数字化变电站的实践与展望

1、数字化变电站的实践与展望 330032摘要:结合当前智能电网的发展,介绍了数字化变电站的特点和组成。以35kV丰周数字化变电站为实例,从运行和维护的角度阐述和分析数字化变电站的优点和不足。展望未来,随着相应关键技术的解决和数字化变电站运行经验的积累,最终将实现智能变电站。关键词:数字化变电站;智能变电站;实践;展望0引言智能电网是电力系统的发展方向,这是毋庸置疑的1。对于变电环节,在智能电网规划的推动下,数字化变电站将成为新建和改造变电站的重要一环。数字化变电站是智能电网的基础,是智能变电站的初级阶段,智能电网则其是更高一级的应用。1数字化变电站概述数字化变电站是基于计算机技术、光电技术、微电

2、子技术、信息技术、高速网络通信技术,以变电站一、二次设备为数字化对象,由光电式互感器、智能化一次设备、网络化二次设备分层构建,建立在IEC61850数据模型和通信规范基础上,能够实现数据采集、数据管理、数据通信、继电保护、测量控制、故障录波、设备诊断、计量计费等功能,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。数字化变电站包含光电式互感器、MU数据采集单元和网络协议IEC61850三个标志性的部分。1.1特点(1智能化的一次设备一次设备的检测信号回路和控制操作驱动回路采用新型的微处理器和光电技术,大大简化了以往常规的机电式继电器及控制回路结构。智能化的一次设备具有良好的交互性

3、能,便于智能化控制。变电站的二次回路中常规的继电器及其逻辑回路被微处理器代替,常规的强电模拟信号被光电数字代替且控制电缆也被光纤代替等2。(2数字化和网络化的二次设备变电站内常规的二次设备,如测量控制装置、继电保护装置、故障录波装置、防误闭锁装置、以及在线状态检测装置等都是基于标准化、模块化的微处理机设计,各设备之间都采用高速网络通信。数字化变电站二次设备除了具有一般数字式设备的特点外,还具备对外光纤网络通信接口,而且与传统变电站信息传输以电缆为媒介不同,数字化变电站二次信号传输是基于光纤以太网实现的,通过网络真正实现数据共享、资源共享。(3运行管理系统的自动化变电站运行管理自动化系统包含数据

4、信息分层、分流交换的自动化;当变电站运行发生故障时,能及时快速地提供故障分析报告,指出故障原因,并提出故障处理意见;电力系统运行数据、状态记录统计实现无纸化;系统自动生产和发出变电站设备检修报告,为变电站设备的“状态检修”提供依据。(4系统实现IEC61850标准化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,它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。该标准通过对变电站自动化系统中的对象统一建模,采用面向对象技术和独立于网络结构的抽象通信服务接口,增强了设备之间的互操作性,可以在不同厂家的设备之间实现无缝连接。它解决了变电站自动化系统产品的互操作

5、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、自诊断和即插即用的功能,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。它不仅规范了保护测控装置的模型和通信接口,而且还定义了数字式TA 、TV 、智能式开关等一次设备的模型和通信接口。1.2系统组成根据IEC61850通信协议定义,将数字化变电站分为三层网络结构:“过程层”、“间隔层”、“站控层”3。各个层次内部以及层次与层次之间都采用了高速网络通信,通信媒介为网络线或光纤。数字化变电站结构示意图如图1所示 :(1过程层过程层是指变电站的一次设备与二次设备的结合面,是智能化电气设备的数字化部分4。变电站的过程层主要功能有

6、:运行设备的状态检测;实现运行的电气量检测;操作控制的命令执行。变电站中的电子式互感器、数字断路器和低压侧保护测控一体化,实现整个变电站的机电一体化设计。(2间隔层间隔层一般是按断路器的间隔来划分,具有测量控制单元或者继电保护元件等。变电站的间隔层是由各种不同间隔装置组成的,通过局域网络或者串行总线将这些装置直接与站控层联系,也可以设置由数据管理机或者保护管理机来分别管理各监视元件、测量以及保护元件,最后集中由数据管理机或者保护管理机与站控层实现通信。(3站控层站控层是整个变电站的大脑,它是由计算机网络连接的系统主机、远动通信机、工作站、保护信息子站、远动主机等设备构成,提供了变电站内运行情况

7、的人机联系界面,实现了管理和控制各间隔层设备,是整个变电站的监控、管理中心,并可实现与集控中心、调度中心、保护信息主站通信。与传统的变电站相比,数字化变电站的站控层网络采用了IEC61850通信标准,使得模型描述能力大为增强、装置互操作性大为提高。站控层设备间可以采用双以太网实现横向通信,提高通信的快速性和可靠性。2数字化变电站的实践江西省境内的35kV 丰周变电站作为率先实现数字化的变电站之一,为今后数字化电网的建设奠定了良好的技术基础,积累了丰富的工程经验。本文以该变电站为例,介绍数字化变电站的技术和设备,对变电站数字化改造实践中的优点和不足进行分析,并从实施、运行和维护的角度提出建议。2

