智能化變電站自動化

在變電站自動化領(lǐng)域中,智能化電氣的發(fā)展,特別是智能化開關(guān)、 光電式互感器等機電一體化設(shè)備的出現(xiàn),以及計算機高速 網(wǎng)絡(luò)在實時系統(tǒng)中的開發(fā)應(yīng)用,使變電站所有信息的采集、傳輸實現(xiàn)全智能化處理提供了理論和物質(zhì)基礎(chǔ)。技術(shù)的發(fā)展是 沒有止境的,隨著智能化開關(guān)、光電式電流電壓互感器、一次運行設(shè)備在線狀態(tài)檢測、變電站運行操作培訓(xùn)仿真等技術(shù)日 趨成熟,以及計算機高速網(wǎng)絡(luò)在實時系統(tǒng)中的開發(fā)應(yīng)用,勢必對已有的變電站自動化技術(shù)產(chǎn)生深刻的影響,全智能化的變 電站自動化系統(tǒng)即將出現(xiàn)。

1. 智能化變電站的技術(shù)特征

⑴ 各類數(shù)據(jù)從源頭實現(xiàn)數(shù)字化,真正實現(xiàn)信息集成、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)共享。在電流、電壓的采集環(huán)節(jié)采用智能 化電氣測量系統(tǒng),如光電/電子式互感器,實現(xiàn)了電氣量數(shù)據(jù)采集的智能化應(yīng)用,并為實現(xiàn)常規(guī)變電站裝置冗余向信 息冗余的轉(zhuǎn)變,為實現(xiàn)信息集成化應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。打破常規(guī)變電站的監(jiān)視、控制、保護、故障錄波、量測與計量 等幾乎都是功能單一、相互獨立的裝置的模式,改變了硬件重復(fù)配置、信息不共享、投資成本大的局面。智能化變 電站使得原來分散的二次系統(tǒng)裝置,具備了進行信息集成和功能合理優(yōu)化、整合的基礎(chǔ)。

⑵ 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊,數(shù)字化電氣量監(jiān)測系統(tǒng)具有體積小、重量輕等特點,可以有效地集成在智能開關(guān)設(shè)備系 統(tǒng)中,按變電站機電一體化 設(shè)計理念進行功能優(yōu)化組合和設(shè)備布置。對一、二次設(shè)備進行統(tǒng)一建模,資源采用全局 統(tǒng)一命名規(guī)則,變電站內(nèi)及變電站與控制中心之間實現(xiàn)了無縫通信,從而簡化系統(tǒng)維護、配置和工程實施。

⑶ 設(shè)備實現(xiàn)廣泛在線監(jiān)測,使得設(shè)備狀態(tài)檢修更加科學(xué)可行。在智能化變電站中,可以有效地獲取電網(wǎng)運行狀 態(tài)數(shù)據(jù)、各種智能電子裝置 IED(Intelligent ElectronicDevice)的故障和動作信息及信號回路狀態(tài)。智能化變電 站中將幾乎不再存在未被監(jiān)視的功能單元,在設(shè)備狀態(tài)特征量的采集上沒有盲區(qū)。設(shè)備檢修策略可以從常規(guī)變電站 設(shè)備的定期檢修變成狀態(tài)檢修,這將大大提高系統(tǒng)的可用性。

2. 智能化變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

在變電站自動化領(lǐng)域中,智能化電氣的發(fā)展,特別是智能開關(guān)、光電式互感器機電一體化設(shè)備的出現(xiàn),變電站自 動化技術(shù)進入了數(shù)字化的新階段。在高壓和超高壓變電站中,保護裝置、測控裝置、故障錄波及其他自動裝置的 I/O 單元,如 A/D 變換、光隔離器件、控制*作回路等將割列出來作為智能化一次設(shè)備的一部分。反言之,智能化一次設(shè) 備的數(shù)字化傳感器、數(shù)字化控制回路代替了常規(guī)繼電保護裝置、測控等裝置的 I/O 部分;而在中低壓變電站則將保 護、監(jiān)控裝置小型化、緊湊化,完整地安裝在開關(guān)柜上,實現(xiàn)了變電站機電一體化設(shè)計。

智能化變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在物理上可分為兩類,即智能化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備;在邏輯結(jié)構(gòu) 上可分為三個層次,根據(jù) IEC6185A 通信協(xié)議草案定義,這三個層次分別稱為過程層、間隔層、站控層。

3. 智能化變電站自動化系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)選型

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是智能化變電站自動化系統(tǒng)的命脈,它的可*性與信息傳輸?shù)目焖傩詻Q定了系統(tǒng)的可用性。常規(guī)變電站 自動化系統(tǒng)中單套保護裝置的信息采集與保護算法的運行一般是在同一個 CPU 控制下進行的,使得同步采樣、 A/D 轉(zhuǎn) 換,運算、輸出控制命令整個流程快速,簡捷,而全智能化的系統(tǒng)中信息的采樣、保護算法與控制命令的形成是由網(wǎng) 絡(luò)上多個 CPU 協(xié)同完成的,如何控制好采樣的同步和保護命令的快速輸出是一個復(fù)雜問題,其最基本的條件是網(wǎng)絡(luò)的 適應(yīng)性,關(guān)鍵技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)通信速度的提高和合適的通信協(xié)議的制定。

如果采用通常的現(xiàn)場總線技術(shù)可能不能勝任數(shù)字化變電站自動化的技術(shù)要求。目前以太網(wǎng)異軍突起,已經(jīng)進入 工業(yè)自動化過程控制領(lǐng)域,固化 OSI 七層協(xié)議,速率達到 100MHz 的嵌入式以太網(wǎng)控制與接口芯片已大量出現(xiàn),智能化 變電站自動化系統(tǒng)的兩級網(wǎng)絡(luò)全部采用 100MHz 以太網(wǎng)技術(shù)是可行的。

4. 智能化變電站應(yīng)用發(fā)展中的主要問題

國外已有一定的成熟經(jīng)驗,國內(nèi)的大專院校、科研院所以及有關(guān)廠家都投入了相當(dāng)?shù)娜肆M行開發(fā)研究,并且在 某些方面取得了實質(zhì)性的進展。但歸納起來,目前主要存在的問題是:

(1) 研究開發(fā)過程中專業(yè)協(xié)作需要加強,比如智能化電器的研究至少存在機、電、光三個專業(yè)協(xié)同攻關(guān);

(2) 材料器件方面的缺陷及改進;

(3) 試驗設(shè)備、測試方法、檢驗標準,特別是 EMC(電磁干擾與兼容)控制與試驗還是薄弱環(huán)節(jié)。

智能化變電站自動化是一個系統(tǒng)工程,要實現(xiàn)全部智能化變電站自動化的功能,還有許多技術(shù)問題需要攻關(guān)解 決,作者相信在不運的將來智能化的變電站自動化系統(tǒng),將有一個蓬勃的發(fā)展期。國內(nèi)已有數(shù)個智能化變電站順利投 運,運行時間最長的已近兩年,總的來看設(shè)備運行平穩(wěn),各類數(shù)據(jù)采集、傳輸無誤,保護和自動裝置動作正常,說明智 能化變電站的技術(shù)運用到實際中已初步通過實踐的檢驗,滿足了安全、穩(wěn)定的系統(tǒng)運行要求。但智能化變電站應(yīng)用 發(fā)展中遇到的主要問題,還有待進一步深入研究和解決。