數(shù)字化變電站意義及關鍵技術研究

高培淞曾曉璞

數(shù)字化變電站意義及關鍵技術研究

高培淞1曾曉璞2

（1.成都電業(yè)局城網管理所，四川 成都 610061；2.成都電業(yè)局人力資源部，四川 成都 610061）

基于IEC61850標準，對研究數(shù)字化變電站重要意義進行了探討。結合數(shù)字化變電站二次體系結構，對數(shù)字化變電站關鍵技術進行研究，從整體上對數(shù)字化變電站進行闡述。

數(shù)字化變電站 ；意義 ；關鍵技術 ；體系結構

1 實現(xiàn)數(shù)字化變電站的重要意義

變電站自動化技術經過十多年的發(fā)展已經達到一定的水平，一定程度上提高了電網建設的現(xiàn)代化水平，增強了輸配電和電網調度的可靠性。然而，傳統(tǒng)變電站自動化系統(tǒng)仍然存在下列問題：

互操作問題

由于不同廠家變電站自動化系統(tǒng)采用的通信技術和協(xié)議各不相同，造成產品之間缺乏互操作性，導致集成和維護成本的增加，也降低了系統(tǒng)的可靠性。

電磁式互感器的問題

傳統(tǒng)互感器存在鐵芯飽和、暫態(tài)特性差和體積龐大等缺點，難以滿足現(xiàn)代自動化技術的需求。

常規(guī)一次設備的問題

目前多數(shù)變電站都沒有裝設狀態(tài)監(jiān)視設備，由于缺乏一次設備狀態(tài)監(jiān)視信息，通常只能采用計劃檢修，而不能實現(xiàn)狀態(tài)檢修。同時，非智能斷路器設備也不能實現(xiàn)按波形控制合閘角和在線監(jiān)測的功能。

線纜投資、運行維護費用較高

數(shù)字化變電站成功地解決了上述傳統(tǒng)變電站存在的問題，是電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢，是通訊技術、信息技術和計算機技術發(fā)展的必然結果。IEC61850標準以及數(shù)字化技術在變電站內的全面推廣應用將是解決這些難題的關鍵所在。目前，國際電工委員會TC57工作組已經制定了《變電站通信網絡和系統(tǒng)》系列標準——IEC 61850，為變電站自動化系統(tǒng)提供了統(tǒng)一平臺和標準框架。隨著電子式電流、電壓互感器、一次運行設備在線狀態(tài)檢測、變電站運行操作培訓仿真等技術日趨成熟，以及計算機高速網絡在實時系統(tǒng)中的開發(fā)應用，勢必對已有的變電站自動化技術產生深刻的影響，全數(shù)字化的變電站自動化系統(tǒng)即將得到廣泛的應用。通過數(shù)字化變電站技術的研究和實施，提高變電站自動化系統(tǒng)以及整個電網的技術水平和安全穩(wěn)定運行水平。

目前我國正在大力建設創(chuàng)新型國家，國家電網公司已成為全國“創(chuàng)新型試點企業(yè)”。國家電網公司高度重視科技進步和自主創(chuàng)新，將其作為公司和電網發(fā)展的戰(zhàn)略支撐，力爭掌握一批擁有自主知識產權的關鍵技術和核心技術，占據(jù)世界電力科技發(fā)展制高點，在能源技術創(chuàng)新中積極發(fā)揮主體作用和表率作用，服務創(chuàng)新型國家建設。而數(shù)字化變電站在各個方面均順應了科技進步和自主創(chuàng)新的要求。首先在技術儲備方面，IT技術與通信技術近些年來的突破性進展使得數(shù)字化變電站從技術和經濟角度而言成為可能，智能化電氣設備的發(fā)展，特別是智能化斷路器、電子式互感器等機電一體化智能設備的出現(xiàn)，使得變電站進入了數(shù)字化發(fā)展的新階段；其次在發(fā)展水平上看，在數(shù)字化變電站的研究、試驗、工程推廣等方面，國外企業(yè)也剛剛開展，尤其國內在ECT/EPT及變電站自動化等方面的研究工作并不落后于國外企業(yè)，可以說實現(xiàn)數(shù)字化變電站是建設創(chuàng)新型電網的要求，也是我國電力行業(yè)趕超國際水平的一個契機。

