軟件來實(shí)現(xiàn)。保護(hù)和控制命令可以通過光纖網(wǎng)絡(luò)而非變電站二次回路系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)與斷路器操作機(jī)構(gòu)的數(shù)字化接口應(yīng)用。 第二章 數(shù)字化變電站主要技術(shù)應(yīng)用一次電流傳感器P2P1MR IVMR EFS1S2一次轉(zhuǎn)換器二次電源傳輸系統(tǒng)二次轉(zhuǎn)換器供合并單元用二次轉(zhuǎn)換器模擬量電壓出一次電源電子式互感器電子式互感器是由連接到傳輸系統(tǒng)和二次轉(zhuǎn)換器的一個(gè)或多個(gè)電流或電壓傳感器組成，用以傳輸正

23、比于被測量的量，供給測量儀器、儀表和繼電保護(hù)或控制裝置。在數(shù)字接口的情況下，一組電子式互感器共用一臺(tái)合并單元完成此功能。電子式互感器的輸出性能參數(shù)電子式互感器的輸出性能參數(shù)：1、空芯線圈式電流互感器：額定一次電流：600 4000A；額定二次輸出為數(shù)字式。2、輸出格式：電流互感器測量通道：2D41H；電流互感器保護(hù)通道：01CFH。輸出格式參照IEC60044-8或IEC61850-9的要求，數(shù)據(jù)采用Manchester編碼，傳輸速率為2.5Mbit/s。準(zhǔn)確等級(jí)：測量0.2，保護(hù)5P。合并單元是對(duì)傳感模塊傳來的三相電氣量進(jìn)行合并和同步處理，并將處理后的數(shù)字信號(hào)按特定的格式提供給間隔級(jí)設(shè)備使用

24、的裝置。合并單元的輸出格式：IEC-60044-8IEC-61850-9-1IEC-61850-9-2合并單元的特點(diǎn)：合并單元的特點(diǎn)：1、具有完善的監(jiān)測功能，能夠檢測出各個(gè)插件、遠(yuǎn)端電子式互感器模塊的工作狀態(tài)，能夠檢查光纖信號(hào)的強(qiáng)弱，在信號(hào)偏弱時(shí)給出告警信息2、具有模擬數(shù)據(jù)輸出功能，便于現(xiàn)場與保護(hù)的聯(lián)調(diào)3、具有測量功能能夠?qū)崟r(shí)顯示電壓電流功率等測量值，方便現(xiàn)場的調(diào)試和測試 合并單元同步采樣問題：合并單元同步采樣問題：1、常規(guī)互感器與電子式互感器會(huì)并存，如電壓、電流之間，變壓器不同的電壓等級(jí)之間三相電流、電壓采樣必須同步2、變壓器差動(dòng)保護(hù)從不同電壓等級(jí)的多個(gè)間隔獲取數(shù)據(jù)存在同步問題3、母線差動(dòng)保

25、護(hù)從多個(gè)間隔獲取數(shù)據(jù)也存在同步4、線路縱差保護(hù)線路兩端數(shù)據(jù)采樣也存在同步解決同步采樣的兩種方案及特點(diǎn)：解決同步采樣的兩種方案及特點(diǎn)：1、基于GPS秒脈沖同步的同步采樣*同步方法簡單*秒脈沖丟失時(shí)存在危險(xiǎn)2、二次設(shè)備通過再采樣技術(shù)(插值算法)實(shí)現(xiàn)同步*采樣率要求高*硬件軟件要求高，實(shí)現(xiàn)難度較大*不依賴于GPS和秒脈沖傳輸系統(tǒng)智能操作箱 20世紀(jì)90年代,在我國電氣領(lǐng)域中出現(xiàn)了“智能化開關(guān)電氣”的概念。目前,對(duì)“智能化開關(guān)”的一般表述是:智能化開關(guān)電氣是將計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字信息處理技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)和新型開關(guān)制造技術(shù)傳統(tǒng)電氣上進(jìn)行有機(jī)融合,使其具備智能化核心。相對(duì)于傳

