智能化HGIS在數(shù)字化變電站的中的應(yīng)用

　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，實(shí)時(shí)性和可靠性滿足保護(hù)功能要求的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，以及適應(yīng)互感器、開關(guān)等過程層設(shè)備惡劣環(huán)境的電子技術(shù)已基本成熟，實(shí)現(xiàn)間隔層信息交換數(shù)字化、過程層設(shè)備數(shù)字化以及間隔層與過程間信息交換數(shù)字化的全數(shù)字化變電站，已經(jīng)成為變電站新技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)。

　　數(shù)字化變電站指信息采集、傳輸、處理、輸出過程完全數(shù)字化的變電站，基本特征為設(shè)備智能化、通信網(wǎng)絡(luò)化、運(yùn)行管理自動(dòng)化等。

智能化HGIS有以下主要特點(diǎn)：

　　1、一次設(shè)備智能化

　　采用數(shù)字輸出的電子式互感器、智能開關(guān)（或配智能終端的傳統(tǒng)開關(guān)）等智能一次設(shè)備。一次設(shè)備和二次設(shè)備間用光纖傳輸數(shù)字編碼信息的方式交換采樣值、狀態(tài)量、控制命令等信息。

　　2、二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化

　　二次設(shè)備間用通信網(wǎng)絡(luò)交換模擬量、開關(guān)量和控制命令等信息，取消控制電纜。

　　3、運(yùn)行管理系統(tǒng)自動(dòng)化

　　應(yīng)包括自動(dòng)故障分析系統(tǒng)、設(shè)備健康狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)和程序化控制系統(tǒng)等自動(dòng)化系統(tǒng)，提升自動(dòng)化水平，減少運(yùn)行維護(hù)的難度和工作量。

智能化HGIS的優(yōu)勢

　　1、變電站的各種功能可共享統(tǒng)一的信息平臺(tái)，避免設(shè)備重復(fù)

　　數(shù)字化變電站的所有信息采用統(tǒng)一的信息模型，按統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)接入變電站通信網(wǎng)絡(luò)。變電鏡謀；ぁ⒉飪?、计量、紘素、詣?dòng)、VQC等系統(tǒng)均用同一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)接收電流、電壓和狀態(tài)等信息以及發(fā)出控制命令，不需為不同功能建設(shè)各自的信息采集、傳輸和執(zhí)行系統(tǒng)。

　　傳統(tǒng)變電站由于各種功能采用的通信標(biāo)準(zhǔn)和信息模型不盡相同，二次設(shè)備和一次設(shè)備間用電纜傳輸模擬信號(hào)和電平信號(hào)，各種功能需建設(shè)各自的信息采集、傳輸和執(zhí)行系統(tǒng)，增加了變電站的復(fù)雜性和成本。

　　2、便于變電站新增功能和擴(kuò)展規(guī)模

　　變電站的設(shè)備間信息交換均通過通信網(wǎng)絡(luò)完成，變電站在擴(kuò)充功能和擴(kuò)展規(guī)模時(shí)，只需在通信網(wǎng)絡(luò)上接入新增設(shè)備，無需改造或更換原有設(shè)備，保護(hù)用戶投資，減少變電站全生命周期成本。

　　數(shù)字化變電站的各種功能的采集、計(jì)算和執(zhí)行分布在不同設(shè)備實(shí)現(xiàn)。變電站在新增功能時(shí)，如果原來的采集和執(zhí)行設(shè)備能滿足已能新增功能的需求，可在原有的設(shè)備上運(yùn)行新增功能的軟件，不需要硬件投資。

　　3、通信網(wǎng)絡(luò)取代復(fù)雜的控制電纜

　　數(shù)字化變電站的一次設(shè)備和二次設(shè)備間、二次設(shè)備之間均采用計(jì)算機(jī)通信技術(shù)，一條信道可傳輸多個(gè)通道的信息。同時(shí)采用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，通信線的數(shù)量約等于設(shè)備數(shù)量。因此數(shù)字化變電站的二次接線將大幅度簡化。

　　4、提升測量精度

　　數(shù)字化變電站采用輸出數(shù)字信號(hào)的電子式互感器，數(shù)字化的電流電壓信號(hào)在傳輸?shù)蕉卧O(shè)備和二次設(shè)備處理的過程中均不會(huì)產(chǎn)生附加誤差，提升了保護(hù)系統(tǒng)、測量系統(tǒng)和計(jì)量系統(tǒng)的系統(tǒng)精度。

