數(shù)字化變電站IEC標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用及推廣

趙亮 朱鶴 陳建凱

摘 要：本文對(duì)數(shù)字化變電站進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，闡述了數(shù)字化變電站的應(yīng)用特點(diǎn)，針對(duì)數(shù)字化變電站IEC標(biāo)準(zhǔn)的推廣進(jìn)行了深入的研究，提出了幾條推廣的測(cè)量，希望可以幫助數(shù)字化變電站IEC標(biāo)準(zhǔn)更好的進(jìn)行應(yīng)用和推廣。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化變電站；IEC標(biāo)準(zhǔn)；應(yīng)用；推廣

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字化變電站也取得了巨大的進(jìn)步，很多技術(shù)更加成熟和完善。在數(shù)字化變電站的發(fā)展過程中，對(duì)于電力設(shè)備以及系統(tǒng)有了更高的要求，需要其開放自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備以及系統(tǒng)之間的有效連接，方便進(jìn)行相互操作，兼容相關(guān)的接口、協(xié)議以及數(shù)據(jù)。為了促進(jìn)這一目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）制定了一系列的協(xié)議以及標(biāo)準(zhǔn)，基于IEC標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，加強(qiáng)數(shù)字化變電站的建設(shè)力度，對(duì)于我國(guó)數(shù)字化變電站的發(fā)展有著非常重要的意義。

1 數(shù)字化變電站

1.1 數(shù)字化變電站概念

數(shù)字化變電站基于IEC61850通信規(guī)范建立，有智能化一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備組合構(gòu)建而成，屬于一種現(xiàn)代化的變電站，通過數(shù)字化變電站，可以實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)部各個(gè)電氣設(shè)備之間的信息共享和互操作功能。

1.2 數(shù)字化變電站特點(diǎn)

1.2.1 智能化一次設(shè)備

智能化一次設(shè)備對(duì)原有一次設(shè)備重新進(jìn)行了設(shè)計(jì)，采用電子式互感器替代了傳統(tǒng)互感器，通過集成智能化一次設(shè)備實(shí)現(xiàn)了之前需要用二次電纜傳輸?shù)男盘?hào)量，對(duì)整個(gè)繼電器以及其控制回路進(jìn)行了簡(jiǎn)化，放棄了傳統(tǒng)的導(dǎo)線連接法，選擇用數(shù)字公共信號(hào)網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)。也就是說，通過可編程器件代替了以往的傳統(tǒng)繼電器以及邏輯回路，用光纖網(wǎng)絡(luò)代替以往的控制電纜，用光電式數(shù)字量代替了強(qiáng)電模擬信號(hào)。

1.2.2 網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備

網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備之間的連接通過高速網(wǎng)絡(luò)通信來實(shí)現(xiàn)，以往的二次設(shè)備，如遠(yuǎn)動(dòng)裝置、繼電保護(hù)裝置等都基于微處理基進(jìn)行模塊化以及標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)制造，減少了以往I/O現(xiàn)場(chǎng)接口的使用，借助網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)以及資源之間的實(shí)時(shí)共享。

1.2.3 自動(dòng)化運(yùn)行管理系統(tǒng)

在變電站運(yùn)行過程中，需要對(duì)故障進(jìn)行檢查，通過自動(dòng)化運(yùn)行管理系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)以及狀態(tài)的記錄變?yōu)橛?jì)算機(jī)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)間的自動(dòng)化分層以及互換，可以在線進(jìn)行故障檢測(cè)分析，自動(dòng)生成檢測(cè)報(bào)告。