26、統(tǒng)開關(guān)電氣,智能化開關(guān)電氣應(yīng)具備如下特點(diǎn):高性能、高可靠性;免維護(hù);硬件軟件化;具備在線監(jiān)測和自診斷功能;提供網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)動(dòng)接口;功能自適應(yīng)等。 一般來說,智能化開關(guān)設(shè)備除滿足常規(guī)電氣設(shè)備的原有功能外,還應(yīng)具備以下幾個(gè)特點(diǎn)和功能:1、開關(guān)工作狀態(tài)的在線監(jiān)測與診斷功能在線監(jiān)視功能應(yīng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的各項(xiàng)電性能、磁性能、溫度、開關(guān)機(jī)械和機(jī)構(gòu)動(dòng)作情況進(jìn)行在線監(jiān)視,以滿足狀態(tài)檢修、狀態(tài)監(jiān)測以及狀態(tài)評(píng)估的需要,并據(jù)此提出檢修計(jì)劃,安排實(shí)施。2、開關(guān)設(shè)備的智能控制功能智能開關(guān)設(shè)備的智能控制功能應(yīng)能實(shí)現(xiàn)在最佳狀態(tài)進(jìn)行開斷,并實(shí)現(xiàn)定相位合閘、定相位分閘,按照指定的程序順序控制。3、開關(guān)設(shè)備的智能操動(dòng)功能為實(shí)現(xiàn)智能開關(guān)

27、的電子操動(dòng)需要將機(jī)械儲(chǔ)能變?yōu)殡娙輧?chǔ)能;將機(jī)械傳動(dòng)變?yōu)樽冾l器通過電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)電子操動(dòng)后,開關(guān)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件減少到一個(gè),即開關(guān)分合閘動(dòng)作,這樣其機(jī)械系統(tǒng)的可靠性提高。4、開關(guān)設(shè)備的數(shù)字化通信接口智能開關(guān)設(shè)備的數(shù)字化接口是為了滿足傳輸開關(guān)的位置信息、在線檢測數(shù)據(jù)以及分合閘命令的需要。 傳感器既有電量的,也有非電量的。非電量傳感器主要用于對(duì)開關(guān)電氣本身進(jìn)行在線檢測和自診斷,如行程、溫度、密度、濕度等。以上各參量需進(jìn)行傳感信息分析,以確定開關(guān)電氣的狀態(tài)。在線檢測和自診斷功能保證了智能化電氣只有處于正常工作狀態(tài)方能進(jìn)行操作,否則報(bào)警閉鎖并指示對(duì)開關(guān)如何檢修。IEC61850建模 20世紀(jì)90年代中期

28、，IECTC57和IECTC95成立了一個(gè)聯(lián)合工作組，制定了IEC6087-5-103標(biāo)準(zhǔn)(繼電保護(hù)設(shè)備信息接口配套標(biāo)準(zhǔn))，同時(shí)EPRI開始制定公用事業(yè)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)份CA)并發(fā)布了UCA2.0。1994年由德國國家委員會(huì)提出制定通用的變電站自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)的建議，1998年IEC、IEEE和EPRI達(dá)成共識(shí)，由IEC牽頭，以美國UCA2.0為基礎(chǔ)，開始制定IEC61850變電站自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)，由IECTC95工作組對(duì)IEC61850及其數(shù)據(jù)模型開展研究。1999年的IECTc57京都會(huì)議和20(X)年SPAG會(huì)議提出將正C61850作為無縫通信標(biāo)準(zhǔn)。1999年8月正CSBI成立配電自動(dòng)化工作組，指出要開

29、展無縫通信，統(tǒng)一數(shù)據(jù)建模，更多配電專家參與標(biāo)準(zhǔn)制定。在IECTc57工作組2(X)2年北京會(huì)議上，指出今后的工作方向:追求現(xiàn)代技術(shù)水平的通信體系，實(shí)現(xiàn)完全的互操作性，體系向下兼容，基于現(xiàn)代技術(shù)水平的標(biāo)準(zhǔn)信息和通信技術(shù)平臺(tái)，在IT系統(tǒng)和軟件應(yīng)用通過數(shù)據(jù)交換接口標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)現(xiàn)開放式系統(tǒng)。IEC61850不僅用于變電站內(nèi)通信，且用于變電站和控制中心通信。目前，IEC61850共14個(gè)部份已全部通過為國際標(biāo)準(zhǔn)。（1）IEC61850標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容為:功能建模:從變電站自動(dòng)化通信系統(tǒng)的通信性能(PICOM)要求出發(fā)，定義了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的功能模型(IEC61850-5)；數(shù)據(jù)建模:采用面向?qū)ο蟮姆椒?，定義了

30、基于客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)模型(IEC6185-7-3/4)；通信協(xié)議:IEC61850標(biāo)準(zhǔn)總結(jié)了變電站內(nèi)信息傳輸所必需的通信服務(wù)，設(shè)計(jì)了獨(dú)立于所采用網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用層協(xié)議的抽象通信服務(wù)接口(ACSI)。在IEC61850-7-2中，建立了標(biāo)準(zhǔn)兼容服務(wù)器所必須提供的通信服務(wù)的模型，包括服務(wù)器、邏輯設(shè)備、邏輯節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)集模型。客戶通過ACSI，由特殊通信服務(wù)映射(SCSM)映射到所采用的具體協(xié)議棧，如制造報(bào)文規(guī)范(MMS)等。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)使用ACSI和SCSM技術(shù)，解決了標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性與未來網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展之間的矛盾，即當(dāng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展時(shí)只要改動(dòng)SCSM，而不需要修改ACSI(IEC61850

