什么是數(shù)字化變電站?

瀏覽7266次    發(fā)布時間：2016/6/28

數(shù)字化變電站是由智能化一次設(shè)備（電子式互感器、智能化開關(guān)等）和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備分層（過程層、間隔層、站控層）構(gòu)建，建立在IEC61850標(biāo)準(zhǔn)和通信規(guī)范基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。

從變電站自動化發(fā)展進(jìn)程看是介于61850變電站和智能化變電站之間的一種過度型變電站方式。盡管采用了電子式互感器、智能化開關(guān)等設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)減少二次電纜敷設(shè)的目的。但是還沒有統(tǒng)一考慮數(shù)字式電能表、在線檢測等。

數(shù)字化變電站是由智能化一次設(shè)備（電子式互感器、智能化開關(guān)等）和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備分層（過程層、間隔層、站控層）構(gòu)建，建立在IEC61850通信規(guī)范基礎(chǔ)上（星龍科技XL801型號亦是建立在iec61850），能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。

數(shù)字化變電站是應(yīng)用IEC61850進(jìn)行建模和通信的變電站，數(shù)字化變電站體現(xiàn)在過程層設(shè)備的數(shù)字化，整個站內(nèi)信息的網(wǎng)絡(luò)化，以及開關(guān)設(shè)備的智能化實現(xiàn)。

特點：

(一)智能化的一次設(shè)備

一次設(shè)備被檢測的信號和被控制的操作驅(qū)動回路經(jīng)過重新設(shè)計，采樣微處理器和光電技術(shù)設(shè)計。使原來要通過二次采樣電纜輸入的電壓電流信號，通過電子式互感器取代傳統(tǒng)互感器的方式，原來開關(guān)位置、閉鎖信號和保護(hù)、測控的跳合閘命令等原來用二次電纜傳輸?shù)男盘柫?，都通過集成智能化一次設(shè)備實現(xiàn)。簡化了常規(guī)機(jī)電式繼電器及控制回路的結(jié)構(gòu)，數(shù)字程控器及數(shù)字公共信號網(wǎng)絡(luò)取代傳統(tǒng)的導(dǎo)線連接。換言之，變電站二次回路中常規(guī)的繼電器及其邏輯回路被可編程器件代替，常規(guī)的強(qiáng)電模擬信號和控制電纜被光電式數(shù)字量和光纖網(wǎng)絡(luò)代替。

(二)網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備

變電站內(nèi)常規(guī)的二次設(shè)備，如繼電保護(hù)裝置、防誤閉鎖裝置、測量控制裝置、遠(yuǎn)動裝置、故障錄波裝置、電壓無功控制、同期操作裝置以及正在發(fā)展中的在線狀態(tài)檢測裝置等全部基于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的微處理機(jī)設(shè)計制造，設(shè)備之間的連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)通信，二次設(shè)備不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復(fù)的I/O現(xiàn)場接口，通過網(wǎng)絡(luò)真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源其享，常規(guī)的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。

(三)自動化的運行管理系統(tǒng)

變電站運行管理自動化系統(tǒng)應(yīng)包括電力生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)、狀態(tài)記錄統(tǒng)計無紙化；數(shù)據(jù)信息分層、分流交換自動化；變電站運行發(fā)生故障時能及時提供故障分析報告，指出故障原因，提出故障處理意見；系統(tǒng)能自動發(fā)出變電站設(shè)備檢修報告，即常規(guī)的變電站設(shè)備“定期檢修”改變?yōu)?/span>“狀態(tài)檢修”。

優(yōu)點：

1、性能高

（1）通信網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一采用IEC61850規(guī)范，無需進(jìn)行轉(zhuǎn)化，能使通信速度有所加快，系統(tǒng)的復(fù)雜性以及維護(hù)難度都有所降低，由此通信系統(tǒng)的性能提高。

（2）數(shù)字信號采用光纜進(jìn)行傳輸，傳輸過程中沒有信號的衰減和失真。

（3）電子互感器無磁飽和，精度高。

2、安全性高

（1）電子互感器的應(yīng)用在很大程度上減少了運行維護(hù)的工作量，同時提高了安全性。

（2）電子互感器使得電流互感器二次開路、電壓互感器二次短路可能危及人身安全等問題已經(jīng)全部消失，很大程度上提高了安全性。

3、可靠性高

合并器如果收不到數(shù)據(jù)，就會判斷通訊故障(互感器故障)而發(fā)出警告，因此設(shè)備自檢功能強(qiáng)，提高了運行的可靠性以及減輕了運行人員的工作量。

