智能變電站二次系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

孫振華

摘 要：隨著信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)取得飛速的進(jìn)步，我國數(shù)字化設(shè)備方面的研制工作也得到了迅猛發(fā)展，這對(duì)智能變電站的發(fā)展進(jìn)步帶來了很大程度地改善和技術(shù)支撐。伴隨智能變電站技術(shù)愈發(fā)成熟和完備，不斷對(duì)智能變電站在信息化、智能化以及自動(dòng)化等方面的水平進(jìn)行逐步提升依然是今后發(fā)展的主要趨勢。對(duì)此，該文就智能變電站實(shí)現(xiàn)二次系統(tǒng)優(yōu)化進(jìn)行一定的分析，對(duì)其中的自動(dòng)化系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、二次設(shè)備以及智能輔助系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并且加以簡要分析，以期對(duì)我國的智能變電站建設(shè)有所借鑒與參考作用。

關(guān)鍵詞：智能變電站 二次系統(tǒng) 優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM762 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）09（c）-0001-02

智能變電站建設(shè)作為我國“十二五”階段中的重點(diǎn)項(xiàng)目，是智能電網(wǎng)建設(shè)中不可或缺的重要組成部分，對(duì)于我國的電力行業(yè)發(fā)展有著極大的推動(dòng)作用，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)地提升，人民生活水平和工業(yè)水平均得到很大改善，致使人們的生活與工業(yè)生產(chǎn)對(duì)于電力的需求均提出了愈來愈高的要求，以致對(duì)電力行業(yè)也有著越來越高的要求，正因?yàn)樯鲜鲈颍悄茏冸娬緦?shí)現(xiàn)二次系統(tǒng)優(yōu)化已經(jīng)成為非常迫切的工作需求。筆者通過多年的工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案進(jìn)行一定的分析。

1 智能變電站中的二次系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)概述

近年來電力技術(shù)發(fā)展愈發(fā)的快速，變電站智能化與信息化能力得到了顯著提升。2010年我國便開始進(jìn)行智能變電站方面的試點(diǎn)建設(shè)，說明我國智能變電站已經(jīng)發(fā)展到了全新的方向。其中智能變電技術(shù)也逐漸實(shí)現(xiàn)了向新領(lǐng)域的發(fā)展，它的發(fā)展和數(shù)字式互感器、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及信息技術(shù)的支撐有著很大關(guān)聯(lián)，智能變電站建設(shè)將會(huì)對(duì)傳統(tǒng)變電技術(shù)實(shí)現(xiàn)徹底變革，在很大程度上提升我國變電站的集成化、智能化與自動(dòng)化。對(duì)智能變電站中的二次系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，則是在電力科技不斷發(fā)展的背景下，對(duì)智能變電站帶來的全新需求，主要是要對(duì)變電站信息化加以逐漸地提升。通常而言，目前進(jìn)行二次系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要工作內(nèi)容有自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)路、二次設(shè)備、智能輔助系統(tǒng)和狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)等優(yōu)化設(shè)計(jì)[1]。

2 智能變電站進(jìn)行二次系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要內(nèi)容

2.1 對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

從以往的數(shù)字化變電站逐漸發(fā)展成今天的智能變電站，其中自動(dòng)化系統(tǒng)采用的核心內(nèi)容始終為IEC61850標(biāo)準(zhǔn)體系，該體系所設(shè)定的變電站中的自動(dòng)化系統(tǒng)采取分層分布形式的結(jié)構(gòu)，在邏輯上將其劃分成站控層、間隔層與過程層[2]。目前我國變電站所采用的組網(wǎng)方式大體上有如下三種方式，即站控層和間隔層采用以太網(wǎng)加SV總線加GOOSE總線加B碼對(duì)時(shí)、站控層和間隔層采用以太網(wǎng)加SV點(diǎn)對(duì)點(diǎn)加GOOSE總線加B碼對(duì)時(shí)、站控層和間隔層采用以太網(wǎng)加SV和GOOSE共網(wǎng)加IEEE 1588對(duì)時(shí)，再加之保護(hù)直采直跳[3]。在進(jìn)行自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化時(shí)應(yīng)該從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和交換機(jī)配置入手，對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面而言，可以采用如下方案，采取三層兩網(wǎng)的模式，對(duì)站控層和間隔層的MMS網(wǎng)采取雙星型結(jié)構(gòu)，將GOOSE網(wǎng)與SV網(wǎng)實(shí)現(xiàn)合并，并且和IEC 61588信息實(shí)現(xiàn)共網(wǎng)傳輸。對(duì)220 kV電網(wǎng)設(shè)置星形雙網(wǎng)，而110 kV中的主變進(jìn)線以外單元設(shè)置成單個(gè)星形網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)其中的測控裝置實(shí)現(xiàn)跨接雙網(wǎng)配置。對(duì)于交換機(jī)配置而言，可以將220 kV交換機(jī)按照單間隔進(jìn)行配置，而110 kV交換機(jī)則按照雙間隔進(jìn)行配置，并與組屏方式相互對(duì)應(yīng)，同時(shí)對(duì)交換機(jī)具有的光口數(shù)量進(jìn)行優(yōu)化。采取V-LAN方式實(shí)現(xiàn)流量控制，確保網(wǎng)絡(luò)可靠性與快速性，為了解決變電站中無法有效監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)的現(xiàn)象，將硬接點(diǎn)與基于V-LAN管理方面的交換機(jī)進(jìn)行結(jié)合，這樣能夠保證不增加資金的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)交換機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視[4]。