31、-7-2，-8/9)；變電站自動(dòng)化系統(tǒng)工程和一致性測試:定義了基于XML的結(jié)構(gòu)化語言(IEC61850-6)，描述變電站和自動(dòng)化系統(tǒng)的拓?fù)湟约癐ED結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。為了驗(yàn)證互操作性，IEC61850-10描述了正C61850標(biāo)準(zhǔn)一致性測試。（2）IEC 61850的主要特點(diǎn)：定義了變電站的信息分層結(jié)構(gòu)。變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議 IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)草案提出了變電站內(nèi)信息分層的概念，將變電站的通信體系分為 3 個(gè)層次，即變電站層、間隔層和過程層，并且定義了層和層之間的通信接口；采用了面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)建模技術(shù)。IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)采用面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)，定義了基于客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型。每個(gè)

32、IED包含一個(gè)或多個(gè)服務(wù)器，每個(gè)服務(wù)器本身又包含一個(gè)或多個(gè)邏輯設(shè)備。邏輯設(shè)備包含邏輯節(jié)點(diǎn)，邏輯節(jié)點(diǎn)包含數(shù)據(jù)對(duì)象。數(shù)據(jù)對(duì)象則是由數(shù)據(jù)屬性構(gòu)成的公用數(shù)據(jù)類的命名實(shí)例。從通信而言，IED 同時(shí)也扮演客戶的角色。任何一個(gè)客戶可通過抽象通信服務(wù)接口（ACSI）和服務(wù)器通信可訪問數(shù)據(jù)對(duì)象；數(shù)據(jù)自描述。該標(biāo)準(zhǔn)定義了采用設(shè)備名、邏輯節(jié)點(diǎn)名、實(shí)例編號(hào)和數(shù)據(jù)類名建立對(duì)象名的命名規(guī)則；采用面向?qū)ο蟮姆椒?，定義了對(duì)象之間的通信服務(wù)，比如，獲取和設(shè)定對(duì)象值的通信服務(wù)，取得對(duì)象名列表的通信服務(wù)，獲得數(shù)據(jù)對(duì)象值列表的服務(wù)等。面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)自描述在數(shù)據(jù)源就對(duì)數(shù)據(jù)本身進(jìn)行自我描述，傳輸?shù)浇邮辗降臄?shù)據(jù)都帶有自我說明，不需要再對(duì)數(shù)

33、據(jù)進(jìn)行工程物理量對(duì)應(yīng)、標(biāo)度轉(zhuǎn)換等工作。由于數(shù)據(jù)本身帶有說明，所以傳輸時(shí)可以不受預(yù)先定義限制，簡化了對(duì)數(shù)據(jù)的管理和維護(hù)工作；網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立。IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)總結(jié)了變電站內(nèi)信息傳輸所必需的通信服務(wù)，設(shè)計(jì)了獨(dú)立于所采用網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用層協(xié)議的抽象通信服務(wù)接口（ASCI）。在 IEC61850-7-2 中，建立了標(biāo)準(zhǔn)兼容服務(wù)器所必須提供的通信服務(wù)的模型，包括服務(wù)器模型、邏輯設(shè)備模型、邏輯節(jié)點(diǎn)模型、數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)集模型。客戶通過 ACSI，由專用通信服務(wù)映射（SCSM）映射到所采用的具體協(xié)議棧，例如制造報(bào)文規(guī)范（MMS）等。IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)使用 ACSI和 SCSM技術(shù)，解決了標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性與未來網(wǎng)絡(luò)

34、技術(shù)發(fā)展之間的矛盾，即當(dāng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展時(shí)只要改動(dòng) SCSM，而不需要修改 ACSI。變電站內(nèi)采用IEC61850，通過通信網(wǎng)絡(luò)，只需要在客戶端配置服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)IP地址，變電站內(nèi)各種應(yīng)用可以得到各個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù):由于數(shù)據(jù)具有自描述特征，所有測點(diǎn)名可用通信方式獲得，無須人工配置，當(dāng)變電站內(nèi)增加或刪除裝置或應(yīng)用時(shí)不需要進(jìn)行通信配置;站內(nèi)所有應(yīng)用程序和智能設(shè)備采用相同的規(guī)約、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)訪問方式、命名規(guī)則和配置語言，采用標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)，提高了系統(tǒng)的靈活性、擴(kuò)展性和互操作性。在系統(tǒng)集成時(shí)，應(yīng)用程序不需處理大量不同的通信規(guī)約、數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)訪問形式，也無需進(jìn)行重復(fù)的變電站配置和對(duì)點(diǎn)工作，維護(hù)大大簡化，同時(shí)