4、經(jīng)濟(jì)性高

（1）實現(xiàn)了信息共享，兼容性高，變電站成本減少。

（2）解決了電子互感器滲漏問題，由此減少了檢修成本。

（3）技術(shù)含量高，具有環(huán)保、節(jié)能、節(jié)約社會資源的多重功效。

發(fā)展趨勢：

數(shù)字化變電站對電氣設(shè)備行業(yè)影響巨大，將導(dǎo)致二次設(shè)備行業(yè)、互感器行業(yè)甚至開關(guān)行業(yè)的洗牌，并且以IEC61850為紐帶將促進(jìn)一次設(shè)備和二次設(shè)備企業(yè)的相互合作與滲透。未來數(shù)字化變電站將實現(xiàn)一次設(shè)備的智能化和二次設(shè)備的信息化，通過在變電站的站控層、間隔層以及過程層采用全面的標(biāo)準(zhǔn)IEC61850通信協(xié)議，避免設(shè)備的重復(fù)投入。在站控層方面，除了繼承傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)外，應(yīng)配置遠(yuǎn)動工作站，目的是向調(diào)度實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸；在間隔層方面，由于多種IED的應(yīng)用使的數(shù)字變電站產(chǎn)生多種不同的框架結(jié)構(gòu)；在過程層方面，一些高級設(shè)備的研發(fā)和應(yīng)用，例如智能化開關(guān)設(shè)備等。據(jù)行業(yè)內(nèi)的分析報告顯示，每年都有上千座35?kV及以上等級的新建變電站投入運行，新建變電站基本上都采用自動化系統(tǒng)模式，因此預(yù)計未來幾年電力系統(tǒng)變電站自動化市場規(guī)模每年將保持在50～80億元。

隨著國家電網(wǎng)公司堅持智能電網(wǎng)計劃的實施，變電站將向智能變電站發(fā)展，一次設(shè)備要升級為智能電力設(shè)備，二次設(shè)備則成為智能控制單元，這是一個革命性的變化。

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安全對策：

數(shù)字化變電站與傳統(tǒng)變電站自動化系統(tǒng)相比，不管是在各自的構(gòu)成原件上還是在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上都有很多差異。從元件方面來說的話，數(shù)字化變電站可以分為第一和第二設(shè)備這兩個層面，再加上一些新的技術(shù)的應(yīng)用，使得這兩次設(shè)備之間的聯(lián)系更緊密；從結(jié)構(gòu)方面來說，數(shù)字化變電站的每層可以分為：過程層、間隔層和站控層，在每層之間都是采用以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的。網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了直接的參與并且直接影響到了系統(tǒng)整個的可靠性。本文主要是根據(jù)一些它們的特點來對提高數(shù)字化變電站可靠性的基本途徑進(jìn)行了介紹和講解。這種介紹把數(shù)字化變電站的系統(tǒng)劃分成為了通信、控制和保護(hù)層等子系統(tǒng)。再運用一些可用性的框圖，分別對每個子系統(tǒng)可靠性參數(shù)進(jìn)行初步的計算，然后再計算出整個變電站的參數(shù)。

