變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)改造的實(shí)踐應(yīng)用分析

郭祥曦 高帥

【摘 ?要】近年來(lái)，隨著“兩網(wǎng)”改造的深入和電網(wǎng)運(yùn)行水平的不斷提高，大量采用遠(yuǎn)方集中控制等自動(dòng)化技術(shù)的綜合自動(dòng)化變電站已投入運(yùn)行。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)電力生產(chǎn)的現(xiàn)代化、科學(xué)化、信息化和自動(dòng)化管理及時(shí)提供了有效的網(wǎng)絡(luò)信息和準(zhǔn)確的數(shù)字，為電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了重要的依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)改造;實(shí)踐應(yīng)用;

但目前仍有很多老的變電站正在運(yùn)行中，每年都需進(jìn)行維護(hù)、整治，不僅維護(hù)成本，且管理效果并不理想每年都有新的問(wèn)題出現(xiàn)。只有徹底進(jìn)行改造，建成能實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化無(wú)人值班變電站，才能從根本上解決問(wèn)題。

一、應(yīng)用的現(xiàn)狀

電力企業(yè)在電力生產(chǎn)、電力銷售以及供應(yīng)等等環(huán)節(jié)都進(jìn)行了較大的技術(shù)改造。但是我國(guó)的變電站自動(dòng)化技術(shù)起步相對(duì)比較晚，新技術(shù)的應(yīng)用還沒(méi)有全面展開(kāi)，變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用并沒(méi)有得到較好的效果。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，電子技術(shù)、信息技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中都有了一定的應(yīng)用。同時(shí)，由于變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用要求不斷提升，我國(guó)的電力企業(yè)不斷增加電子技術(shù)人才方面的培養(yǎng)和引進(jìn)，同時(shí)電力企業(yè)也對(duì)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行了更加深入的理解。針對(duì)綜合自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用方面的需求，電力企業(yè)從人才、資金以及電力設(shè)備等各個(gè)方面著手進(jìn)行了升級(jí)改造，不斷提升綜合自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，確保我國(guó)社會(huì)電力能源的需求。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是供電網(wǎng)絡(luò)非常重要的組成部分，所以在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行改造時(shí)要滿足基本的原則，從而滿足變電站運(yùn)行穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及便于維護(hù)的目的。在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中要充分考慮到技術(shù)先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能齊全以及安全可靠方面的要求。到目前為止，我國(guó)的大部分城鄉(xiāng)電網(wǎng)都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了變電站自動(dòng)化無(wú)人值守方面的改造，這也提升了電網(wǎng)建設(shè)的現(xiàn)代化水平，對(duì)于提升輸配電能力是非常重要的。電氣一次設(shè)備智能化、二次設(shè)備集成網(wǎng)絡(luò)化、調(diào)度運(yùn)行管理經(jīng)濟(jì)自動(dòng)化是數(shù)字化變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)改造的重要特征。利用高效精確的電子式互感器，結(jié)合變電站統(tǒng)一通信標(biāo)準(zhǔn)，建設(shè)數(shù)字化變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，不僅實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)部各種數(shù)據(jù)信息高度實(shí)時(shí)共享，同時(shí)智能集成化電子設(shè)備（IED）具備的即插即用集成運(yùn)算分析功能，構(gòu)筑了集保護(hù)、實(shí)時(shí)測(cè)控、在線運(yùn)行監(jiān)視、以及狀態(tài)檢修等功能為一體的數(shù)字化變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。

二、變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)改造的實(shí)踐應(yīng)用

1.智能化電氣一次設(shè)備。數(shù)字化變電站智能化電氣一次設(shè)備是變電站高效經(jīng)濟(jì)調(diào)度運(yùn)行的重要信息載體，為變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)提供系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)可靠數(shù)據(jù)信息，主要包括電子式電壓（電流）互感器、智能集成型斷路器和隔離開(kāi)關(guān)、智能型動(dòng)態(tài)調(diào)壓裝置、以及其他輔助單元智能電氣設(shè)備等。從圖1可知，數(shù)字化變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中電氣一次設(shè)備與二次設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信接口媒介由原來(lái)的繼電器、電纜等模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)字通信接口模式轉(zhuǎn)化為光纖光纜的光電數(shù)字直接通信接口模式，且數(shù)字接口滿足數(shù)字化變電站相關(guān)通信規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)，能夠被變電站通用的保護(hù)、測(cè)控、以及其他IED智能電子設(shè)備訪問(wèn)。此外，數(shù)字化變電站中智能化電氣一次設(shè)備還能對(duì)設(shè)備自身運(yùn)行工況特性進(jìn)行實(shí)時(shí)自檢，擁有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息記錄和運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)等功能，并把其運(yùn)行的健康狀態(tài)、運(yùn)行工況模式等數(shù)據(jù)信息直接以數(shù)字信號(hào)形式傳輸給相關(guān)數(shù)據(jù)運(yùn)算分析單元，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息資源共享。在數(shù)字化變電站中，電子式電流互感器一般遵循通信規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)，而電子式電壓互感器則遵通信規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)數(shù)字化變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中智能設(shè)備合并單元（MU）進(jìn)行通信規(guī)約轉(zhuǎn)換后，就能滿足變電站二次繼電保護(hù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)信息采樣值的發(fā)送，經(jīng)GOOSE變電站通信過(guò)程總線與變電站層中的工作站、遠(yuǎn)動(dòng)站等功能單元進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息通信。

