



全文预览已结束
版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
第 2 9卷 第 9 期 2 0 0 7年 9月 水 利 电力机 械 W ATE R CONS ERVANCY & ELE CTRI C P OWER MACHI NERY Vo 1 2 9 No 9 S e p 2 0 0 7 数字化变 电站 自动化 系统刍议 Di s c u s s i o n o n a u t o ma t i c s y s t e m o f d i g i t a l s u b s t a t i o n 鲍金春 , 王景涛 ( 内蒙古华电包头发电有限公司, 内蒙古 包头0 1 4 0 1 3 ) 摘要: 在介绍数字化变电站 自动化系统的特征和结构的基础上, 分析 了数字化变电站的建设需解决的一次 设备智能化、 过程层通信网络的可靠性和实时性、 智能设备互操作性等关键技术。提 出了相应的解决方案, 为数字化变电站的建设提供参考。 关键词 : 变 电站 自动化 系统 ; 数 字化 ; 关键技 术 中图分类号 : T P l 1 : T M 6 3 文献标识码 : B 文章编号 : 1 0 0 6一 e 5 1 2 o o v ) o 9 0 0 6 3 0 4 O引言 目前 , 我国变 电站 自动化系统已基本普及。变 电站 自动化系统是在计算机技术和网络通信技术基 础上发展起来的。它改变了传统的二次设备 的组态 模式 , 提高了电网建设的现代化水平 , 增强 了输配电 和电网调度的可靠性, 降低了变电站建设的总造价, 因此近几年在 电力系统中被广泛应用。然而 , 随着 社会的发展和科学技术的进步, 电力系统 向大机组 、 大系统、 高电压方向发展 , 在带来更好社会效益的同 时 , 也给电力系统的安全稳定运行带来 了新的问题 , 同时随着智能化开关 、 光电式电流电压互感器 、 一次 运行设备在线状态检测及 自诊断 、 变电站运行操作 培训仿真等技术 日趋成熟, 自适应技术在继电保护 方面的应用 日趋完善 , 一些传感器和控制器基于新 的物理测量原理 为一次设备增添了新 的功能 , 提高 了测量精度, 降低了电流电压动态i 贝 0 量范围的误差。 这些新技术 的广泛应用 , 必将对 已有 的变 电站 自动 化技术产生深刻 的影 响, 全数字化的变 电站 自动化 系统即将 出现 1。 1 数字化变电站 自动化 系统的特征 数字化变电站自 动化系统大致有以下几个特点: ( 1 ) 智能化的一次设备。一次设备被检测的信 号回路和被控制的操作驱动回路采用微处理器和光 电技术设计 , 简化了常规机电式继电器及控制 回路 的结构 , 数字程控器及数字公共信号 网络取代传统 的导线连接 。换 言之 , 变 电站二次回路 中常规 的继 电器及其逻辑 回路被可编程控制器代替 , 常规 的强 电模拟信号和控制电缆被光电数字和光纤代替。 ( 2 ) 网络化的二次设备。变 电站 内常规的二次 设备( 如继电保护装置 、 测量控制装置 、 防误 闭锁装 置 、 远动装置 、 故障录波装置、 电压无功控制 、 同期操 作装置以及正在发展中的在线状态检测装置等) 全 部基于标准化 、 模块化的微处理机设计制造 , 设备之 间的连接全部采用高速的网络通信 , 二次设备不再 出现功能装置重复的 I 0现场接 口, 通过 网络真正 实现数据共享、 资源共享 , 常规 的功能装置变成了逻 辑的功能模块 。 ( 3 ) 自动化 的运行管理 系统。变 电站运行管理 自动化系统应包括电力生产运行数据、 状态记 录统 计无纸化、 自动化 ; 数据信息分层 、 分流交换 自动化 ; 变 电站运行发生故障时 , 能及时提供故障分析报告 , 指出故障原 因及处理意见 ; 系统能 自动发出变电站 设备检修报告 , 即常规的变电站设备“ 定期检修” 改 为“ 状态检修” 【 , 。 2 数字化变电站自动化系统的结构 在变电站 自动化领域中 , 智能化 电气的发展特 收稿 日期 , 2 0 0 7 0 70 3 作者简介: 鲍金春( 1 9 7 0 一) , 男, 内蒙古赤峰人, 内蒙古华电包头发电有限公司工程师, 从事电气工程管理方面的工作。 维普资讯 6 4 水利 电力机械 2 0 0 7 年 9月 别是智能开关 、 光电式互感器等机电一体化设备的 出现和应用 , 使变电站 自动化技术进入了数字化的 新阶段 。