智能變電站中的數(shù)字化數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng)

1、2010年第4期(總第175期 SHANDONG DIANLI JISHU0引言隨著電子互感器技術(shù)的發(fā)展和IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的推廣,變電站間隔層智能設(shè)備的交流采樣技術(shù)由傳統(tǒng)的對(duì)模擬信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)變革為以太網(wǎng)通信技術(shù)。智能變電站在模擬量采集方式上有了很大變化,傳統(tǒng)變電站內(nèi)表計(jì)的采樣傳感器一般采用是高功率輸出的電流互感器和電壓互感器,而新型智能化變電站內(nèi)模擬量采樣實(shí)現(xiàn)全數(shù)字量化后通過(guò)光纖線路傳輸,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)。并且一次側(cè)的傳感器采用了低功率輸出的電子式互感器,它具有測(cè)量準(zhǔn)確度高、無(wú)飽和、動(dòng)態(tài)范圍寬、無(wú)二次開(kāi)路危險(xiǎn)等優(yōu)點(diǎn),為智能變電站內(nèi)電能計(jì)量提供了準(zhǔn)確、可靠數(shù)據(jù)

2、來(lái)源,系統(tǒng)的EMC性能得到了很大提升,同時(shí)也將智能化變電站內(nèi)電能采集與管理融入了IEC61850標(biāo)準(zhǔn)體系。1系統(tǒng)組成智能變電站過(guò)程層采樣數(shù)據(jù)的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)傳輸如圖1所示,過(guò)程層設(shè)備采用電子式互感器、光纖輸出,電子式互感器匯總到合并單元,合并單元經(jīng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或以太網(wǎng)方式發(fā)送采樣數(shù)據(jù)至位于間隔層的智能設(shè)備。變電站智能設(shè)備的交流輸入信號(hào)將由電纜從傳統(tǒng)電壓、電流互感器輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄐ烹娎|或光纖輸入的數(shù)字信號(hào) 。圖1智能變電站過(guò)程層采樣數(shù)據(jù)的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)傳輸2電子式互感器電力系統(tǒng)中傳統(tǒng)TA、TV存在磁飽和問(wèn)題,測(cè)量誤差較大;而且TA測(cè)得的模擬量在傳輸過(guò)程中易受干擾。隨著電力系統(tǒng)容量越來(lái)越大,電壓等級(jí)

3、越來(lái)越高,導(dǎo)致CT體積龐大,絕緣難、造價(jià)高、可靠性差等問(wèn)題日益突出。電子式互感器克服了這些缺點(diǎn),它無(wú)需鐵心,無(wú)飽和問(wèn)題,電氣絕緣性好,抗干擾能力強(qiáng)。此外,還有體積小、重量輕及安全可靠智能變電站中的數(shù)字化數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng)The Digital Electrical Energy Measurement System of Smart Substation孫曉明(山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?山東濟(jì)南250013摘要:智能變電站中在電流、電壓的采集環(huán)節(jié)采用數(shù)字化電氣測(cè)量系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了電氣量數(shù)據(jù)采集的智能化應(yīng)用,模擬量采集方式實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字量化后通過(guò)光纖線路傳輸,利用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或高速以太網(wǎng)方式傳輸,構(gòu)成變電

4、站數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng)。針對(duì)這一變革,系統(tǒng)介紹了智能變電站數(shù)字化數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng)。關(guān)鍵詞:智能變電站;電子互感器;采樣值;數(shù)字化測(cè)量Abstract:In smart substation,the digital acquisition system is used in the sample of voltage and electric current.In this way,analog data acquisition is digitized,and the digital acquisition data is transferred to digital electric ene

5、rgy meter via fiber with point to point protocol or Ethernet.This constitutes the digital electrical measurement and transmission system. Key words:smart substation;electronic instrument transformer;data acquisition;digital measurement中圖分類號(hào):TM63文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1007-9904(201004-18-032010年第4期(總第175期SHANDO