2 數(shù)字化變電站的應(yīng)用

2.1 IEC61850協(xié)議的優(yōu)勢(shì)

IEC61850協(xié)議在應(yīng)用過程中有著以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：第一，IEC61850協(xié)議是在信息源出進(jìn)行建模，避免同一條信息被多次定義，調(diào)試工作簡(jiǎn)單；第二，通過網(wǎng)絡(luò)信息資源交流法，極大的減少了電纜的用量以及建筑面積的浪費(fèi)，降低了變電站在進(jìn)行建設(shè)時(shí)所花費(fèi)的成本，更高效的實(shí)現(xiàn)信息資源之間的互換以及共享；第三，在面向?qū)ο笫沁M(jìn)行自我描述，有效的解決了以往傳遞信息量變化借助通信協(xié)議無法滿足的現(xiàn)象，可以在技術(shù)飛速發(fā)展過程中一直保持其適用性；第四，對(duì)服務(wù)接口進(jìn)行了改良，通過抽象通信服務(wù)接口，更加方便用戶感受到網(wǎng)絡(luò)以及信息技術(shù)發(fā)展所帶來的便利，與之前所采用的協(xié)議棧以及通信技術(shù)無過多關(guān)聯(lián)；第五，通過IEC61850協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)間的無縫通信，簡(jiǎn)化了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行流暢，降低了現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)的工作量，同時(shí)有效解決了變電站在自動(dòng)化運(yùn)行過程中協(xié)議轉(zhuǎn)換以及互操作之間的問題。

2.2 IEC1588精確時(shí)間同步協(xié)議的應(yīng)用

時(shí)鐘服務(wù)器屬于數(shù)字化變電站系統(tǒng)中站控層設(shè)備，在變電站實(shí)現(xiàn)數(shù)字自動(dòng)化系統(tǒng)之后，變電站的時(shí)鐘也需要跟上技術(shù)發(fā)展的步。在進(jìn)行時(shí)間上的信息傳遞時(shí)，既可以通過服務(wù)器以廣播等形式向各設(shè)備傳遞時(shí)間信息，還可以通過智能設(shè)備向時(shí)鐘服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求的方式來獲得時(shí)間信息，為了保證整個(gè)數(shù)字化變電站的時(shí)間同步性，將秒脈沖信號(hào)接入到智能化設(shè)備中，選擇光脈沖同步信號(hào)能夠極大的增強(qiáng)控制的精度。另外，在數(shù)字化變電站發(fā)展過程中，將外部家換季、對(duì)時(shí)服務(wù)器以及光擴(kuò)展裝置結(jié)合在一起，進(jìn)而將整個(gè)變電站的授時(shí)進(jìn)行統(tǒng)一化管理。IEC1588精確時(shí)間同步協(xié)議對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)脈沖的穩(wěn)定性起到了很大的增強(qiáng)作用。

2.3 IEC60044-8/7電子式互感器技術(shù)規(guī)范

隨著技術(shù)的發(fā)展，各種新型互感器隨之出現(xiàn)，IEC制定了相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對(duì)電子式互感器的技術(shù)以及定義進(jìn)行了明確。電子式互感器為新型互感器的統(tǒng)稱，主要有電子式電流互感器以及電子式電壓互感器兩種。電子式電流互感器的線圈主要有羅氏線圈、低功率線圈等，作為一次傳感器進(jìn)行使用；電子式電壓互感器的一次傳感器采用光學(xué)材料或者電阻電容分壓器來實(shí)現(xiàn)，這兩種電子式互感器在進(jìn)行信號(hào)的傳輸時(shí)都說采用光纖方式，模擬量以及數(shù)字量的輸出主要是通過處理測(cè)量電量信號(hào)來完成。電子式互感器在國(guó)外已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，不僅在技術(shù)上更為先進(jìn)，同時(shí)價(jià)格上更加優(yōu)廉。國(guó)內(nèi)在解決了掛網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性的問題之后，也開始將電子式互感器廣泛的應(yīng)用到數(shù)字化變電站中，具有良好的發(fā)展前景。

2.4 自動(dòng)化控制系統(tǒng)的檢測(cè)

數(shù)字化變電站具有良好的系統(tǒng)集成以及自動(dòng)化控制檢測(cè)優(yōu)勢(shì)，降低了電纜接線數(shù)量以及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作的工作量。在實(shí)際的系統(tǒng)集成以及自動(dòng)化控制檢測(cè)中，需要在實(shí)驗(yàn)室來完成，不會(huì)對(duì)基建工程施工帶來影響，加快了整個(gè)工程的施工進(jìn)度。這種方法對(duì)于實(shí)驗(yàn)室的條件有著非常高的要求，需要做好變電站一次系統(tǒng)的模擬運(yùn)行工作，為整個(gè)集成以及檢測(cè)打下良好的基礎(chǔ)。

