智能變電站在鋼鐵企業中的應用

李柳濤

（柳州鋼鐵股份有限公司機動工程部，廣西柳州 545002）

引言

變電站是工業企業電力能源的心臟，為工廠的正常生產提供源源不斷的電力能源，因此，對工業企業而言，其重要程度不言而喻。在智能變電站出現以前，傳統變電站的發展以二次系統劃分，主要經歷了電磁式、數字式幾個不同的階段。電磁式是一次設備為獨立執行元件，二次設備由電磁式繼電器組成，只有簡單的遙測、遙信功能。從微機式繼電保護裝置出現開始，變電站進入了數字化的時代，雖然互感器等設備仍然是傳統的電磁式互感器，但二次保護裝置已經變成了微機式繼電保護裝置，形成了綜合自動化系統，雖然自動化水平有較大提升，具備了基本的數字化功能，但信息的集成不完備，較分散。智能變電站從一次設備到二次設備均實現了完全的數字化，可實現通訊協議統一、信息集中管理共享、高級應用等眾多功能，實現高度的數字化、智能化。

1 智能變電站簡介

智能變電站采用先進、可靠、集成、低碳、環保的智能設備，以全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監測等基本功能，并可根據需要支持電網實時自動控制、智能調節、在線分析決策、協同互動等高級功能的變電站。

就目前技術發展現狀而言，智能變電站是由電子式互感器（也可以是電磁式互感器）、智能化開關等智能化一次設備、網絡化二次設備分層構建，建立在有線或無線通信規范基礎上，能夠實現變電站內智能電氣設備間信息共享和相互操作的現代化變電站。

鋼鐵企業工序復雜繁多，且多數為一級負荷，根據鋼鐵企業的用電特點，在電網架構上，一般采取建設1～2個總降變電站和一定數量的區域變電站，由于站點數量多且分散，傳統的常規變電站由于設備、網絡通訊的局限性，不能完全實現各站點之間的數據共享，給管理造成較大困難。采用智能變電站后，最大的好處在于實現了通訊的統一標準，各站信息可以完全實現共享。可以將分散在各區域變電站的數據通過統一的標準傳送到后臺系統中，通過后臺高級應用軟件實現系統數據的采集分析，分析控制電網潮流、集中操作等，大大提升電網的管理水平。

2 系統架構

智能變電站通過智能化設備和網絡將系統分為三層兩網，三層指站控層、間隔層、過程層，兩網指站控層網絡和過程層網絡。

2.1 過程層

主要采用了傳統電磁式互感器加智能終端的方式。由于一次智能化設備的可靠性相對傳統一次設備仍有一定差距，因此仍然選擇了傳統的一次設備。智能終端既是開關量的采集設備，又是分、合閘信號的執行控制設備。它將一次設備的開關量信號采集后轉換成光信號傳輸給間隔層設備，又接收來自間隔層設備的控制信號。

2.2 間隔層

間隔層設備即常規變電站中的綜保裝置、測控裝置、穩控裝置、錄波裝置、交換機等，間隔層設備均配置了支持IEC61850 的GOOSE 網口，用于與過程層設備進行數據通訊，同時也配置了以太網口，用于與站控層設備進行通訊。由于過程層采用了光傳輸，因此節省了大量的電纜。同時，間隔層設備通過站控層網絡與站控層進行通訊。

2.3 站控層

站控層配置了數量不等的操作員站、工程師站、服務器、通訊網關機等設備，除了可以對本站進行監控運行外，也可通過網絡將數據傳送至中調、地調、ERP等各種信息化系統中。

2.4 過程層網絡

由于過程層取消了合并單元，因此過程層網絡由GOOSE網組成，用于過程層設備與間隔層設備的數據傳輸交互，主要是IED 設備與智能終端之間的數據交互。由于鋼廠的設備對供電可靠性要求較高，為保證供電安全可靠，過程層網絡采用了直采直跳的方式，過程層的數據通過電纜和GOOSE網直接送入間隔層IED 中，間隔層IED 發出的指令通過GOOSE 網直接送入對應的過程層設備智能終端，不會與過程層其他間隔的設備有聯系。