35、也增強(qiáng)了變電站的可靠性和安全性。IEC61850與IEC61970調(diào)度通信標(biāo)準(zhǔn)具有一定的互操作性，將來可以實(shí)現(xiàn)無縫連接，實(shí)現(xiàn)主站對(duì)變電站的直接訪問，減少了通信瓶頸和規(guī)約轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)損失。在未來的10年內(nèi)，IEC61850將成為主流的變電站自動(dòng)化規(guī)范，是基于網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)唯一的國際標(biāo)準(zhǔn)，也將成為電力系統(tǒng)從調(diào)度中心到變電站、變電站內(nèi)、配電自動(dòng)化無縫連接的通信標(biāo)準(zhǔn)，還可望成為通用網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)的工業(yè)控制通信標(biāo)準(zhǔn)。 第三章第三章 數(shù)字化變電站建設(shè)帶來的影響數(shù)字化變電站建設(shè)帶來的影響 數(shù)字化變電站的推廣應(yīng)用將對(duì)變電站的二次系統(tǒng)以及變電站的建設(shè)方案、變電站的檢修、試驗(yàn)等方面工作都帶來深遠(yuǎn)的影響。

36、數(shù)字化變電站的推廣將創(chuàng)造出新的市場需求，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)涉及的產(chǎn)品種類繁多，無論一次設(shè)備還是二次設(shè)備廠商都不得不適應(yīng)新的競爭環(huán)境，捕捉新的市場機(jī)會(huì)的同時(shí)，也承受著新的風(fēng)險(xiǎn)，數(shù)字化變電站技術(shù)全面推廣必將使產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生較大的變化。對(duì)二次系統(tǒng)應(yīng)用的影響對(duì)二次系統(tǒng)應(yīng)用的影響基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來，給變電站的自動(dòng)化技術(shù)帶來了全方位的影響。在交流電氣量的采集環(huán)節(jié)、變電站IED設(shè)備之間的信息交互模式、變電站信息冗余性的實(shí)現(xiàn)方式、變電站二次系統(tǒng)的可靠性、安全性、運(yùn)行檢修策略等，均將由于相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用而發(fā)生巨大的變化，這一系列變化意味著變電站二次系統(tǒng)技術(shù)將步入一個(gè)全

37、新的發(fā)展階段。1、采用電子式互感器的影響數(shù)字化變電站在電氣量采集環(huán)節(jié)采用了電子式互感器技術(shù)，對(duì)于變電站二次系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用帶來的最明顯特征就是，一次系統(tǒng)的電流、電壓、功率、頻率等電氣量信息通過合并單元變?yōu)榈碗娖降臄?shù)字信號(hào)，經(jīng)光纜直接傳遞給變電站二次系統(tǒng)的IED設(shè)備。變電站二次系統(tǒng)不再需要引入交流二次電纜，一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)有效的電氣隔離。因此常規(guī)變電站由于交流電纜引起的傳導(dǎo)性電磁干擾現(xiàn)象將不復(fù)存在，以往因一次系統(tǒng)故障產(chǎn)生的干擾對(duì)于二次系統(tǒng)的影響將得到有效的控制。二次系統(tǒng)的安全性大大提高，二次系統(tǒng)的接地只需要考慮本系統(tǒng)的等電位問題，不需要與一次系統(tǒng)關(guān)聯(lián)。同時(shí)也可以大大降低由于二次接線錯(cuò)誤以及

38、絕緣降低帶來的保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng)等事故。電子式互感器動(dòng)態(tài)范圍大、對(duì)于不同應(yīng)用的適應(yīng)性強(qiáng)，合并單元可分別輸出信號(hào)給不同的裝置，只要合并一單元的輸出接口數(shù)量足夠，即可滿足使用需求，不存在容量限制問題，這就從源頭上保證信息采集的唯一性?；跀?shù)字量測系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置不再需要考慮CT開路、PT短路以及互感器飽和、方向元件的極性等問題，可以大大簡化保護(hù)裝置的算法，提高保護(hù)動(dòng)作的可靠性。現(xiàn)場的調(diào)試工作也將有很大的變化，對(duì)調(diào)試人員的要求也更高了。2、智能斷路器技術(shù)的應(yīng)用帶來的影響變電站采用智能斷路器技術(shù)或智能控制裝置所實(shí)現(xiàn)的斷路器控制功能就地化后，原來由電纜連接的復(fù)雜的跳合閘回路改由光纜來傳送操作命令，不僅消除