8、.1系统简介35kV 丰周数字化变电站系统由以下几部分组成:电子式互感器、光纤数字终端、信号传输部分、光纤保护装置和通讯柜、操作员站、微机五防系统和GPS 等。变电站系统图如图2所示。(1过程层在过程层中,35kV 进线间隔、主变高压侧间隔等各间隔配置有若干电子式电流互感器和光纤数字终端。过程层主要功能如下:实时电气量检测,主要是电流、电压、相位、谐波分量的检测;变电站电力运行设备的状态参数检测和统图1数字化变电站结构示意图图235kV 丰周变电站系统图GPS通讯柜打印机操作员站五防系统保护单元光集线器光纤数字终端站控层间隔层过程层电子式互感器计,站内需要进行状态参数检测的电气设备主要有:断路

9、器、变压器、刀闸、电容器、母线、直流电源系统、电抗器等等,在线检测的内容主要有:压力、温度、绝缘、密度、工作状态以及机械特性等数据;站内各操作控制执行和驱动,其中包括变压器分接头的调节控制、电抗器投切控制、电容器、刀闸的分合控制、断路器、直流电源充放电控制等。(2间隔层本站配置35kV 主变保护屏一面,内含主变差动保护装置一台,主变后备保护两台,光集线器一台。线路保护屏一面,内含35kV 线路保护装置一台,10kV 线路保护装置四台。主要功能如下:实现了对一次设备保护的监测与控制;汇总了本间隔过程层的实时数据信息内容;控制了数据采集、统计计算和控制命令的优先级问题;承上启下的通信功能,同时高速

10、实现与过程层及站控层之间的网络通信功能;实现操作同期和其它控制功能等。(3站控层站控层配置后台监控系统一套,A3针式打印机一台,放置于控制室工作台上。配置综合屏一面,内含综合采集装置,GPS 对时装置,通讯柜(微机通讯管理系统,实现与调度的通讯功能,具有CDT 规约等多种规约,实现与其他智能设备的接口功能,如微机五防、图像监控系统等。主要功能如下:按照相关规约将有关的数据信息送向调度或者控制中心;通过两级高速网络实现全站实时数据信息的汇总,并且不断刷新实时数据库,并按时登录到历史数据库;具有变电站内人机联系、当地监控等功能,如操作、显示、报警、打印,以及声音、图像等多媒体功能;能接收调度或者控

11、制中心相关的控制命令并且转到间隔层和过程层执行;变电站故障记录、故障数据传输、故障分析、变电站操作培训等;具有对间隔层和过程层各电气设备,在线组态、在线维护、在线修改参数等功能。(4图像监控系统图像监控系统位于站控层。为了便于运行管理,保证变电站安全运行,在变电站内设置一套图像监控监视及安全警卫系统,其功能按满足安全防范要求配置,不考虑对设备状态监视。沿变电站围墙周围设置远红外探测器;大门和主控楼入口处设置室外摄像头;配电装置区设置室外摄像头;主控室以及配电装置室均安装室内摄像头,完成变电站安全、防盗功能,在有人员值班处设置图像监视终端显示器,此外,安全警卫系统接点可远传至集控中心或调度中心。

12、2.2运行情况丰周变数字化电站是由传统变电站改造而来的。改造后已投运近两年,相比改造前,该变电站的稳定性大大提高。(1从投运至今没有出现过误动作;(2调度通信一直很稳定,投运后没有出现过故障;(3系统防雷能力超强,以前雷雨天后肯定需要操作恢复送电,改造后至今,没有出现过因雷击而跳闸;(4设备简易,运行维护方便。当然,也存在一些不足之处:(1系统对接地不敏感,对接地会拒报,(2缺乏相应的检测设备对TV 正常运行和接地时信号输出进行对比。总体而言,35kV丰周数字化变电站的运行是稳定的,具有可靠性高、抗干扰能力强,安装和检修施工方便特点。3数字化变电站实践分析传统变电站的一次设备采集为模拟量,通过

13、电缆将模拟信号传输到测控保护装置中,装置进行模数转换后处理数据,然后通过网线将数字量信息传送到后台监控系统。同时变电站的监控系统和测控保护装置对一次设备的控制也是通过电缆传输模拟信号实现其功能。模拟信号在传输的过程中易因受到站内强磁场的干扰而产生误差。此外,远动、计量和当地监测系统所用的变送器各自设置,增加了CT、PT负载,投资也相应增加,并且会造成数据测量的不一致,难以做到资源共享,影响系统的可靠性。在系统构建方面,传统变电站以“拼凑”形式构成系统,致使整个系统的性能指标不高,而且各厂家各自为站,没有规测,尤其是系统各部分接口的能信规约,对将来的维护及运行都带来了极大的不便。数字变电站一次设