2.2 對(duì)二次設(shè)備進(jìn)行功能整合和配置優(yōu)化

對(duì)智能變電站中的二次設(shè)備實(shí)現(xiàn)功能整合與配置優(yōu)化所要達(dá)到的目標(biāo)主要是提升變電站信息共享能力，進(jìn)一步使其對(duì)一次相關(guān)設(shè)備的監(jiān)控能力更強(qiáng)，使智能變電站能夠?qū)崿F(xiàn)一體化和信息平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)化，所以對(duì)二次設(shè)備進(jìn)行功能整合和配置優(yōu)化已經(jīng)成為智能變電站建設(shè)今后的必然發(fā)展趨勢。這項(xiàng)工作應(yīng)該從如下幾方面入手。

其一，站控層中的監(jiān)控主機(jī)實(shí)現(xiàn)將工程師站、高級(jí)功能、操作員站以及保護(hù)和故障信息子站等所具有的功能進(jìn)行集成，取消以往專門設(shè)置的計(jì)算機(jī)五防系統(tǒng)、保護(hù)和故障信息子站、備用電源自動(dòng)投入裝置以及低頻低壓降負(fù)荷裝置等，所有的功能都由變電站中的自動(dòng)化系統(tǒng)獨(dú)自具備[5]。

其二，110 kV線路、220 kV線路及母聯(lián)采取保護(hù)和監(jiān)控功能集成裝置，通過整合之后，能夠減少主柜與交換機(jī)數(shù)量以及裝置投資，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)一定的簡化，有效地減輕運(yùn)維工作量和節(jié)省建筑面積。

其三，優(yōu)化變電站使用的電源，對(duì)其中的自動(dòng)切換裝置進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)具有相對(duì)較高交流供電穩(wěn)定性的設(shè)備進(jìn)行電源末端ATS的安裝，保證能夠進(jìn)行自動(dòng)切換，不再對(duì)變電站使用主變低壓側(cè)存在的自動(dòng)切換裝置進(jìn)行設(shè)置，這樣可以使回路更加簡單和可靠，而且防止多重ATS出現(xiàn)時(shí)限失配導(dǎo)致重復(fù)動(dòng)作，并減少大量的設(shè)備投資。

其四，將故障濾波和網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行科學(xué)整合，故障濾波與網(wǎng)絡(luò)分析儀具有非常相似的運(yùn)行原理，均通過對(duì)故障設(shè)備中的電磁設(shè)備作為主要的依據(jù)進(jìn)行分析，最終得到故障原因，所以能夠?qū)⑺鼈儗?shí)現(xiàn)整合，使兩個(gè)設(shè)備能實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，并且能夠有效地降低設(shè)備投資[6]。

2.3 對(duì)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行配置優(yōu)化

對(duì)于狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)而言，對(duì)其實(shí)現(xiàn)優(yōu)化能夠更好的保證對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測時(shí)的效果，對(duì)此應(yīng)該從如下幾點(diǎn)實(shí)施優(yōu)化。

一方面，將狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)主機(jī)實(shí)現(xiàn)整合，使其成為一個(gè)綜合型的服務(wù)器，利用安全隔離裝置使其和變電站中的自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行連接，從而能夠通過監(jiān)測系統(tǒng)與可見光及紅外線設(shè)備的實(shí)時(shí)連接，利用其擁有的足夠靈敏性，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)與精準(zhǔn)地判定。