2.網(wǎng)絡(luò)化電氣二次裝置。以變電站標(biāo)準(zhǔn)形成的變電站各種二次裝置，不僅可以有效提高各裝置間的集成自動(dòng)化水平，同時(shí)有效增強(qiáng)其相互間的互操作性。數(shù)字化變電站中的各類電氣二次設(shè)備，如：保護(hù)測(cè)控裝置、防誤閉鎖功能設(shè)備、電壓無(wú)功實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)等設(shè)備裝置不再像常規(guī)變電站那樣相互間通過(guò)獨(dú)立靜態(tài)耦合方式進(jìn)行簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)信息互聯(lián)，而是通過(guò)具有數(shù)據(jù)信息傳輸速率大、傳輸精度高等特性的以太網(wǎng)形式進(jìn)行平行互聯(lián)，且各二次設(shè)備間接口通信規(guī)約具有統(tǒng)一IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，不僅優(yōu)化了變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，減少了設(shè)備間電纜連線復(fù)雜性，使整個(gè)系統(tǒng)變得簡(jiǎn)潔明了，提高了系統(tǒng)調(diào)試維護(hù)、生產(chǎn)運(yùn)行的綜合效率;同時(shí)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息資源間的高度實(shí)時(shí)共享互操作，避免了常規(guī)變電站二次設(shè)備間功能重復(fù)設(shè)置、采集數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)換延時(shí)性等弊端。

3.變電站調(diào)度經(jīng)濟(jì)運(yùn)行自動(dòng)化管理。常規(guī)變電站在進(jìn)行調(diào)度運(yùn)行時(shí)，需要運(yùn)行管理人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期檢修維護(hù)管理，不僅會(huì)造成日常大量人力物力浪費(fèi)，同時(shí)還會(huì)由于運(yùn)行維護(hù)措施不及時(shí)、不合理等影響系統(tǒng)精密儀器設(shè)備的綜合使用性能，嚴(yán)重時(shí)還可能造成設(shè)備內(nèi)部一些隱性故障由于沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理，使故障演變?yōu)槭鹿剩o變電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)巨大損失。數(shù)字化變電站中的所有電氣一次設(shè)備、二次設(shè)備均具備完善可靠的自檢和互檢功能，不僅能夠快速、可靠、準(zhǔn)確的識(shí)別出各類設(shè)備系統(tǒng)中的輕微異常信息，同時(shí)還能根據(jù)設(shè)備實(shí)時(shí)自檢數(shù)據(jù)信息，構(gòu)筑科學(xué)合理的運(yùn)行管理策略，利用設(shè)備“狀態(tài)檢修”自檢功能達(dá)到對(duì)整個(gè)數(shù)字化變電站設(shè)備的自動(dòng)化調(diào)度管理。

三、數(shù)字化變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)改造方案

一座220kV變電站進(jìn)行數(shù)字化綜合自動(dòng)化系統(tǒng)改造，以作為該區(qū)域變電站后期建設(shè)改造的典型示范變電站。在數(shù)字化變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)過(guò)程中，選用電子互感器和智能控制單元作為變電站過(guò)程層主要數(shù)據(jù)信息采集、現(xiàn)地操作功能設(shè)備;采用數(shù)字化電能表進(jìn)行電能數(shù)據(jù)計(jì)量統(tǒng)計(jì)分析;采用符合變電站IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的二次智能電子設(shè)備IED和具備在線智能分析運(yùn)算的集成監(jiān)控系統(tǒng)，在擬實(shí)施改造的220kV數(shù)字化變電站中，整個(gè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)將完整采用變電站統(tǒng)一IEC61850標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約。過(guò)程層合并單元MU將電子式電壓（電流）互感器通過(guò)光纖通信媒介，直接與間隔層的保護(hù)、測(cè)控裝置進(jìn)行互聯(lián)，同時(shí)采用光纖以太網(wǎng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模式，完成數(shù)字化變電站過(guò)程層交流數(shù)據(jù)信號(hào)的實(shí)時(shí)采集和遠(yuǎn)程傳輸。采用現(xiàn)地安裝的智能控制保護(hù)單元和操作執(zhí)行控制機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)智能開(kāi)關(guān)、刀閘運(yùn)行狀態(tài)的采集和“分合閘”操作的動(dòng)態(tài)控制。過(guò)程層中的智能控制單元和間隔層中的測(cè)控、保護(hù)等裝置間的數(shù)據(jù)信息交換通過(guò)間隔層中的內(nèi)組網(wǎng)方式（GOOSE網(wǎng)），并按照雙網(wǎng)冗余設(shè)計(jì)原則構(gòu)筑數(shù)字化變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)。間隔層中的保護(hù)、測(cè)控、以及其他智能電子設(shè)備IED通過(guò)系統(tǒng)總線式100M雙以太網(wǎng)與變電站站控層中的工作站、服務(wù)器、工程師工作站進(jìn)行互聯(lián)。對(duì)于變電站中少數(shù)不支持通信規(guī)約的智能設(shè)備單元而言，可以通過(guò)相應(yīng)規(guī)約轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)換后接入到變電站站控層各功能單元中。

結(jié)束語(yǔ)：電力能源是我國(guó)最為重要的能源之一，對(duì)于確保社會(huì)的正常發(fā)展以及人們的正常生活具有非常重要的作用。隨著變電站技術(shù)水平的不斷提升以及電力能源方面的供應(yīng)需求，我國(guó)不斷加快變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的技術(shù)改造以及新技術(shù)應(yīng)用。通過(guò)變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用能夠?qū)ψ冸娬具M(jìn)行在線監(jiān)控，能夠滿足變電站運(yùn)行自動(dòng)化方面的要求，能夠確保變電站安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉曉菲. 論變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的改造與應(yīng)用[J].民營(yíng)科技，2018（03）：15-17.