在高压和超高压变电站 中, 智能化一次设 备的数字化传感器 、 数字化控制回路代替了常规继 电保护装置 、 测控等装置的 I O部分 ; 而在中低压变 电站则将保护 、 监控装置小型化 、 紧凑化 , 完整地安 装在开关柜上 , 实现了变电站机电一体化设计。 数字化变电站 自动化系统的结构在物理上可分 为 2 类 , 即智能化的一次设备和网络化的二次设备 ; 在逻辑结构上可分为 3个层次 , 根据 I E C 6 1 8 5 a通信 协议草案定义 , 这 3 个层次分别称为“ 站控层” 、 “ 间 隔层” 和“ 过程层” 。各层次内部及层次之 间采用高 速网络通信。3个层次的关系如图 l 所示l 4 。 站控层 间隔层 过程层 图 1 数字化变电站 自动化系统逻辑 结构 图 2 1 过程层 过程层是一次设备与二次设备的结合面, 或者 说过程层是指智能化电气设备的智能化部分。过程 层的主要功能分为以下 3类| 5 : ( 1 ) 电力运行的实时电气量检测 。与传统的功 能一样 , 主要是 电流、 电压 、 相位以及谐波分量的检 测 , 其它电气量如有功 、 无功及电能量等可通过间隔 层的设备运算得出。 ( 2 ) 运行设备状态参数在线检测与统计 。主要 是对变压器 、 断路器开关 、 刀闸、 母线、 电容器、 电抗 器以及直流电源系统等设备在线检测其温度、 压力 、 密度 、 绝缘 、 机械特性 以及工作状态等数据。 ( 3 ) 操作控制的执行与驱动。主要包括变压器 分接头调节控制 , 电容、 电抗器投切控制, 断路器刀 闸合分控制 , 直流电源充放 电控制。过程层的控制 执行与驱动大部分是被动的, 即按上层控制指令而 动作, 比如接到间隔层保护装置的跳闸指令 、 电压无 功控制的投切命令及对断路开关的遥控开合命 令等。 2 2间隔层 间隔层设备的主要功能是汇总本间隔过程层实 时数据信息; 实施对一次设备保护控制功能 ; 实施本 间隔操作闭锁功能 ; 实施操作同期及其他控制功能 ; 对数据采集 、 统计运算及控制命令 的发出具有优先 级别的控制 ; 承上启下的通信功能, 即同时高速完成 与过程层及站控层的网络通信功能。 2 3 站 控层 站控层的主要任务是通过两级高速网络汇总全 站的实时数据信息, 不断刷新实时数据库 , 按时登录 历史数据库 ; 按既定规约将有关数据信息送向调度 或控制中心; 接收调度或控制中心有关控制命令并 转间隔层 、 过程层执行 ; 具有在线可编程的全站操作 闭锁控制功能; 具有( 或备有) 站内当地监控, 人机联 系功能 , 如显示 、 操作 、 打印 、 报警等功能 以及图像 、 声音等多媒体功能 ; 具有对间隔层 、 过程层诸设备的 在线维护 、 在线组态、 在线修改参数的功能 ; 具有( 或 备有 ) 变电站故障 自动分析和操作培训功能。 3 数字化变 电站 自动化 系统的关键技术 变电站 自动化系统的数字化 , 使其获得了显 著 的优势, 如信息传输可靠性 高, 二次接线简单, 测量 精度高, 共用统一信息平 台, 减少重复设备 , 便于功 能扩充及管理 自动化等。但要充分发挥它的这些优 势 , 必须解决好数字化变电站的 3 大关键技术 , 分别 为设备智能化( 即可输入 、 输出和处理数字信息) 、 变 电站通信网络( 满足可靠性 、 开放性和实时性 ) 以及 智能设备的互操作性。 3 1 智能化的一次设备 变电站 自动化技术经过 多年发展 , 监控 、 远动 、 继电保护及 自动安全装置等设备已基本采用数字技 术 , 通过软硬件升级可满足数字化变 电站 的要求。 传统一次设备与智能化一次设备差异较大, 一次设 备智能化的研制技术难度较大 , 是实现数字化变电 站的关键。 3 1 1 开关设备 智能化开关设备需就地配置智能控制单元。智 能控制单元可控制开关设备 , 并采集开关设备 的状 态量。智能控制单元与二次设备通过光纤以太网交 换信息。 国外已有制造商可提供包含智能控制单元的智 能开关设备, 但主要是 G I S 形式, 而且价格昂贵。国 内智能开关设备还处于研制阶段, 尚未见到商业化 产品。 现阶段建设数字化变电站, 如果投资允许可以 选用进口智能开关设备 , 相对经济的方案是在开关 设备的端子箱内配置相当于智能控制单元的智能终 端 , 用组合的办法实现开关设备智能化。 维普资讯 第 2 9卷第 9 期 鲍金春 , 等 : 数字化 变电站 自动化 系统 6 5 智能开关设备的技术难点是环境适应性。敞开 式变电站开关设备的端子箱环境温度变化大 , 北方 地区温度最低可达 一4 0 C, 南方 日照下温度可高达 6 5 C。