智能化變電站自動化

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

1. 智能化變電站的技術特征

⑴ 各類數據從源頭實現數字化,真正實現信息集成、網絡通信、數據共享。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,實現了電氣量數據采集的智能化應用,并為實現常規(guī)變電站裝置冗余向信 息冗余的轉變,為實現信息集成化應用提供了基礎。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。

⑵ 系統(tǒng)結構更加緊湊,數字化電氣量監(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設備系 統(tǒng)中,按變電站機電一體化 設計理念進行功能優(yōu)化組合和設備布置。對一、二次設備進行統(tǒng)一建模,資源采用全局 統(tǒng)一命名規(guī)則,變電站內及變電站與控制中心之間實現了無縫通信,從而簡化系統(tǒng)維護、配置和工程實施。

⑶ 設備實現廣泛在線監(jiān)測,使得設備狀態(tài)檢修更加科學可行。在智能化變電站中,可以有效地獲取電網運行狀 態(tài)數據、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,在設備狀態(tài)特征量的采集上沒有盲區(qū)。設備檢修策略可以從常規(guī)變電站 設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)的結構

在變電站自動化領域中,智能化電氣的發(fā)展,特別是智能開關、光電式互感器機電一體化設備的出現,變電站自 動化技術進入了數字化的新階段。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備的一部分。反言之,智能化一次設 備的數字化傳感器、數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,完整地安裝在開關柜上,實現了變電站機電一體化設計。

智能化變電站自動化系統(tǒng)的結構在物理上可分為兩類,即智能化的一次設備和網絡化的二次設備;在邏輯結構 上可分為三個層次,根據 IEC6185A 通信協議草案定義,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)中的網絡選型

網絡系統(tǒng)是智能化變電站自動化系統(tǒng)的命脈,它的可*性與信息傳輸的快速性決定了系統(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 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 絡上多個 CPU 協同完成的,如何控制好采樣的同步和保護命令的快速輸出是一個復雜問題,其最基本的條件是網絡的 適應性,關鍵技術是網絡通信速度的提高和合適的通信協議的制定。

如果采用通常的現場總線技術可能不能勝任數字化變電站自動化的技術要求。目前以太網異軍突起,已經進入 工業(yè)自動化過程控制領域,固化 OSI 七層協議,速率達到 100MHz 的嵌入式以太網控制與接口芯片已大量出現,智能化 變電站自動化系統(tǒng)的兩級網絡全部采用 100MHz 以太網技術是可行的。

4. 智能化變電站應用發(fā)展中的主要問題

國外已有一定的成熟經驗,國內的大專院校、科研院所以及有關廠家都投入了相當的人力進行開發(fā)研究,并且在 某些方面取得了實質性的進展。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)協同攻關;

(2) 材料器件方面的缺陷及改進;

(3) 試驗設備、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,要實現全部智能化變電站自動化的功能,還有許多技術問題需要攻關解 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。國內已有數個智能化變電站順利投 運,運行時間最長的已近兩年,總的來看設備運行平穩(wěn),各類數據采集、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。