另一方面，對(duì)于主變壓器方面的狀態(tài)監(jiān)測通常是對(duì)其中的油溫、油中氣體、微水以及鐵芯電流等實(shí)現(xiàn)監(jiān)測。DGA作為一項(xiàng)光譜分析技術(shù)，能夠?qū)Χ鄶?shù)故障和缺陷加以很好地反映，而且能夠進(jìn)行在線監(jiān)測，不用對(duì)設(shè)備進(jìn)行停電監(jiān)測，擁有很好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，超過四成的主變故障均是利用DGA得到及時(shí)發(fā)現(xiàn)的。通過對(duì)各類DGA監(jiān)測原理進(jìn)行分析對(duì)比，最終推薦選取燃料電池法作為基礎(chǔ)原理的DGA監(jiān)測方法，該監(jiān)測方法中變壓器油溫能夠?qū)χ髯冞^熱和絕緣老化等現(xiàn)象進(jìn)行及時(shí)反應(yīng)，為了使其始終成為重點(diǎn)監(jiān)測對(duì)象，建議在主變壓器上、下兩端均進(jìn)行油溫監(jiān)測。

此外，對(duì)220 kV避雷器進(jìn)行放電次數(shù)和全電流方面的監(jiān)測，通過對(duì)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)等方面對(duì)比，將原有的阻性電流監(jiān)測不再進(jìn)行安裝。避雷器方面的狀態(tài)監(jiān)測一般對(duì)全電流與阻性電流進(jìn)行監(jiān)測，其中全電流和避雷器絕緣狀況間的聯(lián)系沒有阻性電流好，但是全電流監(jiān)測能夠更為簡單的實(shí)現(xiàn)，只需在常規(guī)檢測儀基礎(chǔ)上加裝通信接口保證具有4～20 mA電流輸出便可以，而且裝置費(fèi)用僅僅比常規(guī)設(shè)備提高6千元左右[7]。

2.4 對(duì)智能輔助系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化

智能變電站中存在的輔助系統(tǒng)分為諸多方面，諸如消防系統(tǒng)、安全警衛(wèi)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、排水系統(tǒng)以及環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)等，均是智能變電站中必不可少的構(gòu)成部分。對(duì)智能變電站中的輔助系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化所要達(dá)到的目標(biāo)為使各個(gè)分系統(tǒng)間可以實(shí)現(xiàn)相互通話與交流，利用設(shè)備間快速的信息溝通，保證各個(gè)分系統(tǒng)間能夠?qū)崿F(xiàn)功能聯(lián)動(dòng)，可以對(duì)作業(yè)人員工作強(qiáng)度加以有效地降低，進(jìn)而促進(jìn)輔助系統(tǒng)的智能化與自動(dòng)化水平地提升。對(duì)于智能變電站中的輔助系統(tǒng)而言，當(dāng)前時(shí)期，視頻跟蹤功能尚不完善，事故發(fā)生前，無法進(jìn)行故障預(yù)警，當(dāng)事故發(fā)生后，無法為運(yùn)行檢修人員提供可靠的視頻錄像。所以，對(duì)輔助系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的過程中應(yīng)該從如下兩點(diǎn)入手，其一，視頻錄像功能，實(shí)現(xiàn)這一功能要通過眾多的監(jiān)控設(shè)備對(duì)變電站加以實(shí)時(shí)監(jiān)控，使其能夠在事故發(fā)生后對(duì)事故源進(jìn)行分析，為事故分析提供有力的證據(jù)支撐。第二，紅外熱相判斷功能，當(dāng)前時(shí)期我國的變電站設(shè)備進(jìn)行故障預(yù)警尚有不足，常常是在故障發(fā)生后進(jìn)行檢修，但是通過對(duì)紅外熱相進(jìn)行診斷，能夠有效地提升故障預(yù)報(bào)能力[8]。對(duì)此應(yīng)該在輔助系統(tǒng)之中加裝環(huán)境監(jiān)測元件，并對(duì)視頻服務(wù)器與后臺(tái)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，加之對(duì)智能變電站中的配置加以優(yōu)化，從而使變電站日常運(yùn)行成本得以降低。

3 結(jié)語

計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)以及光電技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展對(duì)推動(dòng)電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化、信息化等帶來了應(yīng)有的技術(shù)支撐，為電力系統(tǒng)智能化、自動(dòng)控制技術(shù)和繼電保護(hù)等帶來了全新的改變，也導(dǎo)致保護(hù)、通信、監(jiān)控、計(jì)量、遠(yuǎn)動(dòng)、測量等眾多專業(yè)領(lǐng)域間存在的界限不斷地消失。通過對(duì)智能變電站進(jìn)行建設(shè)，致使以往存在清晰界限的電氣一次、電氣二次專業(yè)愈發(fā)模糊，設(shè)計(jì)作為工程建設(shè)的基礎(chǔ)內(nèi)容，對(duì)整個(gè)工程有著最為直接的影響，通過對(duì)智能變電站中的二次系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)于我國電網(wǎng)發(fā)展有著很好地促進(jìn)作用，并為推動(dòng)智能電網(wǎng)的建設(shè)和持續(xù)發(fā)展提供了良好地保障。

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