39、了二次系統(tǒng)與開關(guān)站電氣之間的聯(lián)系，大大減少了高壓對(duì)低壓設(shè)備的電磁干擾，而且降低了現(xiàn)場維護(hù)的工作量，有利于實(shí)現(xiàn)二次系統(tǒng)的狀態(tài)檢修。同時(shí)可以通過智能化控制，提高一次設(shè)備的運(yùn)行壽命和降低操作帶來的對(duì)電網(wǎng)安全的影響。3、信息交互采取對(duì)等通信模式數(shù)字化變電站內(nèi)設(shè)備之間的信息交互由常規(guī)變電站以硬接點(diǎn)信號(hào)交互為特征的方式變?yōu)榛贗EC61850標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)等通信模式P2P(Pee:toPeer)，P2P是一種分布式網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的參與者共享所擁有的一部分硬件資源，如處理能力、存儲(chǔ)能力、網(wǎng)絡(luò)連接能力等，這些共享資源由網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)和內(nèi)容，同時(shí)，能被其它對(duì)等節(jié)點(diǎn)(Peer)直接訪問而無需經(jīng)過中間實(shí)體。P2P技術(shù)的特點(diǎn)主要

40、體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:非中心化，可擴(kuò)展性，魯棒性，負(fù)載均衡。對(duì)等通信模式帶來的最大好處就是極大地提高了IED信息傳遞的效率和有效性，所有IED需要與外部智能裝置交互的信息，或者需要告知其它裝置、系統(tǒng)的信息可以在以太網(wǎng)上用通用面向?qū)ο蟮淖冸娬臼录礼OOSE(Generic Object Oriented Substation Event)實(shí)現(xiàn)信息的有效發(fā)布。這種應(yīng)用模式改變了以往由大量二次電纜構(gòu)成的變電站控制、跳閘、告警、事件記錄等信息傳遞、交互模式，變電站內(nèi)部全部實(shí)現(xiàn)光纖通信方式，一方面可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)二次系統(tǒng)的有效監(jiān)視，另一方面節(jié)省了大量的二次電纜，簡化了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和工程實(shí)施。4、信息同步采取網(wǎng)絡(luò)

41、同步機(jī)制常規(guī)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)時(shí)系統(tǒng)基本采用直接對(duì)時(shí)和網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)相結(jié)合，一般在變電站內(nèi)有一個(gè)或多個(gè)GPS接受器實(shí)現(xiàn)對(duì)于間隔層各種IED的對(duì)時(shí)，采取分脈沖方式或IRIG-B方式;在近期的應(yīng)用中逐步出現(xiàn)了集中式GPS應(yīng)用模式，在變電站小室中安裝一套GPS裝置，通過GPS接受器擴(kuò)展箱實(shí)現(xiàn)對(duì)小室內(nèi)的各種IED對(duì)時(shí)。站控層一般有1-2臺(tái)服務(wù)器采用串口時(shí)間報(bào)文的方式從GPs接受器獲取時(shí)間信息，并通過網(wǎng)絡(luò)方式向其余站控層接點(diǎn)進(jìn)行對(duì)時(shí)。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)提出了明確的要求和模型，IEC6185O-5功能通信要求和裝置模型的附件G明確:“具有精確外部時(shí)間源的邏輯節(jié)點(diǎn)作為主時(shí)鐘，通過主時(shí)鐘對(duì)各分布節(jié)點(diǎn)設(shè)

42、置絕對(duì)時(shí)間，各分布節(jié)點(diǎn)通過主時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步，時(shí)鐘同步通過協(xié)議層完成”。數(shù)字化變電站采取網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)模式，根據(jù)數(shù)字化變電站信息流的特點(diǎn)，在間擬采取網(wǎng)絡(luò)同步時(shí)鐘SNTP(Simple Network Time Protocol)時(shí)間同步機(jī)制，在層擬采取IEEE1588信息同步機(jī)制。5、信息處理基于網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)帶來的影響數(shù)字化變電站的各項(xiàng)信息采集、處理、傳輸和存儲(chǔ)等功能的實(shí)現(xiàn)完全基于網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，過程層、間隔層、站控層的IED設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，如路由器、網(wǎng)關(guān)、交換機(jī)、接口裝置等組成了整個(gè)變電站的二次系統(tǒng)，其各個(gè)環(huán)節(jié)可以得到有效的監(jiān)視，提高了二次系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)視功能。變電站內(nèi)智能設(shè)備實(shí)現(xiàn)了互操作性，使系

