1、概论数字化变电站综合自动化系统改造要点摘要：本文简单介绍了数字化变电站自动化改造的优点和主要流程，结合工程实例，分析了数字化变电站综合自动化系统改造的技术要点，有一定参考价值。 关键词：数字化变电站；自动化系统；改造 中图分类号： TM411+.4 文献标识码：A 文章编号： 1 数字化变电站建设改造的优势 智能开关设备、电子式电压(电流)互感器、高速可靠的数据信息网络通信技术、电气设备在线检测与集成智能保护技术、变电站 IEC61850标准等在变电站综合自动化系统中的广泛推广使用,使变电站调度运行模式由常规继电器保护进入了数字化集成智能保护时代。数字化变电站综合自动化系统的建设改造相比常规变
2、电站在系统自动化水平、调度运行可靠性、管理经济性等方面具有多个方面的优势。 (1)数字化变电站中的电子式电压(电流)互感器具有测量精确度高、测量范围大、响应快、数据信号抗干扰能力强等优点,有效解决了常规变电站 CT 容易出现磁饱和等问题对变电站二次继电保护保护系统带来影响的弊端。 (2)系统二次回路接线变得简单清晰,用光纤电缆取代了常规二次控制信号电缆,减少了变电站综合自动化系统实际安装调试和运行维护工作量。 (3)数字化变电站二次系统具备自检等功能,大大提高了系统运行安全可靠性,使整个系统几乎没有安全问题。 (4)基于统一通信规约标准的网络信息通信平台,实现了各设备间数据信息的实时共享和互操
3、作,同时集成化功能系统,有效避免了变电站综合自动化系统建设时功能单元的重复配置,在保证变电站综合自动化系统调度运行自动化水平的基础上有效减少了变电站投资,提高了变电站建设技术经济性能水平。 2 数字化变电站综合自动化系统改造技术支持 电气一次设备智能化、二次设备集成网络化、调度运行管理经济自动化是数字化变电站综合自动化系统建设改造的重要特征。利用高效精确的电子式互感器,结合 IEC61850 变电站统一通信标准,建设数字化变电站综合自动化系统,不仅实现变电站内部各种数据信息高度实时共享,同时智能集成化电子设备(IED)具备的即插即用集成运算分析功能,构筑了集保护、实时测控、在线运行监视、以及状
4、态检修等功能为一体的数字化变电站综合自动化系统。基于 IEC61850 标准的数字化变电站与基于IEC60870 标准的常规变电站间逻辑拓扑架构对比如图 1 所示。 2.1 智能化电气一次设备 数字化变电站智能化电气一次设备是变电站高效经济调度运行的重要信息载体,为变电站综合自动化系统提供系统运行的实时可靠数据信息,主要包括电子式电压(电流)互感器、智能集成型断路器和隔离开关、智能型动态调压装置、以及其他辅助单元智能电气设备等。从图 1 可知,数字化变电站综合自动化系统中电气一次设备与二次设备间的数据通信接口媒介由原来的继电器、电缆等模数转换数字通信接口模式转化为光纤光缆的光电数字直接通信接口
5、模式,且数字接口满足数字化变电站相关通信规约标准,能够被变电站通用的保护、测控、以及其他 IED 智能电子设备访问。此外,数字化变电站中智能化电气一次设备还能对设备自身运行工况特性进行实时自检,拥有实时数据信息记录和运行状态检测等功能,并把其运行的健康状态、运行工况模式等数据信息直接以数字信号形式传输给相关数据运算分析单元,实现数据信息资源共享。在数字化变电站中,电子式电流互感器一般遵循 IEC60044-8 通信规约标准,而电子式电压互感器则遵循 IEC60044-7 通信规约标准,经过数字化变电站综合自动化系统中智能设备合并单元(MU)进行通信规约转换后,就能满足变电站二次继电保护系统 I
