數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點

陳海燕 劉 立

[關(guān)鍵詞]智能化的一次設(shè)備;網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備

一、智能化的一次設(shè)備

一次設(shè)備被檢測的信號回路和被控制的操作驅(qū)動回路采用微處理器和光電技術(shù)設(shè)計,簡化了常規(guī)機電式繼電器及控制回路的結(jié)構(gòu),數(shù)字程控器及數(shù)字公共信號網(wǎng)絡(luò)取代傳統(tǒng)的導(dǎo)線連接。換言之,變電站二次回路中常規(guī)的繼電器及其邏輯回路被可編程序代替,常規(guī)的強電模擬信號和控制電纜被光電數(shù)字和光纖代替。

二、網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備

變電站內(nèi)常規(guī)的二次設(shè)備,如繼電保護(hù)裝置、防誤閉鎖裝置、測量控制裝置、遠(yuǎn)動裝置、故障錄波裝置、電壓無功控制、同期操作裝置以及正在發(fā)展中的在線狀態(tài)檢測裝置等全部基于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的微處理機設(shè)計制造,設(shè)備之間的連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)通信,二次設(shè)備不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復(fù)的I/O現(xiàn)場接口,通過網(wǎng)絡(luò)真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源其享,常規(guī)的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。

三、自動化的運行管理系統(tǒng)

變電站運行管理自動化系統(tǒng)應(yīng)包括電力生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)、狀態(tài)記錄統(tǒng)計無紙化;數(shù)據(jù)信息分層、分流交換自動化;變電站運行發(fā)生故障時能即時提供故障分析報告,指出故障原因,提出故障處理意見;系統(tǒng)能自動發(fā)出變電站設(shè)備檢修報告,即常規(guī)的變電站設(shè)備“定期檢修”改變?yōu)椤盃顟B(tài)檢修”。

在變電站自動化領(lǐng)域中,智能化電氣的發(fā)展,特別是智能開關(guān)、光電式互感器機電一體化設(shè)備的出現(xiàn),變電站自動化技術(shù)進(jìn)入了數(shù)字化的新階段。在高壓和超高壓變電站中,保護(hù)裝置、測控裝置、故障錄波及其他自動裝置的I/O單元,如A/D變換、光隔離器件、控制操作回路等將割列出來作為智能化一次設(shè)備的一部分。反言之,智能化一次設(shè)備的數(shù)字化傳感器、數(shù)字化控制回路代替了常規(guī)繼電保護(hù)裝置、測控等裝置的I/O部分;而在中低壓變電站則將保護(hù)、監(jiān)控裝置小型化、緊湊化,完整地安裝在開關(guān)柜上,實現(xiàn)了變電站機電一體化設(shè)計。

數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在物理上可分為兩類,即智能化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備;在邏輯結(jié)構(gòu)上可分為三個層次,根據(jù)IEC6185A通信協(xié)議草案定義,這三個層次分別稱為“過程層”、“間隔層”、“站控層”。

四、過程層

過程層是一次設(shè)備與二次設(shè)備的結(jié)合面,或者說過程層是指智能化電氣設(shè)備的智能化部分。

1.電力運行的實時電氣量檢測。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、電能量可通過間隔層的設(shè)備運算得出。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、電壓互感器被光電電流互感器、光電電壓互感器取代;采集傳統(tǒng)模擬量被直接采集數(shù)字量所取代,這樣做的優(yōu)點是抗干擾性能強,絕緣和抗飽和特性好,開關(guān)裝置實現(xiàn)了小型化、緊湊化。

2.運行設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)在線檢測與統(tǒng)計。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、刀閘、母線、電容器、電抗器以及直流電源系統(tǒng)。在線檢測的內(nèi)容主要有溫度、壓力、密度、絕緣、機械特性以及工作狀態(tài)等數(shù)據(jù)。

3.操作控制的執(zhí)行與驅(qū)動。操作控制的執(zhí)行與驅(qū)動包括變壓器分接頭調(diào)節(jié)控制,電容、電抗器投切控制,斷路器、刀閘合分控制,直流電源充放電控制。過程層的控制執(zhí)行與驅(qū)動大部分是被動的,即按上層控制指令而動作,比如接到間隔層保護(hù)裝置的跳閘指令、電壓無功控制的投切命令、對斷路器的遙控開合命令等。在執(zhí)行控制命令時具有智能性,能判別命令的真?zhèn)渭捌浜侠硇?還能對即將進(jìn)行的動作精度進(jìn)行控制,能使斷路器定相合閘,選相分閘,在選定的相角下實現(xiàn)斷路器的關(guān)合和開斷,要求操作時間限制在規(guī)定的參數(shù)內(nèi)。又例如對真空開關(guān)的同步操作要求能做到開關(guān)觸頭在零電壓時關(guān)合,在零電流時分?jǐn)嗟取?/p>

五、間隔層

間隔層設(shè)備的主要功能是:(1)匯總本間隔過程層實時數(shù)據(jù)信息;(2)實施對一次設(shè)備保護(hù)控制功能;(3)實施本間隔操作閉鎖功能;(4)實施操作同期及其他控制功能;(5)對數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計運算及控制命令的發(fā)出具有優(yōu)先級別的控制;(6)承上啟下的通信功能,即同時高速完成與過程層及站控層的網(wǎng)絡(luò)通信功能。必要時,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。

六、站控層

站控層的主要任務(wù)是:(1)通過兩級高速網(wǎng)絡(luò)匯總?cè)镜膶崟r數(shù)據(jù)信息,不斷刷新實時數(shù)據(jù)庫,按時登錄歷史數(shù)據(jù)庫;(2)按既定規(guī)約將有關(guān)數(shù)據(jù)信息送向調(diào)度或控制中心;(3)接收調(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,人機聯(lián)系功能,如顯示、操作、打印、報警,甚至圖像、聲音等多媒體功能;(6)具有對間隔層、過程層諸設(shè)備的在線維護(hù)、在線組態(tài),在線修改參數(shù)的功能;(7)具有(或備有)變電站故障自動分析和操作培訓(xùn)功能。

數(shù)字化變電站自動化是一個系統(tǒng)工程,要實現(xiàn)全部數(shù)字化變電站自動化的功能,還有許多技術(shù)問題需要攻關(guān)解決,作者相信在不太運的將來數(shù)字化的變電站自動化系統(tǒng),將有一個蓬勃的發(fā)展期。□

(編輯/李舶)