43、統(tǒng)改造升級(jí)更加容易，并有望作到即插即用。6、信息的安全性問題凸現(xiàn)變電站內(nèi)采取對(duì)等通信模式后，信息的安全性問題就變得尤為重要，以往變電站設(shè)備之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，就信息的安全性來講是比較高的，因?yàn)?，這種信息的交互機(jī)制在安全性方面體現(xiàn)為局部性特征。變電站內(nèi)信息交互采用對(duì)等通信模式后，所有IED設(shè)備的信息均在局域網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)，或者說每個(gè)IED均具備實(shí)現(xiàn)對(duì)其它IED信息交互的可能，因此，一旦某個(gè)IED受到惡意攻擊，在變電站未實(shí)現(xiàn)信息有效安全防護(hù)的情況下有可能對(duì)于整個(gè)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來極大的影響。由于變電站IED之間將不再有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的硬接線，常規(guī)變電站內(nèi)裝置之間明顯的安全隔離點(diǎn)將不復(fù)存在，裝置在任

44、何情況下的隔離措施將通過軟件來實(shí)現(xiàn)，因此，系統(tǒng)運(yùn)行安全性全部依賴IED的控制系統(tǒng)和變電站集中控制系統(tǒng)。變電站的控制、跳閘、聯(lián)閉鎖、事件記錄等功能全部通過軟件來實(shí)現(xiàn)，這樣，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的信息安全機(jī)制變得尤為重要，這種安全機(jī)制在對(duì)等方式信息交互機(jī)制下，將更多地體現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)的安全性問題。未來電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行將建立在設(shè)備的安全運(yùn)行和信息的安全維護(hù)基礎(chǔ)上，或者說電力系統(tǒng)運(yùn)行是建立在設(shè)備管理和信息管理的基礎(chǔ)上，信息的安全性在很大程度上意味著電網(wǎng)控制系統(tǒng)的安全性，因此，控制系統(tǒng)的安全性對(duì)于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行的意義要遠(yuǎn)高于電力設(shè)備的安全性。v 數(shù)字化變電站對(duì)繼電保護(hù)的影響數(shù)字化變電站對(duì)繼電保護(hù)的影響數(shù)字化

45、變電站消除了幾個(gè)制約繼電保護(hù)穩(wěn)定運(yùn)行的瓶頸。經(jīng)過多年的發(fā)展，我國微機(jī)保護(hù)在原理和技術(shù)上己相當(dāng)成熟，國產(chǎn)微機(jī)線路保護(hù)技術(shù)全面超越進(jìn)口保護(hù)，處于國際領(lǐng)先水平。繼電保護(hù)正確動(dòng)作率逐年提高顯著，但這幾年幾乎停滯不前，除裝置本身的原因外，以下幾個(gè)方面是引發(fā)繼電保護(hù)不正確動(dòng)作的主要原因:l)變電站直流電源回路故障接地引發(fā)繼電保護(hù)誤跳閘；2)二次回路設(shè)計(jì)接線錯(cuò)誤，電纜長、執(zhí)行反措不到位，電纜老化接地，造成保護(hù)誤動(dòng);3)cT特性惡化和特性不一致引起故障延遲切除和區(qū)外故障誤動(dòng);4)一些配電系統(tǒng)無母差保護(hù)、備自投等，上一級(jí)保護(hù)難起后備作用，造成事故擴(kuò)大，供電中斷等;5)由于有許多季節(jié)性負(fù)荷，備自投、低頻低壓減載壓

46、板等核查、切換工作量大，易出錯(cuò)。采用基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站技術(shù)，在不增加硬件設(shè)備、不重復(fù)采集交流信息的前提下，將相應(yīng)功能分散到各間隔保護(hù)單元中，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化母線保護(hù)、網(wǎng)絡(luò)化備自投和網(wǎng)絡(luò)化低頻低壓減載功能，可以基本消除以上限制繼電保護(hù)運(yùn)行水平繼續(xù)提高的瓶頸，由于二次電纜少，主要是直流電源等，保護(hù)壓板、按鈕和把手大大減少，也可以顯著減少運(yùn)行維護(hù)人員的“三誤”事故。對(duì)于裝置缺陷，由于直接采用數(shù)字量，電磁干擾大大減弱，裝置可以集成度更高，運(yùn)行將更加穩(wěn)定;對(duì)于通道設(shè)備故障或郊區(qū)、邊遠(yuǎn)地區(qū)變電站銅電纜經(jīng)常被盜，造成高頻保護(hù)誤動(dòng)這種情況，要通過采用光纖通道來解決。數(shù)字化變電站對(duì)數(shù)字化變電站對(duì)S