6、NG DIANLI JISHU (下轉(zhuǎn)第41頁(yè)等一系列優(yōu)點(diǎn)。電子式互感器可實(shí)現(xiàn)交直流高電壓大電流的傳變,并以數(shù)字信號(hào)形式通過(guò)光纖提供給保護(hù)、測(cè)量等相應(yīng)裝置;合并單元還具有模擬量輸入接口,可以把來(lái)自其它模擬式互感器的信號(hào)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),以100base -FX 或10Base-FL 接口輸出數(shù)據(jù),簡(jiǎn)化了保護(hù)、計(jì)量等功能裝置的接線。圖2為有源電子式互感器原理框圖。圖2有源電子式互感器工作原理框圖電子式互感器通常由傳感模塊和合并單元兩部分構(gòu)成,傳感模塊又稱遠(yuǎn)端模塊,安裝在高壓一次側(cè),負(fù)責(zé)采集、調(diào)理一次側(cè)電壓電流并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。合并單元安裝在二次側(cè),負(fù)責(zé)對(duì)各相遠(yuǎn)端模塊傳來(lái)的信號(hào)做同步合并處理。2.

7、1遠(yuǎn)端模塊電子式互感器的遠(yuǎn)端模塊用來(lái)對(duì)模擬量輸入進(jìn)行采樣、模數(shù)轉(zhuǎn)換并通過(guò)光纖傳送數(shù)據(jù)到合并單元,與合并單元僅通過(guò)兩根光纖進(jìn)行能量和數(shù)據(jù)的傳遞。圖3為遠(yuǎn)端模塊的原理框圖。圖3遠(yuǎn)端模塊原理圖2.2合并單元合并單元是低壓側(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),并且為高壓側(cè)遠(yuǎn)端模塊提供能源。圖4為合并單元功能框圖。合并單元主要包括三種功能:1接收多路遠(yuǎn)端模塊的采樣光信號(hào),匯總之后按照IEC-61850規(guī)約以光信號(hào)形式對(duì)外提供采集數(shù)據(jù);2以光能量的形式,為遠(yuǎn)端模塊提供工作能源;3接收來(lái)自站級(jí)或繼電保護(hù)裝置的同步光信號(hào),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端模塊間的采樣同步功能。圖4合并單元主要功能框圖高壓側(cè)遠(yuǎn)端模塊單元的工作電源同時(shí)由取能線圈和激光電源提供

8、,兩者動(dòng)態(tài)自檢,互為熱備用。取能線圈就地采集一次電能后經(jīng)整流濾波提供直流電源;位于集控室的激光電源提供高能激光,經(jīng)由光纜傳輸?shù)竭h(yuǎn)端模塊單元后經(jīng)光電轉(zhuǎn)換提供直流電源。合并單元還可以通過(guò)輔助CPU 和擴(kuò)展開(kāi)入開(kāi)出直接提供保護(hù)、測(cè)量等功能,同時(shí)通過(guò)光纖以太網(wǎng)接口給監(jiān)控、測(cè)量等裝置提供數(shù)據(jù)。3數(shù)字化采樣數(shù)據(jù)的傳輸智能變電站中數(shù)字化采樣數(shù)據(jù)的傳輸采取點(diǎn)對(duì)點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)兩種方式。出于對(duì)繼電保護(hù)可靠性的考慮,智能變電站中保護(hù)應(yīng)直接采樣,即采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式傳輸數(shù)據(jù),協(xié)議采用IEC60044-7/8或IEC61850-9-1/2標(biāo)準(zhǔn)。而對(duì)于測(cè)控裝置、故障錄波、計(jì)量等二次設(shè)備,其采用數(shù)據(jù)可通過(guò)搭建過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)的方式傳輸,

9、從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。過(guò)程層傳輸采樣值的網(wǎng)絡(luò)稱SMV 采樣值網(wǎng),其主要功能是實(shí)現(xiàn)電流、電壓交流量的上傳。SMV 采樣值網(wǎng)絡(luò)協(xié)議采用IEC 61850-9-1/2標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于保護(hù)雙重化要求的間隔,網(wǎng)絡(luò)按照雙重化配置,物理上做到相互獨(dú)立;對(duì)保護(hù)單重化要求的間隔,網(wǎng)絡(luò)按照單重化配置。圖5為以3/2接線線邊斷路器2010年第4期(總第175期SHANDONG DIANLI JISHU合并單元的接口說(shuō)明。 圖5為3/2接線線邊斷路器合并單元的接口4結(jié)語(yǔ)智能變電站中的電流、電壓采集采用光電式互感器或電子式互感器,實(shí)現(xiàn)了電氣量數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)的數(shù)字化應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了一、二次系統(tǒng)電氣上的有效隔離,電氣量測(cè)量范圍大、測(cè)量精度