電壓電流等電信號的傳輸仍通過電纜直接接入IED 中，而GOOSE 網主要用于分合閘、非電量信號的傳輸。GOOSE 網采用A、B 雙網，保證了數據傳輸的可靠性。

2.5 站控層網絡

站控層網絡是采用總線型結構，支持IEC61850，它是站控層設備與間隔層設備進行數據通訊交互的網絡，為保證其可靠性，配置為雙網。

3 高級應用

智能變電站相對于常規變電站最大的特點在于其可以實現強大的高級應用。高級應用是指變電站智能化的重要內容，基于一體化業務平臺提供標準服務。

3.1 一體化業務平臺

在常規變電站中，各子系統是相互獨立的個體，各系統的數據需要單獨采集調用，數據采集需要多系統密切配合，信息數據存在交叉、重復的情況，無法方便地使資源共享，各系統的數據處于“信息孤島”的狀態。

如圖1，一體化業務平臺通過通訊的統一，資源的整合，把原來孤立的保信系統、輔控系統、測量計量等不同系統統一進行整合，實現數據的采集、歸納整理，并使得各系統可以共享調用。智能變電站的各種高級應用也正是基于此平臺上得以實現。

圖1 一體化平臺數據及信息流

3.2 高級應用功能

高級應用包括了分布式狀態估計、智能告警、故障分析決策、順序控制、源端維護、數據辨識等各種高級功能，通過各種功能的應用，實現了變電站一體化監控系統。

3.2.1 分布式狀態估計

建立面向開關的三相量測模型，可利用PMU 數據實現變電站分布式狀態估計，并將數據上傳調度，實現變電站、調度中心的兩級式狀態估計。其做法是在變電站做狀態估計并剔除不良數據，這樣做的目的不但提高了模型可靠性，減小了通訊負擔，還減少了維護負擔。

3.2.2 智能告警

告警信息按設備組和設備進行分類過濾，根據變電站邏輯和推理模型，對變電站的運行狀態進行在線實時分析和推理，自動報告變電站異常，并生成告警簡報。

3.2.3 故障分析與決策

故障信息綜合分析是系統通過預設定的條件對一次故障中采集到的多個裝置的所有相關數據進行分門別類，最終將一次故障的所有相關數據篩選打包生成報告，并在此基礎上進行綜合故障信息綜合分析。報告中可支持錄波曲線顯示、超鏈接，裝置上送的HDR報告、動作報告和故障報告都采用了可定制的XSLT模板顯示。

3.2.4 數據辨識

數據辨識以站內的實時數據為依據，實現對指定設備關聯的量測量、狀態量等進行數據合理性和不良性檢測。同時，也是站端分布式狀態估計的基礎功能并為主站側的狀態估計提供數據參考。

通過數據辨識，可以檢測電量非電量數據是否正常準確。

3.2.5 源端維護

對于鋼廠而言，由于區域變電站較多且分散，維護存在很大困難，多數區域變電站的維護都只能在現場進行。而智能變電站的源端維護功能就很好地解決了這個問題。首先，將分布在各區域的變電站生成模型，變電站內模型的建立包括：SCD文件的生成、SCD 模型的導入、變電站內CIM 模型的生成、變電站內SCD 模型與CIM 模型的關聯。其次，進行文件交換，變電站與調度技術支持系統的交換文件包括CIM/E 與CIM/G，同時包括變電站與調度主站通訊用的CID 模型文件。最后進行圖模加載，調度中心根據變電站端提供的文件，實現圖庫的導入及通信信息的加載。完成以上步驟后，即可在遠程對各站點進行遠程配置和控制維護。從而實現了電力系統的一體化管理，極大地提高了管理水平。

4 結束語

智能變電站在鋼鐵企業的應用，是技術的進步和管理水平的提升。改變了電力系統的管理模式，將分散管理變成了集中統一管理，實現的系統性、信息化的管理。不但使系統維護變得更加簡單快捷，同時也提高了管理水平，降低了管理成本。