通過數(shù)字化66kV變電所的建設與研究，提出適合中國電網結構及運行方式的完整的66kV數(shù)字化變電站系統(tǒng)方案，將對鞍山以至整個遼寧電網的數(shù)字化建設工作產生積極影響。

數(shù)字化變電站含義及其關鍵技術

數(shù)字化變電站技術是指基于IEC61850標準建立全站統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)通信平臺，實現(xiàn)站內一次設備和二次設備的數(shù)字化通信，以全站為對象統(tǒng)一配置保護和自動化功能。

其主要特征包括：

——基于IEC61850的全站統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型及通信服務平臺；

——智能化一次電氣設備；

——基于全站統(tǒng)一授時的網絡化二次設備。

我們認為實現(xiàn)“數(shù)字化變電站”的關鍵技術包括以下幾點：

●IEC61850的體系架構

●全站功能的統(tǒng)一配置

●一體化功能系統(tǒng)控制器

●通信網絡架構

●電子式電流/電壓互感器

●智能化的一次設備

●全站統(tǒng)一的授時系統(tǒng)

數(shù)字化變電站基本內容

分析上述數(shù)字化變電站要求可見，完整的數(shù)字化變電站方案應包括符合IEC61850標準的全部一次、二次系統(tǒng)的實現(xiàn)。大體可分為以下幾部分內容：

a一次部分

●變壓器

●開關、刀閘

●直流系統(tǒng)等

b二次部分

二次系統(tǒng)在邏輯上按功能可分為過程層、間隔層和變電站層，結構如圖1所示：

圖1 數(shù)字化變電站邏輯功能分層體系結構示意圖

●硬件設備

為實現(xiàn)圖1所示的邏輯功能，二次系統(tǒng)設備包括：

a.電子式互感器、合并單元

b.變壓器智能單元

c.開關、刀閘控制器

d.直流系統(tǒng)智能單元

e.滿足IEC61850標準的系統(tǒng)控制器

f.監(jiān)控主機（操作員站，工程師站）

g.遠動主機

h.打印服務器

i.工業(yè)以太網交換機和用于光纖通信的光端機

●軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)采用跨平臺結構設計，可選擇windows、Unix、linux操作系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫結構按照IEC61850模型定義、實現(xiàn)，所有程序支持IEC61850模型。系統(tǒng)集成工程化工具為工程人員或用戶提供完善、方便的配置、測試、維護手段，包括系統(tǒng)的配置/組態(tài)、實時庫的管理、模型、通信的一致性測試、SCL配置文件和參數(shù)化的管理等功能。

●站內通信網絡

系統(tǒng)應以網絡交換以太網技術為基礎，站級總線采用星型結構光纖10M/100M以太網，組網方式為VLAN虛擬以太網，具有自愈功能；過程總線選擇星型結構光纖100/1000Mb以太網，防止出現(xiàn)實時信息在網絡上發(fā)生碰撞以至影響實時響應要求。必要時可考慮采用VLAN優(yōu)先級協(xié)調多以太網跨過多交換機運行。

在66kV數(shù)字化變電站的設計方案中，根據(jù)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量的計算結果，站級總線和過程總線均采用星形結構光纖100M以太網。

●授時系統(tǒng)

時鐘同步系統(tǒng)由網絡時間服務器（主時鐘）及時鐘擴展輸出裝置（擴展時鐘）組成。時鐘同步系統(tǒng)具有兩臺互為備用的網絡時間服務器，時鐘擴展輸出裝置的具體數(shù)量根據(jù)現(xiàn)場實際進行選項匹配，以滿足時間系統(tǒng)對信號數(shù)量和種類的要求。網絡時間服務器和時鐘擴展輸出裝置既可以集中組屏，也可根據(jù)現(xiàn)場的實際情況單獨組屏。

[1]謝型果.IEEE1588時鐘同步報文硬件標記研究與實現(xiàn)[A].華中科技大學碩士學位論文[D].2008(06).

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[3]何永安.IEC61850標準對于數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的意義[J].北京電力高等專科報，2011(03).

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