数字化变电站新技术

数字化变电站新技术数字化变电站新技术 姓名 岳浩 班级 电气 0802 班 学号 200824050214 摘要摘要 数字化变电站技术是变电站自动化技术发展中具有里程碑意义的一次变 革 对变电站自动化系统的各方面将产生深远的影响 本文对数字化变电站新 技术发展现状进行了大体概述 同时对现存问题和亟待解决的技术问题加以分 析 关键词关键词 数字化变电站 新技术 IEC61850 一 概述一 概述 数字化变电站是由 智能化一次设备 电子式互感器 智能化开关等 和 网络化二次设备 分层 过程层 间隔层 站控层 构建 建立在IEC61850 通信规范基础上 能够实现变电站内智能电气设备间 信息共享和互操作 的 现代化变电站 随着数字化变电站的发展 IEC 61850 协议的推广 解决了数 字化后设备与设备间的互操作性 互换性的一个统一平台协议 数字技术的可 靠性 实时性 经济性正在逐步提高 它改变了传统的变电站综合自动化二次 设备的组态模式 现在我们可以运用智能设备 光电电流电压互感器 一次设 备在线检测及自诊断等技术 使发展建设完全意义上的数字化变电站已成为可 能 由定义可以看出 数字化变电站三个主要的特征就是 一次设备智能化 二次设备网络化 符合 IEC61850 标准 即数字化变电站内的信息全部做到数 字化 信息传递实现网络化 通信模型达到标准化 使各种设备和功能共享统 一的信息平台 这使得数字化变电站在系统可靠性 经济性 维护简便性方面 均比常规变电站有大幅度提升 具体体现如下 1 智能化的一次设备 智能设备首先应具备数字化接口 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 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 通过过程总线接口给间隔层设备提供电气信息 接受间隔层 设备的跳合闸等控制命令 各断路器的智能终端输入开关位置 刀闸位置等状 态量 输出跳合闸命令 含操作回路 由此可以看出 智能化设备是机电一体 的进一步结合 是实现电气量和非电气量数字化的基础部分 2 网络化二次设备 网络化的二次设备具有数字化接口 能满足电子式互感器和智能开关的要 求 能满足 IEC 61850 通信标准的要求 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 O 现场接口 二次电缆也由大量控 制电缆改为少量光缆 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 因为网络化二次设备的出现 也使得二次保护 监 控控制等设备与一次设备可以实现就地安装 3 符合 IEC61850 标准 IEC61850 标准是基于通用网络通信平台的 变电站自动化系统 唯一国际 标准 IEC61850 作为制定电力系统远动无缝 通信系统基础 能大幅度改善 信 息技术和自动化技术的设备数据集成 减少工程量 现场验收 运行 监 视 诊断和维护等费用 节约大量时间 增加了自动化系统使用期间的灵 活性 解决了变电站自动化系统产品的互操作性和协议转换问题 采用该标 准还可使变电站自动化设备具有自描述 自诊断和即插即用 Plug and Play 的特性 极大的方便了系统的集成 降低了变电站自动化系统的工程 费用 在我国采用该标准系列将大大提高变电站自动化系统的技术水平 提 高变电站自动化系统安全稳定运行水平 节约开发验收维护的人力物力 实 现完全的互操作性 二 数字化变电站自动化系统的结构二 数字化变电站自动化系统的结构 随着智能化电气的发展 特别是智能开关 光电式互感器等机电一体化设 备的出现和应用在 GIS 地理信息系统 超高压直流站等场合 变电站自动 化的技术迈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 监控等装置的 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 在逻辑结构上数字化变电站自动化系统分为三个层次 这三个层次分别称 为 站控层 间隔层 过程层 各层次内部和层次之间采用高速网 络通信 三个层次的关系如图 1 所示 1 变电站层 变电站层的主要任务是 