14、备在采集信息后,就地转换为数字量,并通过光缆上传信息到测控保护装置,然后传送到后台监控系统,而且监控系统和测控保护装置对一次设备的控制也是通过光缆传输数字信号实现其功能。数字化变电站采用统一的通信规约IEC61850,不需要进行规约转换,大大地加快了通信速度,并降低了系统复杂性和设计、调试及维护的难度,从而提高了通信系统的性能。数字化变电站保护装置和光纤数字终端通过光缆连接,光缆传输避免了电缆带来的电磁干扰,具有很强的防雷能力,传输过程中无信号失真和衰减现象。数字化变电站无电感L、电容C滤波网络,不会产生谐振过电压,在传输和处理过程中也不再产生附加误差,从而提升了保护、计量和测量系统的精度,数

15、据可靠性大大提高。而且光电互感器精度高、无磁饱和、暂态特性好。由于主控室和现场一次设备间无电缆连接,所以能有效阻断浪涌、雷击对二次设备的损坏,整个系统的抗干扰能力大大提高,并提高了经济性。此外,继电保护屏无二次电缆接线,二次系统中不再出现二次电压断路、二次电流开路等风险,有效降低了人身伤亡或设备损坏事故发生概率,安装和检修施工于是就简单快捷了很多,与传统变电站相比,数字变电站具有高性能、高安全性、高可靠性、高经济性。目前,全国各地都有数字变电站的运行实例,但是基本上是作为科研项目,还不够成熟。数字化变电站的建设中包含很多高科技,其中最鲜明的就是光电式互感器技术和网络通信技术,但遗憾的是这些技术

16、现在还都不是很成熟,还满足不了数字化变电站建设的需求。数字化变电站的全面推广,还存在以下关键问题:1数字变电站的实施,使得以前原有的各种检验手段已经不能满足现场检验的需要,有待研究更新的检测方法和手段,配置相应的新式检测仪器;2目前数字变电站还没有相应的验收规范、设计规范、计量检定规程、装置检验规程、运行规范等,还需要在实践中不断摸索、研究、制定;3智能化的一次设备有待进一步开发研究,特别是一次测量和检测设备;4光电式互感器虽经过多年的研究,进入了实用阶段,但许多关键性的技术并没有完全被人们掌握,有些所谓的光电式互感器只是将传统互感器的输出电信号转换为光信号。源结论清华大学电机系教授董新洲称:

17、“数字化变电站只是实现智能化变电站建设的一个手段,它是智能化电网建设的基础,它为我们进一步建设智能电网、挖掘智能的功能创造了条件。”智能变电站的建设离不开数字化变电站的技术与经验的积累,数字化变电站的发展目标是智能变电站5。相信随着数字化变电站系统的日益成熟和运行经验的丰富,经过The Practice and Prospect on Digital Substation Abstract :This article introduces the features and compositions of digital substation combining with the de velo

18、pment of the intelligent grid.Taking the 35kV FengZhou digital substation as an example,the article demon strates and analyzes advantages and disadvantages of digital substations from the view of operation and mainte nance.Looking forward to the future,the intelligent substation will eventually come

19、 true with the breakthrough of key technology and the accumulation of operation experience of digital Substations.Key words :digital substation;intelligent substation;practice;prospect十年左右的时间解决从数字化变电站到智能变电站的关键技术问题,智能变电站是可以实现的。参考文献:1苏永春,吴素农.江西电网智能变电站研究及建设展望J.江西电力,2009,33(5:1-4.2赵吉辉,熊健.浅谈数字化变电站自动化系统J.

20、电力与能源,2008,14:298,3193庞红梅,李淮海,张志鑫,等.110kV 数字变电站发展趋势J.安徽电气工程职业技术学院学报,2009,14(4:118-122.4齐永峰,高兴国,邵雪莲.智能(数字化电力变电站自动化系统的发展J.黑龙江电力,2007,29(6:448-4495李士林,高志强,王艳.变电站的智能化发展方向分析J.河北电力技术,2010,29(1:数字化变电站的实践与展望 作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期： 被引用次数： 江鸿霞， 宋庆烁， JIANG Hong-xia， SONG Qing-shuo 江鸿霞,JIANG Hong-xia(江西电力技师

21、学院,江西,南昌,330043， 宋庆烁,SONG Qing-shuo(江西电力职业技 术学院,江西,南昌,330032 江西电力职业技术学院学报 JOURNAL OF JIANGXI VOCATIONAL AND TECHNICAL COLLEGE OF ELECTRICITY 2010，23(3 0次 参考文献(5条 1.苏永春.吴素农 江西电网智能变电站研究及建设展望 2009(5 2.赵吉辉.熊健 浅谈数字化变电站自动化系统 2008 3.庞红梅.李淮海.张志鑫.周海雁 110kV数字变电站发展趋势 2009(4 4.齐永峰.高兴国.邵雪莲 智能(数字化电力变电站自动化系统的发展 20