6、EC61850-9-2 实时运行数据信息采样值的发送,经 GOOSE 变电站通信过程总线与变电站层中的工作站、远动站等功能单元进行实时数据信息通信。 2.2 网络化电气二次装置 以变电站 IEC61850 标准形成的变电站各种二次装置,不仅可以有效提高各装置间的集成自动化水平,同时有效增强其相互间的互操作性。数字化变电站中的各类电气二次设备,如:保护测控装置、防误闭锁功能设备、电压无功实时调节等设备装置不再像常规变电站那样相互间通过独立静态耦合方式进行简单数据信息互联,而是通过具有数据信息传输速率大、传输精度高等特性的以太网形式进行平行互联,且各二次设备间接口通信规约具有统一 IEC61850
7、 标准,不仅优化了变电站综合自动化系统网络结构,减少了设备间电缆连线复杂性,使整个系统变得简洁明了,提高了系统调试维护、生产运行的综合效率;同时实现了数据信息资源间的高度实时共享互操作,避免了常规变电站二次设备间功能重复设置、采集数据传输转换延时性等弊端。 2.3 变电站调度经济运行自动化管理 常规变电站在进行调度运行时,需要运行管理人员对设备进行定期检修维护管理,不仅会造成日常大量人力物力浪费,同时还会由于运行维护措施不及时、不合理等影响系统精密仪器设备的综合使用性能,严重时还可能造成设备内部一些隐性故障由于没有及时发现处理,使故障演变为事故,给变电站经济运行带来巨大损失。数字化变电站中的所
8、有电气一次设备、二次设备均具备完善可靠的自检和互检功能,不仅能够快速、可靠、准确的识别出各类设备系统中的轻微异常信息,同时还能根据设备实时自检数据信息,构筑科学合理的运行管理策略,利用设备“状态检修”自检功能达到对整个数字化变电站设备的自动化调度管理。 3 数字化变电站综合自动化系统改造方案 某城市拟对一座 220kV 变电站进行数字化综合自动化系统改造,以作为该区域变电站后期建设改造的典型示范变电站。在数字化变电站综合自动化系统改造设计过程中,选用电子互感器和智能控制单元作为变电站过程层主要数据信息采集、现地操作功能设备;采用数字化电能表进行电能数据计量统计分析;采用符合变电站 IEC618
9、50 标准的二次智能电子设备 IED 和具备在线智能分析运算的集成监控系统,该变电站综合自动化系统改造方案如图 2 所示。 从图 2 可知,在拟实施改造的 220kV 数字化变电站中,整个综合自动化系统将完整采用变电站统一 IEC61850 标准通信规约。过程层合并单元MU 将电子式电压(电流)互感器通过光纤通信媒介,直接与间隔层的保护、测控装置进行互联,同时采用光纤以太网点对点通信模式,完成数字化变电站过程层交流数据信号的实时采集和远程传输。采用现地安装的智能控制保护单元和操作执行控制机构实现对智能开关、刀闸运行状态的采集和“分合闸”操作的动态控制。过程层中的智能控制单元和间隔层中的测控、保
10、护等装置间的数据信息交换通过间隔层中的内组网方式(GOOSE 网),并按照双网冗余设计原则构筑数字化变电站综合自动化系统通信网络。间隔层中的保护、测控、以及其他智能电子设备 IED 通过系统总线式 100M 双以太网与变电站站控层中的工作站、服务器、工程师工作站进行互联。对于变电站中少数不支持 IEC61850 通信规约的智能设备单元而言,可以通过相应规约转化器转换后接入到变电站站控层各功能单元中。 4 结语 常规变电站综合自动化系统在调度运行过程中存在的问题和不足,其原因是多方面,会直接或间接影响到变电站安全可靠、节能经济的高效运行。数字化变电站综合自动化系统的建设改造是变电站安全经济高效运行的重要技术平台,同时也是真正实现智能电网远程调度运行的基本保障基础,必将是国内变电站综合自动化以适应智能电网建设发展需求不断完善建设改造必然方向。 参考文献 1高翔,张沛超.数字化变电站的主要特征和关键技术J.电网技术,2006,30(23):6771. 2高翔,周健,周红,等.IEC61850 标准在南桥变电站监控系统中应用J.电力系统自动化,2006,30(16):105107.