10、高,其采用數(shù)據(jù)可通過(guò)搭建過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)的方式傳輸,從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。為實(shí)現(xiàn)常規(guī)變電站變電站裝置冗余向信息冗余的轉(zhuǎn)變,實(shí)現(xiàn)信息集成化應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1高翔.數(shù)字化變電站應(yīng)用技術(shù)M .北京:中國(guó)電力出版社,2008.2李開(kāi)成.數(shù)字化光纖電流測(cè)量技術(shù)研究J .儀器儀表學(xué)報(bào),2004(8.3周斌.一種新型變電站職能設(shè)備采樣值接口方案J .電網(wǎng)技術(shù),2006(10.收稿日期:2010-03-17作者簡(jiǎn)介:孫曉明(1979-,碩士研究生,研究方向?yàn)殡娏﹄娮蛹夹g(shù)及其應(yīng)用,現(xiàn)主要從事電力系統(tǒng)自動(dòng)化、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)工作。(上接第19頁(yè)和煤檢驗(yàn)人員隨時(shí)候命,鍋爐燃燒出現(xiàn)不穩(wěn)時(shí),快速啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案,化學(xué)分

11、析、燃料部、發(fā)電部管理人員緊急行動(dòng),指導(dǎo)上煤和鍋爐燃燒調(diào)整,確保煤種正確更換或摻配,維護(hù)機(jī)組穩(wěn)定。本著保安全和經(jīng)濟(jì)節(jié)約并重的原則,盡量減少投用油槍數(shù)量和投油時(shí)間,燃燒穩(wěn)定后及時(shí)解列助燃用油。3.8運(yùn)檢協(xié)作,加強(qiáng)設(shè)備查漏消缺在劣質(zhì)煤入爐后,鍋爐設(shè)備受其影響,磨損嚴(yán)重,“四管”泄漏嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。針對(duì)這種情況,該廠運(yùn)行、檢修部門齊抓共管,加大對(duì)設(shè)備的管理工作力度,使設(shè)備適應(yīng)了煤種變化。一是嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)備缺陷的管理制度和定期分析制度,提高設(shè)備的可靠性。二是強(qiáng)化“四管”的檢查工作,利用一切停爐機(jī)會(huì)入爐查看,對(duì)磨損嚴(yán)重部位早做修補(bǔ)并采取防磨措施,延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。三是針對(duì)設(shè)備情況把一些平時(shí)大修才做的改造

12、項(xiàng)目,利用短時(shí)間停爐機(jī)會(huì)及時(shí)完成。盡最大努力減少因設(shè)備原因造成機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)。4結(jié)語(yǔ)通過(guò)以上具體解決方案和技術(shù)措施的實(shí)施,鍋爐的燃燒穩(wěn)定性和效率得到提高,鍋爐飛灰可燃物含量和爐渣可燃物含量下降到4%以下,供電煤耗降低了約3g/kW ·h ?，F(xiàn)在,用電緊張局勢(shì)得到緩解,但是電煤緊張趨勢(shì)一時(shí)難以緩解,煤價(jià)居高不下、煤質(zhì)下降、庫(kù)存不足,這是目前面臨的現(xiàn)狀,燃用非設(shè)計(jì)煤種,任重道遠(yuǎn)。新的形勢(shì)面前,只能通過(guò)主動(dòng)適應(yīng)電力市場(chǎng)的需要、適應(yīng)煤炭市場(chǎng)的變化,實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)性不斷提高的雙贏。參考文獻(xiàn)1英國(guó)Mitsui Babcock 公司.鍋爐運(yùn)行維護(hù)手冊(cè)Z .2002.2徐齊勝,馬斌,羅萌,等.W 火焰鍋爐的穩(wěn)燃試驗(yàn)研究J .華東電力,2003(6:69-71.3畢玉森,陳國(guó)輝.低揮