47、CADA系統(tǒng)的影響系統(tǒng)的影響IEC61850在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用，必然引起上位機(jī)SCADA系統(tǒng)在功能模塊實(shí)現(xiàn)方式上的變化。由于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了數(shù)據(jù)模型的構(gòu)成，采用了面向?qū)ο蟮姆椒ń⒃O(shè)備模型，因此實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的建立及其工具需要依照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行改造。影響最大的是SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊的實(shí)現(xiàn)方式，標(biāo)準(zhǔn)通過抽象服務(wù)接口和特殊服務(wù)映射實(shí)現(xiàn)了與底層具體通信協(xié)議的隔離，其中重點(diǎn)是如何實(shí)現(xiàn)制造報(bào)文規(guī)范(MMs)及服務(wù)映射。因此，數(shù)字化變電站需要推出新一代實(shí)現(xiàn)無縫通信的SCADA系統(tǒng)。數(shù)字化變電站對(duì)數(shù)字化變電站對(duì)對(duì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的影響對(duì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的影響 由于數(shù)字化變電站的應(yīng)用涉及到多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域和行業(yè)，如自動(dòng)化系統(tǒng)、工

48、業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、高壓開關(guān)、互感器、GPS、測試校驗(yàn)等，因此要全面推進(jìn)不僅需要保護(hù)及電力自動(dòng)化相關(guān)廠商的努力，還要一次設(shè)備產(chǎn)品也支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有的電力系統(tǒng)運(yùn)行管理模式也需要做相應(yīng)的改進(jìn)。多個(gè)行業(yè)要同步是需要時(shí)間的，技術(shù)要成熟、觀念要轉(zhuǎn)變都需要時(shí)間，這意味著數(shù)字化變電站的深化實(shí)施和推廣還需要進(jìn)一步的努力，數(shù)字化變電站的應(yīng)用必將是一個(gè)分階段、分步驟的實(shí)踐過程。1、電網(wǎng)企業(yè)隨著我國電網(wǎng)規(guī)模、系統(tǒng)容量不斷擴(kuò)大，電壓等級(jí)不斷提高，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，廠網(wǎng)分離的運(yùn)營方式，電網(wǎng)企業(yè)從單純重視安全生產(chǎn)管理轉(zhuǎn)變到全面關(guān)注綜合社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的運(yùn)營管理；從變電站建設(shè)的“一型三化”，無人值班、集中控制、專業(yè)管理融

49、合，到對(duì)變電站資產(chǎn)全壽命周期管理理論的實(shí)踐應(yīng)用都體現(xiàn)了這個(gè)內(nèi)在的轉(zhuǎn)變。社會(huì)經(jīng)濟(jì)綜合效益是電網(wǎng)企業(yè)對(duì)變電站持續(xù)技術(shù)投入的內(nèi)在的驅(qū)動(dòng)力。只有提高自動(dòng)化水平，才能提高運(yùn)行管理水平，才能提高可靠性、安全性和勞動(dòng)生產(chǎn)率，最終達(dá)到提升綜合效益水平的目標(biāo)。由于數(shù)字化變電站系統(tǒng)采用組合式智能電器，大大縮小了開關(guān)場占地面積；采用光電互感器和光纖網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，取代了傳統(tǒng)綜自系統(tǒng)大量的二次電纜，控制室面積，控制屏個(gè)數(shù)，屏上端子數(shù)等大幅減少，原來基于硬接線的信號(hào)聯(lián)絡(luò)方式轉(zhuǎn)變?yōu)榛诠饫w網(wǎng)絡(luò)的軟接線方式。先進(jìn)性、可靠性給電網(wǎng)企業(yè)帶來極大的經(jīng)濟(jì)效益。符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站技術(shù)產(chǎn)品雖然有待完善，但更具有傳統(tǒng)產(chǎn)

