数字化变电站的技术应用分析

数字化变电站的技术应用分析 摘 要 目前很难对数字化变电站进行确切定义 大家普遍认为 数字化 贯穿变电站自动化的始终 数 字化变电站 是变电站自动化发展过程中的一个阶段 数 字化变电站是智能电网的物理基础 也是高级调度中心的 信息采集和命令执行单元 其将成为今后电力发展的主流 主要分析了数字化变电站的概念和特点 并详细介绍了其 关键技术和技术应用 关键词 数字化变电站 特点 关键技术 应用 1 数字化变电站的概念 数字化变电站 是变电站自动化发展过程中的一个 阶段 具有智能化的一次设备 网络化的二次设备 自动 化的运行管理系统 符合 IEC61850 标准的通信网络和系统 等技术特征 基于这些特征 业界对数字化变电站在现阶 段的定义如下 数字化变电站是以变电站一 二次设备为 数字化对象 以高速网络通信平台为基础 通过对数字化 信息进行标准化 实现信息共享和互操作 并以网络数据 为基础 实现继电保护 数据管理等功能 满足安全稳定 建设经济等现代化建设要求的变电站 2 数字化变电站的特点 1 一次设备智能化 采用智能型断路器 变压器 隔离开关以及其它数字化辅助设备 以电子式电流 电压互 感器替代传统的电磁式互感器 直接向外提供数字式光纤 以太网接口 一次设备和二次设备间用光纤传输数字编码 信息的方式交换采样值 状态量 控制命令等信息 2 二次设备网络化 二次设备除传统数字式设备的特点外 还具备对外光纤网络通信接口 信号传输介质用光纤以太 网代替控制电缆 通信规约统一采用 IEC 61850 标准 实现 二次设备的信息共享 互操作和功能的灵活配置 3 运 行管理系统自动化 现在我国变电站已基本普及综自系统 监控 保护 自动安全装置等二次设备基本采用数字技术 在此基础上采用自动故障分析 设备健康状态监测和程序 化控制等系统 进一步提高站内设备的互操作性 信号的 光纤传输 网络通信平台的信息共享等方面的自动化管理 水平 减少运行维护的难度和工作量 3 关键技术及应用 3 1 IEC61850 标准 IEC61850 是国际电工委员会 TC57 工作组制定的 变 电站通信网络和系统 系列标准 是基于网络通信平台的 变电站自动化系统唯一的国际标准 IEC61850 标准按照变电站自动化系统所要完成的控制 监视和保护三大功能提出了变电站内功能分层的概念 无 论从逻辑关系上还是从物理结构上都将变电站的功能分为 3 层 即变电站层 间隔层和过程层 变电站层包括监控主机 操作员工作站 维护工程师 站等 其主要功能是为变电站提供运行 管理 工程配置 的界面 并记录变电站内所有相关信息 远动机 其功能 是将变电站内信息应用标准远动规约和远动通道 实现变 电站信息向监控中心远传 并实现监控中心远方控制 保 护信息子站 主要采集变电站内各种保护以及故障录波信 息 并向保护信息主站传输 远动机 保护信息子站与后 台系统之间相互独立 互不影响 所有变电站层设备均采 用 100M 工业以太网 并按照 IEC61850 通信规范进行系统 建模并进行信息传输 间隔层的功能是利用本间隔的数据对一次设备产生作 用 如线路保护设备或间隔控制设备 间隔层主要包括保 护测控装置以及其他智能设备 针对采用 GIS 开关设备的 变电站 将保护 测控装置下放至 GIS 控制柜 节省了传 统方式下一次开关设备到保护控制二次设备间的大量电缆 间隔层设备对变电站层采用以太网通信方式 过程层是 IEC61850 标准中提出的新概念 其包括智能 I 0 单元 电子式互感器 智能一次设备 智能传感器等 主要功能是实现各种电气量的就地采集以及实现对智能一 次设备的直接控制 3 2 非常规互感器 电子式电流电压互感器具有绝缘简单 体积小 重量 轻 安全 线性度好 输出信号可直接与数字化二次设备 接口等优点 互感器由低功率铁芯线圈 空芯线圈 电容 分压器和传感模块等部分组成 互感器的输出为数字光信 号 合并单元是联系电子式互感器和网络化的二次设备之 间的设备 用于对来自传感模块的各相电流电压信号进行 时间相关性 同步 组合 并转发给二次设备 合并单元 可完成各相电流电压的采样同步控制 传感模块到合并单元之间为光纤联系 采用规约传送 合并单元到二次设备之间可采用光纤点对点串行通讯或者 光纤以太网 传输规约可采用工 EC60044 8 IEC61850 9 1 或 IEC61850 9 2 传送 与互感器相配套的合并单元同步处理电流电压采样的 数字信号 输入输出路数可根据不同的应用情况灵活配置 数字式互感器接口的保护及测控系统虽然是新一代产 品 但保护原理与已经得到大量应用的传统保护相同 采 样取自合并单元的数字信号 而不再像传统保护一样由交 流模块模拟采样 新一代保护测控装置能够满足基于电子 式互感器的数字化变电站的需要 长期以来 电力系统中一直使用传统大功率电磁式电 流互感器测量一次侧电流 为二次计量及保护等设备提供 电流信号 传统的电磁式电流互感器的额定输出信号为 1A 或 SA 随着电力系统的发展 系统电压越来越高 二次计 量及保护设备趋于微机化 传统的电流互感器已逐渐暴露 其缺点 1 当 CT 变比较小时铁芯面积会较大 且精度 难以保证 应用 LPCT 能显著地缩小互感器体积并能保证精 度 2 动态范围小 当电流较大时 CT 会出现饱和现 象 CT 的饱和会影响二次保护设备正确识别故障 带铁心 线圈的低功率电流互感器 LPCT 是常规感应式电流互感 器的发展 由于现代电子设备要求的输入功率很低 LPCT 可以为此实现体积较小但测量范围却较广的设计方案 基 于 LPCT 的新型电流互感器有体积小 动态范围大 精度高 的优势 同时由于结构简单 不需添加附属电子设备 二 次设备改动不大 技术风险小 所以在 220kV 以下的低电 压等级变电站中有着广泛的应用前景 LPCT 新型电流互感 器的二次额定输出电流为 200mA 试验证明 LPCT 能够在 满足精度的前提下提供更大的动态范围 并且显著地缩小 了互感器体积 3 3 智能断路器 智能断路器 指具有较高性能的开关设备和控制设备 配有电子设备 传感器和执行器 不仅具有开关设备的基 本功能 还具有附加功能 尤其在监测和诊断方面 它将 智能化传感器技术 微处理技术 数字通信技术应用于监 控回路的完好