22、07(6 5.李士林.高志强.王艳 变电站的智能化发展方向分析 2010(1 相似文献(10条 1.期刊论文 周晓龙.ZHOU Xiaolong 智能变电站保护测控装置 -电力自动化设备2010,30(8 智能变电站分为系统层和设备层,系统层实现数字化变电站站控层的功能;设备层主要由高压设备、智能组件和智能设备构成,实现数字化变电站过程层和间隔层的功能.智能组件 是智能变电站一、二次设备融合的产物.保护测控装置作为智能组件的一部分面向间隔层.智能设备采用TEC61850标准建立对象模型;在进行装置程序设计时,可以利用IEC61850模块化 思想和面向对象技术,采用PLC可编程组态技术生成装置程

23、序;网络通信的可靠性通过选择高可靠性的网络拓扑及冗余技术来保证.论述了装置建模、功能块(FB和逻辑节点(LN的设计 、网络结构和关键技术、配置工具和配置过程、虚端子、装置的测试等技术. 2.期刊论文 辛建波.吴素农.Xin Jianbo.Wu Sunong 智能变电站建设过程中值得关注的几个问题 -江西电力2010,34(3 本文对数字化变电站和智能变电站进行了比较,介绍了智能变电站试点工程项目指标评价体系,就智能变电站建设中的定位、基本思路、原则、技术标准、技术成熟度、相关技术 、管理模式等相关问题发表了想法和建议,为智能变电站试点工程的实施提供参考. 3.期刊论文 李瑞生.李燕斌.周逢权.

24、LI Rui-sheng.LI Yan-bin.ZHOU Feng-quan 智能变电站功能架构及设计原则 -电力系统保护与控制 2010,38(21 根据数字化变电站在国内外的发展、研究及应用现状,以数字化变电站的技术变革为前提,在数字化变电站四点关键技术的基础上,提出了智能电网体系中智能变电站应具备的"智 能"特点并搭建了智能变电站功能架构,从多角度体现了智能变电站的信息化、数字化、自动化和互动化.提出了当前智能变电站研究和建设中所面临的问题,并对由此产生的研究课题 进行了分析.在以上研究的基础上,确定了智能变电站在智能电网体系中的设计原则和方向以及坚强智能电网中智能变

25、电站的发展路线. 4.期刊论文 苏永春.吴素农.Su Yongchun.Wu Sunong 江西电网智能变电站研究及建设展望 -江西电力2009,33(5 智能电网研究建设工作正在世界范围内如火如荼展开,国网公司做出了建设统一坚强电网的战略部署,智能变电站的研究建设工作随之启动.该文介绍了智能变电站的体系结构,包 括定义、特征及功能结构等内容.探讨了国内智能变电站的试点建设情况.最后分析了江西电网智能变电站建设的基础及已开展的研究工作,对今后智能变电站的重点研究方向进行了 展望. 5.期刊论文 胡春琴.徐良骏.周鑫.石英超.HU Chunqin.XU Liangjun.ZHOU Xin.SHI

26、 Yingchao 全数字化继电保护在上海蒙自智能变电站 的应用 -供用电2010,27(4 随着智能电网技术和智能电气设备的不断发展和应用,数字化变电站成为变电站的主要建设方向.通过对变电站全数字化继电保护与常规微机保护系统的比较,总结了全数字化继 电保护的主要优点,并对蒙自智能变电站的全数字化继电保护配置和整定值设定方法进行了介绍.全数字化继电保护在上海蒙自智能变电站的成功应用,为今后数字化变电站的继电保 护配置方案提供了有益借鉴. 6.期刊论文 张沛超.高翔.Zhang Peichao.Gao Xiang 智能变电站 -电气技术2010(8 本文分析了智能变电站产生的技术背景,讨论了智能变电站的设计原则,分析了智能变电站的典型技术特征和基础支撑技术.最后,对现阶段智能变电站工程实施中的若干问题进行 了讨论. 7.期刊论文 李孟超.王允平.李献伟.王峰.蔡卫锋.LI Meng-chao.WANG Yun-ping.LI Xian-wei.WANG Feng.CAI Wei-feng 智能变电站及 技术特点分析 -电力系统保护与控制2010,38(18 智能变电站是坚强智能电网的重要基础和支撑.阐述了智能变电站与数字化变电站的主要区别,介绍了智能变电站的体系结构、智能一次设备的功能和智能设备与顺序控制的特点 ,重点研究了智能变电站对应的高级应用功能.