50、品不可比擬的許多優(yōu)點(diǎn)，數(shù)字化變電站的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化使得用戶可以采取一些創(chuàng)新的方案來解決許多應(yīng)用問題，提高可靠性，提高經(jīng)濟(jì)效益，帶動(dòng)整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行管理水平上升到新高度，所以電網(wǎng)企業(yè)的積極性很高；電網(wǎng)企業(yè)主動(dòng)參于標(biāo)準(zhǔn)的制定，主動(dòng)組織互操作試驗(yàn)，主動(dòng)開展數(shù)字化變電站的科研試點(diǎn)，又對(duì)數(shù)字化變電站推廣應(yīng)用發(fā)揮了巨大作用。電網(wǎng)企業(yè)是受益者，也是有力的推動(dòng)者。國網(wǎng)公司為打造智能、高效的數(shù)字化電網(wǎng)，在2007年頒布了數(shù)字化電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究框架，其中，數(shù)字化變電站相關(guān)技術(shù)和應(yīng)用是其重點(diǎn)之一，是數(shù)字化電網(wǎng)的基礎(chǔ)。數(shù)字化變電站的推廣和深化，將對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行和控制產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。2、二次設(shè)備廠家按照IEC61850的

51、劃分，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)分為站控層、間隔層和過程層三層結(jié)構(gòu)，過程層做為一次設(shè)備在二次系統(tǒng)中的映射，使得一次設(shè)備和二次設(shè)備聯(lián)系更加緊密，界限逐漸模糊。數(shù)字化變電站技術(shù)發(fā)展對(duì)該行業(yè)產(chǎn)品的影響是巨大的：由于數(shù)據(jù)采集數(shù)字化，現(xiàn)在的微機(jī)保護(hù)的模擬量輸入回路和開關(guān)量輸入輸出回路都不復(fù)存在；功能的自由分布，使得裝置功能也在分化組合，有些原有裝置的功能被多個(gè)現(xiàn)有裝置通過網(wǎng)絡(luò)分擔(dān)而化為無形；新型繼電保護(hù)原理應(yīng)用，如暫態(tài)保護(hù)的應(yīng)用，基于網(wǎng)絡(luò)的分布式保護(hù)的應(yīng)用；對(duì)錄波、計(jì)量的影響，可能集成到智能設(shè)備，智能設(shè)備變成多功能合一設(shè)備；出現(xiàn)合并單元和智能操作箱、一體化智能開關(guān)等產(chǎn)品；發(fā)展新型測試儀器和精度校驗(yàn)設(shè)備。二次設(shè)備領(lǐng)

52、域在220 kV及以上的高端市場的行業(yè)集中度較高，中低端市場還比較分散。IEC61850會(huì)重新使行業(yè)洗牌，行業(yè)演變可能會(huì)朝著兩端走：大企業(yè)集團(tuán)方向，產(chǎn)品線涵蓋了一次、二次，發(fā)揮一體化優(yōu)勢，做系統(tǒng)集成更好滿足客戶的需求；專業(yè)化技術(shù)型公司會(huì)得到發(fā)展，如為其中某一塊提供核心技術(shù)，做其中的外包服務(wù)等。那些不能適應(yīng)市場與技術(shù)快速變化的公司和那些基礎(chǔ)技術(shù)研發(fā)能力較弱的公司會(huì)淡出市場。一次設(shè)備的穩(wěn)定度高，壽命周期長，更新速度慢，廠家變革的速度和動(dòng)力都不及二次系統(tǒng)設(shè)備廠家。數(shù)字化變電站技術(shù)發(fā)展，尤其是以監(jiān)測和自診斷的附加功能為特征的智能化開關(guān)設(shè)備的發(fā)展對(duì)行業(yè)產(chǎn)生影響，另外，組合型開關(guān)電器的發(fā)展使得與多個(gè)配套行

53、業(yè)與開關(guān)行業(yè)的聯(lián)系緊密了。數(shù)字化變電站技術(shù)發(fā)展對(duì)該行業(yè)產(chǎn)品的影響：（1）促進(jìn)新型傳感器的發(fā)展，不僅包括電流和電壓測量的互感器，還包括非電量互感器如溫度、壓力、密度、位移、弧光、濕度和位置等傳感器；（2）促進(jìn)基于ECT/EVT或OCT/OVT的組合電器應(yīng)用；（3）與二次系統(tǒng)聯(lián)結(jié)部分的智能接口/操作箱的發(fā)展。行業(yè)演變可能會(huì)由于高電壓等級(jí)的一次設(shè)備投入較大，所以有一定的準(zhǔn)入門檻，高端的市場格局不易輕易打破。中壓開關(guān)柜面向的行業(yè)眾多，市場集中度不高，眾多企業(yè)普遍存在核心技術(shù)缺失，競爭力不強(qiáng)的弱點(diǎn)，如果利用此次機(jī)會(huì)推出符合未來數(shù)字化變電站方向的性價(jià)比高的產(chǎn)品，有可能隨著數(shù)字化變電站的推廣獲得大的發(fā)展。一次和二次企業(yè)通過行業(yè)聯(lián)合體（合作、