1.變電站的可靠性
隨著現(xiàn)今國家電網(wǎng)的發(fā)展，人們對于電網(wǎng)的安全性和質(zhì)量的要求越來越高，而變電站是電網(wǎng)中的重要環(huán)節(jié)，所要求的向調(diào)度控制中心發(fā)出的信息量是越來越多，不僅僅包括了常規(guī)的運行和一些事故的信息，還包括著一些重要的設(shè)備。所以，數(shù)字化的變電站系統(tǒng)已經(jīng)成為為現(xiàn)今的發(fā)展趨勢。
其中有一種對可靠性的定義是：“系統(tǒng)或者是設(shè)備在一定的時間里或是在固定的情況下，執(zhí)行對其事先語言的功能的能力。”可想而知，參數(shù)是來衡量數(shù)字化變電站系統(tǒng)的可靠性的。
關(guān)于可靠度R。所謂可靠度，就是指設(shè)備及其系統(tǒng)在一定的時間內(nèi)完成的規(guī)定功能的一種概率。假如在實際運用中設(shè)備或者系統(tǒng)的故障分布是一種指數(shù)分布的話，那么它的表達(dá)式是完全不同的。
2.關(guān)于數(shù)字化變電站可靠性的提高方法
從數(shù)字化變電站的一些特點可以看出，要提高可靠性的方法有：（1）用一些光纜代替銅纜，也就是說用以太網(wǎng)的總線代替了二次連接的導(dǎo)線，進(jìn)行大量的減少系統(tǒng)中元件的數(shù)量：（2）及時的利用網(wǎng)絡(luò)冗余和功能來提高系統(tǒng)的可靠性；（3）利用系統(tǒng)和元件自身的自檢和監(jiān)視來提高系統(tǒng)的可靠性。本文章主要是通過討論采用的裝置或者是系統(tǒng)的冗余來提高數(shù)字化變電站系統(tǒng)的可靠性和安全性。
3.關(guān)于數(shù)字化變電站系統(tǒng)的計算
3.1?變電站的系統(tǒng)
變電站系統(tǒng)發(fā)生交換機(jī)故障和鏈路的時候，雙網(wǎng)之間是可以進(jìn)行無縫的切換的。站控層主要包含著兩個分別的系統(tǒng)，那就是就地監(jiān)控和遠(yuǎn)程的監(jiān)控，兩個中任一個系統(tǒng)正常工作的話就可以完成對變電站的監(jiān)控。間隔層中各自安裝間隔控制單元。間隔內(nèi)保護(hù)系統(tǒng)采用的是雙重化配裝置，它們兩層的保護(hù)是完全獨立的。一些采用并行冗余網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化變電站的系統(tǒng)如圖1所示，站控系統(tǒng)的框圖如圖2所示。
3.2?關(guān)于通信系統(tǒng)的安全性
環(huán)網(wǎng)拓?fù)湓诃h(huán)路上的任何一鏈路的故障都提供了一定程度的冗余積累。它正常通信所需的條件就是所有交換機(jī)運行的正常，而且最多僅僅只能有一條鏈路發(fā)生故障，要是鏈路發(fā)生的故障太多時，通信系統(tǒng)是無法正常的進(jìn)行通信的。
3.3?關(guān)于間隔保護(hù)系統(tǒng)控制系統(tǒng)的安全性和可靠性
在數(shù)字化變電站的系統(tǒng)內(nèi)部分析保護(hù)系統(tǒng)的可靠性的時候，主要考慮的是網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)、合并單元、斷路器IED和同步的時鐘并且交換機(jī)等的影響等等。間隔保護(hù)系統(tǒng)采用的是兩個完全獨立的單元，只要有一個保護(hù)單元正常工作，那就可以完成保護(hù)的功能。間隔控制系統(tǒng)內(nèi)部的控制單元有兩個網(wǎng)絡(luò)端口，通過網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)可以分別接于兩個并行的冗余的通行系統(tǒng)中。
3.4?站控層系統(tǒng)和數(shù)字化變電站全站的可靠性
站控層系統(tǒng)主要是包含兩套系統(tǒng)，分別是：就地監(jiān)控系統(tǒng)和遠(yuǎn)程系統(tǒng)。只要有任何一個系統(tǒng)正常工作的話，就可以完成對變電站的監(jiān)控。并且就地監(jiān)控和RTU都是有兩個網(wǎng)絡(luò)端口，通過網(wǎng)絡(luò)的一些介質(zhì)分別接入兩個共同并行冗余的通信系統(tǒng)中。
4.數(shù)字化變電站的各個元件的安全性
從一些數(shù)字化變電站的系統(tǒng)的構(gòu)成可以看出，影響系統(tǒng)全局可靠性的因素很多很多，例如交換機(jī)、光纖鏈路以及BPU等元件的可靠性的參數(shù)的變化都可能會對數(shù)字化變電站系統(tǒng)的成功率產(chǎn)生極大的影響。
一些相關(guān)的結(jié)果表明，數(shù)字化變電站系統(tǒng)與一些傳統(tǒng)變電站自動化系統(tǒng)來比，雖然數(shù)字化變電站系統(tǒng)中引入例如許多新型的電子裝置，但是通過合理地通過實現(xiàn)功能冗余并采用并行冗余網(wǎng)絡(luò)，就依然可以使各個間隔和全站的可靠性達(dá)到一些標(biāo)準(zhǔn)所要求的級別。本文對于數(shù)字化變電站的可靠性和安全性分析方法和結(jié)果可以為實施數(shù)字化變電站的系統(tǒng)提供一定的理論依據(jù)和實施方案。我們應(yīng)該為之努力。