　　例如采用0.2級(jí)的TA和TV，傳統(tǒng)變電站由于電纜和電表帶來的附加誤差，計(jì)量系統(tǒng)總誤差在±0.7％的水平。而數(shù)字變電站計(jì)量系統(tǒng)的誤差僅由TA和TV產(chǎn)生，可達(dá)到±0.4％的水平。

　　5、提高信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?/p>

　　數(shù)字化變電站的信號(hào)傳輸均用計(jì)算機(jī)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)。通信系統(tǒng)在傳輸有效信息的同時(shí)傳輸信息校驗(yàn)碼和通道自檢信息，一方面杜絕誤傳信號(hào)，另一方面在通信系統(tǒng)故障時(shí)可技術(shù)告警。

　　數(shù)字信號(hào)可以用光纖傳輸，從根本上解決抗干擾問題。

　　傳統(tǒng)變電站一次設(shè)備和二次設(shè)備間直接通過電纜傳輸沒有校驗(yàn)信息的信號(hào)，當(dāng)信號(hào)出錯(cuò)或電纜斷線、短路時(shí)都難以發(fā)現(xiàn)。而且傳輸模擬信號(hào)難以使用光纖技術(shù)，易受干擾。

　　6、應(yīng)用電子式互感器解決傳統(tǒng)互感器固有問題

　　數(shù)字化變電站采用電子式互感器，沒有傳統(tǒng)互感器固有的TA斷線導(dǎo)致高壓危險(xiǎn)、TA飽和影響差動(dòng)飽和、CVT暫態(tài)過程影響距離保護(hù)、鐵磁諧振、絕緣油爆炸、六氟化硫泄漏等問題。

　　7、避免電纜帶來的電磁兼容、傳輸過電壓和兩點(diǎn)接地等問題

　　數(shù)字化變電站二次設(shè)備和一次設(shè)備之間使用絕緣的光纖連接，電磁干擾和傳輸過電壓沒有影響到二次設(shè)備的途徑，而且也沒有二次回路兩點(diǎn)接地的可能性。

　　傳統(tǒng)變電站的二次設(shè)備與一次設(shè)備之間仍然采用電纜進(jìn)行連接，電纜感應(yīng)電磁干擾和一次設(shè)備傳輸過電壓可能引起的二次設(shè)備運(yùn)行異常，在二次電纜比較長的情況下由電容耦合的干擾可能造成繼電保護(hù)誤動(dòng)作。盡管電力行業(yè)的有關(guān)規(guī)定中要求繼電保護(hù)二次回路一點(diǎn)接地，但由于二次回路接地點(diǎn)的狀態(tài)無法實(shí)時(shí)檢測，二次回路兩點(diǎn)接地的情況近期仍時(shí)有發(fā)生并對(duì)繼電保護(hù)產(chǎn)生不良影響，甚至造成設(shè)備誤動(dòng)作。

　　8、解決設(shè)備間的互操作問題

　　數(shù)字化變電站的所有智能設(shè)備均按統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)建立信息模型和通信接口，設(shè)備間可實(shí)現(xiàn)無縫連接。

　　數(shù)字化變電站唯一可用的通信標(biāo)準(zhǔn)為IEC 61850。IEC 61850的信息自解釋機(jī)制，在不同設(shè)備廠家使用了各自擴(kuò)展的信息時(shí)也能保證互操作性。

　　傳統(tǒng)變電站的不同生產(chǎn)廠家二次設(shè)備之間的互操作性問題至今仍然沒有得到很好地解決，主要原因是二次設(shè)備缺乏統(tǒng)一的信息模型規(guī)范和通信標(biāo)準(zhǔn)。為實(shí)現(xiàn)不同廠家設(shè)備的互連，必須設(shè)置大量的規(guī)約轉(zhuǎn)換器，增加了系統(tǒng)復(fù)雜度和設(shè)計(jì)、調(diào)試和維護(hù)的難度，降低了通信系統(tǒng)的性能。

9、進(jìn)一步提高自動(dòng)化和管理水平

　　數(shù)字化變電站的采用智能一次設(shè)備，所有功能均可遙控實(shí)現(xiàn)。通信系統(tǒng)傳輸?shù)男畔⒏暾?，通信的可靠性和?shí)時(shí)性都大幅度提高。變電站因此可實(shí)現(xiàn)更多、更復(fù)雜的自動(dòng)化功能，提高自動(dòng)化水平。一次設(shè)備、二次設(shè)備和通信網(wǎng)絡(luò)都可具備完善的自檢功能，可根據(jù)設(shè)備的健康狀況實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修。