另外需能承受开关动作过程中严重的机械振 动和电磁干扰。智能终端与二次设备所需技术基本 重叠 , 由于我国电力系统二次设备的设计和制造能 力已达到国际先进水平 , 国内制造商 已研制 出满足 要求的智能终端。 3 1 2 互感器 变电站的保护 、 测量及计量等大多数功能需要 电力设备的一次电流和电压信息。数字化变电站需 采用可输出数字信号的光电互感器。 光电式互感器分为无源式和有源式 2大类。无 源式光电互感器电路复杂且价格 昂贵, 因此 , 在电力 系统实际运行中应用较少; 而有源式光电电流互感器 技术成熟可靠 , 国内外已有为数不少的产品在正式运 行。作者认为 , 现阶段数字化变电站宜采用技术相对 成熟的有源式光电互感器。由于有源式光 电互感器 和无源式光电互感器的输 出接 口和通信协议采用统 一 的标准, 将来可平滑过渡到无源式光电互感器。 光电式互感器输出的数字信号有 3 种协议 : ( 1 ) I E C 一8 规定的 2 5 MH z串行输 出。其 采用 I E C 6 1 9 7 0 5的 链路层 , 通信速率低 , 只有 在采样速率小于 8 0点 周波时可用。 ( 2 ) I E C 6 1 8 5 0 9 1 规定基于以太网的单向多 路点对点传输协议。该协议可采用 1 0 0 M以太网, 能传输 2 OO 点 周波的采样数据, 而且单向多路点对 点的网络拓扑简单可靠 , 实现难度低 , 是现阶段最合 适的协议。 ( 3 ) I E C 6 1 8 5 092规定基 于以太 网的 I S O I E C 8 8 0 2 3 上的模拟量采样值。该协议采用交换以 太网的组播技术将采样数据传输给若干二次设备 , 具备很高的灵活性 , 而且可与传输状态量和控制命 令的 G O O S E服务共用通信网络 , 是最具发展前途的 协议。但其组网技术复杂 , 并且要求 以太网交换机 有足够的吞吐率。 I E C 6 1 8 5 0 91 和 I E C 6 1 8 5 09 2的智能一 次设备和二次设备可采用完全相同的硬件 , 2种协 议可通过更换软件和网络设备实现互换。作者认 为 , 现阶段应优先选用基于 l oom光纤以太网的 I E C 6 1 8 5 0 9 1 协议。同时部分选用 I E C 6 1 8 5 09 2 协议, 为最终过渡到 6 1 8 5 0 9 2作技术准备。 3 1 3 一次设备在线监测 采用组合智能终端的方案实现一次设备智能 化 , 可将在线检测系统集成到智能终端 。断路器的 智能终端可增加电流采集和开关机械位置的监视功 能 , 计算断弧功率积分 , 估算检修时问。变压器的智 能终端可增加在线油样分析接 口。容性设备的智能 终端可配置接地电流传感器输入接 口。智能终端将 采集到的信息传输给后台主机分析判断。 3 2 通信网络的可靠性、 开放性和实时性 通信网络的根本任务是解决变电站自动化系统 内部以及与其它系统之问的实时信息交换 , 而网络 是不可或缺的功能载体 , 那么构建一个可靠 、 实时且 高效的网络体系是通信系统 的关键之一。2 0 0 0年 , 国际大 电网会议第 3 4 组 ( 保护与控制 ) 讨论和介绍 了变电站 自动化及其通信 系统 , 其基本一致的思想 就是通信技术是变电站 自动化系统的关键 J 。 通信网络是连接站内各种智能 电子设备 ( I E D ) 的纽带 , 是数字化变电站 自动化系统的命脉, 它的性 能要求主要体现在以下几个方面【 J : ( 1 ) 可靠性。由于电力生产 的连续性和重要性, 站内通信网络的可靠性是第 1位的, 应避免一个装 置损坏导致站 内通信 中断。特别是数字 、 图像信息 等多媒体技术的应用 , 将使人们更加依赖通信网络, 因此 , 一个可靠的通信网络是首要条件。 ( 2 ) 开放性。站 内通信 网络为调度 自动化的一 个子系统 , 除 了保证站 内 I E D设备互连 、 便 于扩展 外 , 它还应服从电力调度 自动化 的总体设计 , 硬件接 口应满足国际标准, 选用 国际标准的通信协议 , 方便 用户的系统集成。 ( 3 ) 实时性。因测控数据 、 保护信号及遥控命令 等都要求实时传送 , 虽然正常工作时 , 站 内数据流不 大, 但出现故障时要传送大量的数据 , 要求信息能在 站 内通信网络上快速传送。 只有满足 了上述要求 , 通信 网络才是理 想的。 