3 數(shù)字化變電站IEC標(biāo)準(zhǔn)的推廣策略

3.1 搭建控制保護(hù)系統(tǒng)的檢測(cè)平臺(tái)

根據(jù)IEC61850相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在進(jìn)行數(shù)字化變電站建設(shè)時(shí)，要滿足通信規(guī)約、網(wǎng)絡(luò)性能以及關(guān)鍵設(shè)備的測(cè)試需求，建立起綜合測(cè)試平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)過程層、間隔層以及站控層設(shè)備的測(cè)試。電力系統(tǒng)中增添保護(hù)、控制裝置，需要提前進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)，新建的變電站還需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，保證設(shè)備的參數(shù)正確設(shè)置，設(shè)備的功能完善性。整個(gè)控制保護(hù)系統(tǒng)的功能直接受到通信網(wǎng)絡(luò)性能的影響，傳統(tǒng)的檢測(cè)方式已經(jīng)很難完整的檢測(cè)出其中的故障以及問題，因此，需要建設(shè)其基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的綜合化檢測(cè)平臺(tái)。

3.2 構(gòu)建設(shè)備與技術(shù)產(chǎn)業(yè)化服務(wù)體系

國(guó)際上現(xiàn)行的保護(hù)類型功能是根據(jù)歐美的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來定的，很難完全適用于我國(guó)目前的電力系統(tǒng)環(huán)境中。IEC1588可以滿足網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)技術(shù)需求，但是在主鐘、子鐘以及交換機(jī)方面的裝置技術(shù)還有待提高。另外，500kV光互感器還存在著一些問題，光學(xué)回路缺乏穩(wěn)定性，偶爾會(huì)發(fā)生溫漂現(xiàn)象，這主要是因?yàn)閺S家在進(jìn)行互感器的生產(chǎn)時(shí)，無法生產(chǎn)出復(fù)合絕緣筒等零部件，外部購(gòu)買的與生產(chǎn)的零件組裝在一起不能完美的結(jié)合。為了促進(jìn)數(shù)字化變電站的發(fā)展，需要全面實(shí)行IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，在各個(gè)廠家之間建立起相應(yīng)的聯(lián)系。

3.3 加大新產(chǎn)品研發(fā)以及使用力度

數(shù)字化變電站不僅具有安全性高、投資少、成本低等優(yōu)勢(shì)，還可以促進(jìn)各類電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展，有利于提高電能管理質(zhì)量，但是這類技術(shù)產(chǎn)品在開發(fā)過程中需要花費(fèi)較大的投資，且有一定的風(fēng)險(xiǎn)，需要政府提供一定的支持和幫助。

4 結(jié)束語

雖然我國(guó)目前的數(shù)字化變電站發(fā)展迅猛，且取得了一定的成績(jī)，但是與國(guó)際先進(jìn)水平還存在一定的差距，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)等還需要不斷深入研究發(fā)展。在數(shù)字化變電站IEC標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用以及推廣過程中，還需要政府加大支持與幫助力度，加快新技術(shù)以及新產(chǎn)品的研發(fā)進(jìn)程。

參考文獻(xiàn)

[1]吳薇，馮劍波.IEC61850標(biāo)準(zhǔn)在220kV三鄉(xiāng)數(shù)字化變電站的應(yīng)用[J].通信電源技術(shù)，2012，（3）：71-73.

[2]王玲，徐柏榆.高采樣率數(shù)字化變電站電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2014，（4）：110-116.

[3]高翔.智能變電站技術(shù)應(yīng)用探討[J].供用電，2014，（2）：54-59，4.

[4]焦煜，陳虎順.基于IEC61850的數(shù)字化變電站技術(shù)[J].電工文摘，2013，（1）：50-52.

（作者單位：1.國(guó)網(wǎng)鄭州供電公司；2.國(guó)網(wǎng)許昌供電公司）