智能一次設(shè)備

　　1、智能柜

　　由于尚無國產(chǎn)智能一次設(shè)備，進(jìn)口智能一次設(shè)備相當(dāng)昂貴，可通過在傳統(tǒng)一次設(shè)備的接線端子箱中安裝智能控制單元來實(shí)現(xiàn)過程層設(shè)備智能化。

　　智能柜是與HGIS高壓組合電器配套使用，是一種集微機(jī)測控和HGIS開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測的綜合控制柜。

　　智能柜主要包括操作單元和智能單元；就地、遠(yuǎn)控操作及開關(guān)位置狀態(tài)、壽命等在線監(jiān)測兩大模塊。

　　a、操作單元包含操作箱，主要實(shí)現(xiàn)斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)的就地操作，滿足斷路器、隔離/接地開關(guān)之間的閉鎖關(guān)系，能夠?qū)崿F(xiàn)完善的五防閉鎖功能；

　　b、智能單元

　　目前主要實(shí)現(xiàn)的功能：是對(duì)斷路器、隔離、接地開關(guān)的分合閘位置、氣體壓力報(bào)警閉鎖等等遙信量的采集以及對(duì)斷路器、隔離、接地開關(guān)的遠(yuǎn)控操作;

　　HGIS高壓組合電器的基本的運(yùn)行狀況進(jìn)行在線監(jiān)測（此功能目前還在開發(fā)、調(diào)試階段）主要包括：

　　　①斷路器的電壽命的統(tǒng)計(jì)與計(jì)算；

　　?、跀嗦菲鲝椈蓛?chǔ)能機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀況及磨損；

　　?、蹟嗦菲鞣趾祥l線圈的監(jiān)測；

　　　④SF6氣體壓力的監(jiān)視；

　　?、莞綦x開關(guān)/接地開關(guān)電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀況的監(jiān)測；

　　智能一次設(shè)備的電子元件工作在現(xiàn)場，甚至工作高電壓部分，需承受惡劣的溫度、振動(dòng)和電磁環(huán)境，這對(duì)電子元件的穩(wěn)定性和壽命提出極大的挑戰(zhàn)。因此我們柜體結(jié)構(gòu)、通風(fēng)、散熱、制造工藝等方面投入了很多精力，對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的完善工作。

　　c、選用IEC61850變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。

　　該標(biāo)準(zhǔn)包含通信要求、信息模型、通信協(xié)議、工程管理和一致性檢測等內(nèi)容，支持站控層、間隔層和過程層通信，完全滿足數(shù)字化變電站的要求。

　　2、光電互感器

　　數(shù)字化變電站采用輸出數(shù)字信號(hào)的電子式互感器，數(shù)字化的電流電壓信號(hào)在傳輸?shù)蕉卧O(shè)備和二次設(shè)備處理的過程中均不會(huì)產(chǎn)生附加誤差，提升了保護(hù)系統(tǒng)、測量系統(tǒng)和計(jì)量系統(tǒng)的系統(tǒng)精度。

　　已開發(fā)數(shù)字輸出的電子式互感器——OET700系列10kV～500kV光電式互感器，通過國家級(jí)鑒定，已有數(shù)上百套110kV等級(jí)以上的 OET700系列光電式電流電壓互感器投入運(yùn)行，最長已運(yùn)行近4年，能滿足數(shù)字化變電站建設(shè)的要求。

OET700系列光電式互感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　　a、無CT飽和、CVT暫態(tài)和鐵磁諧振等問題

　　　b、精度高，不受傳輸距離和負(fù)載影響

　　　c、數(shù)據(jù)可靠性高，帶校驗(yàn)碼，即時(shí)檢查CT斷線和PT斷線

　　　d、配置靈活，接口規(guī)范，系統(tǒng)的升級(jí)和擴(kuò)展方便

　　　e、無CT二次開路（短路）危險(xiǎn)

　　　f、彈性固體絕緣材料填充設(shè)計(jì)，無爆炸、無滲漏

　　　g、體積小，重量輕，加工、安裝方便

　　　h、綜合使用成本低