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往调 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 2 间隔层 间隔层的主要功能是 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变电站层的网络通信功能 必要时 上下网 络接口具备双口全双工方式以提高信息通道的冗余度 保证网络通信的可靠性 3 过程层 过程层是一次设备与二次设备的结合面 或者说过程层是智能化电气设备 的智能化部分 其主要功能可分为三类 电气运行的实时电气量检测 即利 用光电电流 电压互感器及直接采集数字量等手段 对电流 电压 相位及谐 波分量等进行检测 运行设备的状态参数在线检测与统计 如对变电站的变 压器 断路器 母线等设备在线检测温度 压力 密度 绝缘 机械特性以及 工作状态等数据 操作控制的执行与驱动 在执行控制命令时具有智能性 能判断命令的真伪及其合理性 还能对即将进行的动作精度进行控制 如能使 断路器定向合闸 选相分闸 在选定的相角下实现断路器的关合和开断 要求 操作时间限制在规定的参数内 一般的综合自动化变电站已经完成对于站控层与间隔层设备间的数字化改 造 而间隔层装置内部也已基本都是数字化存储与处理 所以我们数字化建设 的重点放在对于一次设备的数字化改造以及间隔层设备的数字化接口的改造 互感器采用光电互感器 开关采用传统开关设备 智能终端来实现 为节约投资 也可采用光电互感器配合网络化二次和常规一次设备的方式 本例介绍来自于 贵阳都拉营的 110kV 杨柳变电站 A 35kV 及以下系统安装于开关柜系统架构 B 对于整站的方案配置如下图所示 三 数字化变电站的技术问题与解决三 数字化变电站的技术问题与解决 1 电气一次设备的智能化和数字化电气测量系统的稳定性问题 电子式互感器可靠性问题变电站全数字化最大的障碍在于一次设备 特别 是一次测量设备 目前数字式光电互感器用于变电站 在实现变电站数字化过 程中 从根本上解决了互感器在电流 电压信号在传输到二次设备和处理过程 中所产生的附加误差 大大提高了保护系统 测量系统和计量系统的准确性 另外非常规互感器中包含的光电传感器和光纤二次回路通信网络的可靠性 稳 定性直接关系到数字化变电站数据采集的稳定性 需要在具体工程中得到进一 步的检验 2 数据采集共享问题 由于继电保护设备在保证电力系统安全稳定运行上有着特殊的作用 因而 决定了它在电力系统中的地位是非常重要的 所以继电保护如果与变电站综合 自动化系统其它设备进行数据采集和共享 必须解决各个系统的设备对数据的 采集速率问题 3 系统的网络选型问题 网络系统是数字化变电站自动化系统的命脉 它的可靠性与信息传输的快 速性 决定了系统的可用性 全数字化的系统中信息的采样 保护算法与控制 命令的形成 是由网络上多个 CPU 协同完成的 如何控制好采样的同步和保护 命令的快速输出是一个复杂问题 如果采用通常的现场总线技术 可能不能胜 任数字化变电站自动化的技术要求 嵌入式以太网的出现为数字化变电站综合 自动化系统的设计者提供了实现站内网络通信的新途径拉 4 数字化变电站建设和运行中的经济问题 在经济评估上 受材料影响 220KV 及以上变电站经济性较好 110KV 及以 下变电站经济性较差 500KV 及以上交直流站经济性优势就非常明显 这些都 有异与常规站 还需在运行中积累大量的建设 管理 维护和运行经验 四 数字化变电站的发展四 数字化变电站的发展 国际上数字化变电站的研究已从实验室阶段进入实际工程应用阶段 我国 已建成了一些数字化变电站 运行时间最长的已近两年 总的来看设备运行平 稳 各类数据采集 传输无误 保护和自动装置动作正常 至少可以说明数字 化变电站的技术运用到实际中已初步通过实践的检验 满足了安全 稳定的系 统运行要求 部分省电力公司也已开展了数字化变电站的研究工作 在解决了通信网络关键问题后 数字化变电站将是我国变电站技术的发展 方向 同时 目前国内厂家已能提供全套数字化变电站所需的二次设备 如正 泰电气 北京四方 上海电气 可完全实现二次设备国产化 一次智能化设备 目前在国内市场的推动下和二次厂家配合下已能提供全套智能化的一次设备 通过各电力公司和国内多个厂家的不懈努力 具备建设完全拥有自主创新 自 主知识产权的全面数字化变电