常规变电站 自动化系统中保护装置的信息采集与保 护算法的运行一般是在 同一个 C P U控制下进行的, 使得同步采样 、 I D转换 、 运算 、 输 出控制命 令的整 个流程快速 、 简捷 , 而数字化变电站的系统中信息的 采集 、 保护算法与控制命令的形成是 由网络上多个 C P U协 同完成的 , 如何控制好采样 的同步和保护命 令的快速输出便成了一个复杂问题, 其最基本的条 件是 网络的适应性 , 关键技术是网络通信速度的提 高和合适的通信协议的制定。 通常的现场总线技术已经不能满足数字化变电 站 自动化高速通信的技术要求 , 目前以太 网异军突 起 , 已经引入工业 自动化过程控制领域 , 固化 O S I 七 维普资讯 6 6 水利 电力机械 2 0 o 7 年 9月 层协议 , 速率达到 1 0 0 MH z的以太 网控制 与接 口芯 片已大量出现 , 为数字化变 电站 自动化协议 的开发 研究提供 了物质基础。参考文献 4 中也提 出了嵌 入式以太网的应用方案 , 即在单片机协同系统上实 现以太网技术 , 它 的出现为数字化变电站 自动化系 统 的设计者提供了实现站内网络通信的新途径 。 3 3 智能设备的互操作性 数字化变电站中实现各种功能需通过通信网络 传输的状态、 控制、 采样及测量等信息, 必须解决设 备间的互操作性。 互操作性即同一厂家或不同厂家的多个智能设 备要具有交换信息并使用这些信息进行协同操作的 能力。设备的互操作性可以最大限度地保护用户原 来 的软硬件投资 , 实现不同厂家产品集成 , 其关键问 题在于通信 的标准化。变 电站综合 自动化 由多个 l E D组成 , I E D间相互通讯且具有与变电站的应用层 相互交互的功能 ( 如 与变电站层 的网络控制 、 遥信 、 人机接 口等功能交互) 。I E D包括间隔控制单元 、 保 护继电器、 R T U , H MI 及数字式 电流 电压互感器等。 变电站内部通信网相当于为变电站中的 lED构造了 集成平台。 I E C 6 1 8 5 0系列标准是用来实现变电站中全部设 备间的互操作性 的标准l 。标准包括数字化变电站 的表达信息的信息模型、 交换信息的通信服务 、 系统 和项 目管理 、 通信服务映射和一致性测试等内容。 变电站全部设备间的通信必须满足变电站中所 完成功能的要求。然而各 lED的功能配置以及控制 策略不是固定的 , 其取决于生产厂家 、 用户和现代技 术水平。这就导致 了变电站 内存在通信接 口问题。 I E C 6 1 8 5 0系列标准支持功能的任意配置, 并提供清 晰的结构, 以使标准可在较长的时间内满 足现场需 求 , 适应通信技术的快速发展。另外 I E C 6 1 8 5 0标准 的绝大部分与实现无关 , 确保 了 I E C 6 1 8 5 0系列标准 应用的灵活性。 用 I E C 6 1 8 5 01 0的一致性测试方法 , 可测试智 能设备是否符合 I E C 6 1 8 5 0标准, 保证与其他符合 I E C 6 1 8 5 0标准智能设备的互操作性。这可以大大减 少现场的通信联调工作量 , 并且更换或新增设备时 基本不需改变原有设备和系统 。中国电力科学研究 院已经能够对变电站智能设备进行 I E C 6 1 8 5 0的一 致性测试。 目前看来 , 数字化变 电站采用通过 1 E C 6 1 8 5 0一 致性测试的智能设备, 是解决互操作性问题的捷径 。 4 结
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 民间雕塑面试题及答案
- 出租车公司跨区域联营合作协议范本
- 企业捐款面试题及答案
- 信息技术设备委托加工技术保密及网络安全协议
- 2026版《全品高考》选考复习方案生物804 第23讲 第3课时 神经系统的分级调节及人脑的高级功能含答案
- 车间补料管理方案
- 学生法律法规教育
- 农民扫盲考试题及答案
- 2026版《全品高考》选考复习方案物理01 第28讲 磁场的描述 磁场对电流的作用 【答案】附录二答案
- 土层勘探方案么
- 人教精通版五年级上学期Lesson25教学课件
- 鲁教版九年级英语课文原文及翻译Unit1
- 《工业固废资源化技术及应用》课程教学大纲
- 会计档案案卷目录
- [北京]输变电工程标准工艺应用图册(图文并茂)
- 2020年雀巢公司北京总部十周年庆典暨雀巢家庭日活动策划案ppt课件
- 潘通色卡电子版精品
- 1000MW机组锅炉长伸缩式吹灰器检修规程
- 清关发票装箱单样本
- 地下水八大离子-阴阳离子平衡计算公式
- 广州人才绿卡申请表
评论
0/150
提交评论