變電站信息化與智能化

陳 剛

(河南省南陽市淅川縣電業局設計院，河南 南陽 474450)

一 變電站自動化

變電站自動化系統的功能是指變電站必須完成的任務。這些功能包括:控制，監視，保護變電站的設備及其饋線。維護功能，即系統組態、通信管理和軟件管理等功能。

變電站綜合自動化是按無人值守站設計，經過功能的優化設計和重新組合，將變電站的二次設備應用微機及網絡通信技術，自動控制技術，組成計算機的軟硬件設備代替人工實現對整個變電站的重要設備和輸配電線路的測量、自動控制、自動監視和微機保護以及與調度通信等綜合性的整合自動化功能。綜合自動化變電站是集保護、監視、測量、控制和遠動等功能為一體，通過數字通訊及網絡技術來實現信息共享的一套計算機化的系統及二次設備，實現變電站的遙測、遙控、遙信、遙調和遙視。

綜合我國的情況，變電站綜合自動化系統的基本功能體現在以下五個方面:監控，微機保護，電壓、無功綜合控制，低頻減負荷控制，備用電源自動投入控制。

變電站的二次網絡通訊結構:現場層由微機線路保護裝置，微機電容器保護裝置，變壓器保護和控制裝置，直流屏和計量屏(電度表)等組成，微機線路保護裝置集自動監視、測量、控制和微機保護于一體，每條線路采用一個獨立的微機線路保護裝置，對應一次設備形成獨立的控制單元間隔。監控層由前置機，操作員工作站，通訊接口Aport等構成c/s結構局域網。現場層和監控層之間的通訊是通過現場總線和串行通訊來實現的。

二 變電站綜合自動化存在的問題

1.目前，用于電力系統的崹信規約種類很多，主要有以下通信協議:部頒 CDT循環通信協議、IEC60870－5系列(IEC60870－5－101，用于電力系統遠動通;IEC60870－5－103，用于繼電保護設備信息接口配套標準)等，而且目前采用的規約都是面向點的，而不是面向設備的。

目前已經實施缺乏統一系統規范的變電站自動化系統中，IEC60870一5一103規約廣泛應用，但這只是變電站內傳輸規約，缺乏對變電站整個系統模型以及二次功能模型的綜合描述，并沒有將通信技術與系統應用進行分層處理，使得應用受到通信規范技術的制約，缺乏統一的測試標準，這些使得103規約不適用作為數字化變電站的統一信息平臺。

2.在變電站綜合自動化系統的集成過程中面臨的最大問題是廠家使用不同的IED，甚至同一廠家不同型號的IED所采用的通信協議和用戶界面的不相同，因而難以實現無縫集成和互操作。因為需要額外的硬件(如規約轉換器)和軟件來實現IED互聯.設備之間的互操作性差，系統的擴展、升級困難。

主要原因是缺乏統一的通信標準和信息模型規范的二次設備。要實現不同廠家設備的信息互連，就要求設置大量的規約轉換器，這就增加了系統復雜程度及調試、設計、運行和維護中的難度，也使得通信系統的性能大大降低。

3.變電站綜合自動化系統中，變電站由于二次設備和一次設備間用電纜傳輸模擬信號和電平信號，這就需要消耗大量的電纜。也就存在電纜的管道面積、成本以及信號在電纜傳輸過程中受電磁干擾的問題。

三 智能化變電站

建立在(IEC61850)通信規范基礎上，由各種電子式互感器、智能化開關或斷路器等(智能化一次設備)，以及用來分層構建過程層、間隔層、站控層(網絡化的二次設備)，這樣來實現變電站內智能電氣設備間信息傳輸共享和相互操作的現代化變電站，就是本文論述的智能化變電站。

過程層設備包括:(1)將電流電壓模擬量實現數字化:電子式互感器;(2)使得電子式互感器的數字信號匯總后分發給間隔層的保護和測控裝置:合并單元;(3)采集一次設備的狀態并通過GOOSE網絡傳輸至間隔層的保護和測控裝置，同步接收間隔層的保護和測控裝置的命令對一次設備進行操作:智能單元。

智能開關設備包括智能斷路器、智能隔離開關及具有對主變相關部件進行數字化信息采集、控制等功能的智能操作箱。

電子式互感器的構成:(1)一次結構的主體部分，包括互感器的罐體、絕緣盆子、變徑法蘭及一次導體等，還有內裝三相電流電壓傳感器部分，互感器罐體接地等部件。(2)一次傳感器部分，要求每相配置一個空芯線圈、一個低功率CT以及一個同軸電容分壓器。其中空芯線圈用于傳感保護使用電流信號，低功率CT用于傳感測量使用電流信號，電容分壓器用來電壓信號的傳感。(3)一次轉換器，也就是遠端模塊。遠端模塊的作用地接收并處理空芯線圈、電容分壓器及三相LPCT輸出的信號，并由光纜將遠端模塊輸出的數字信號傳送至合并單元。

通過上面的描述總結下智能化變電站特點:

實現一次設備的數字化和智能化。用電子式器來替代傳統變電站內的電磁式互感器，這樣可以直接向外提供數字式光纖以太網接口;變電站內使用具備信號數字話轉換的智能斷路器、變壓器等新型設備。

二次設備的網絡化和數字化(數字信號)。數字化變電站的特點就是數字信號的全面傳輸，因此二次設備的數字化除了具有傳統式設備的特點外，還應該與傳統變電站信息傳輸以為媒介不同，要求具備對外光纖網絡的通信接口，使得對數字化變電站二次信號的數字化傳輸，以基于光纖以太網實現。

實現使用IEC61850標準統一化的變電站通信網絡和系統。也就是說數字化變電站要求全站通信網絡和系統實現均采用IEC61850標準，該完整的系統性標準具有的開放性可以保障數字化變電站站內新型設備具備互操作性的優勢特征。

數字化變電站在變電站內設備的信號的光纖傳輸、互操作性、光纖網絡通訊平臺的信息共享等方面可以更一步體現了自動化特點的運行管理。

在現有綜和自動化系統已經具備較大程度的自動化的基礎上，可以同時實現運行管理系統的自動化。

智能化變電站的投運，填補了我國數字化變電站建設的空白，吹響了變電站向數字化方向發展的號角。更為難得的是關鍵設備均為具有自主知識產權的國產設備，使我們得以真正意義上趕超國際先進水平。