【正文】 變電站的數(shù)字化發(fā)展歷程及存在問題 變電站作為電力網(wǎng)中的重要節(jié)點(diǎn) , 隨著系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)步 , 己經(jīng)發(fā)生了很大變化。特別是自 20世紀(jì) 90年代以來 , 隨著電網(wǎng)及計(jì)算機(jī)、技術(shù)、信息、控制技術(shù)、測量技術(shù)等的發(fā)展 , 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)已逐漸步入數(shù)字化時(shí)代 , 并在提高穩(wěn)定性、增強(qiáng)可靠性、信息共享、簡化架構(gòu)、提升功能、降低造價(jià)等方面取得了重大的突破和顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。 但是 , 目前變電站數(shù)字化技術(shù)的運(yùn)用還存在各種局限性。主要表現(xiàn)在①一次設(shè)備和二次裝里之間仍需敷設(shè)大量電纜 , 設(shè)計(jì)、電建施工 、運(yùn)行維護(hù)都存在很大西安交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告 的工作量 , 形成可觀的成本②電網(wǎng)及一次設(shè)備信息的數(shù)字化處理還是依靠二次裝來完成 , 造成不同應(yīng)用間的信息重復(fù)和無效冗余 , 帶來變電站二次系統(tǒng)架構(gòu)龐雜、不便擴(kuò)展、難以維護(hù)、成本增高③雖然實(shí)現(xiàn)了變電站的初步數(shù)字化進(jìn)程 , 但仍未實(shí)現(xiàn)站內(nèi)的公用信息共享、簡化信息及變電站架構(gòu) , 并降低變電站造價(jià)及維護(hù)成本④隨著越來越多的 IED的應(yīng)用 , 各種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、通信協(xié)議和傳輸介質(zhì)使得系統(tǒng)互連、互操作性問題日益突出 , 也為系統(tǒng)的穩(wěn)定埋下隱患。雖然包括正等國際組織做了不少工作 , 但由于各機(jī)構(gòu)、廠家在技術(shù)水平、經(jīng)驗(yàn)、 理解等方面的差異 , 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)仍處于難以實(shí)現(xiàn)互連接、互操作的狀態(tài)。故實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)一次設(shè)備信息處理的數(shù)字化 , 二次設(shè)備通信的網(wǎng)絡(luò)化 , 并在此基礎(chǔ)上按照標(biāo)準(zhǔn)族構(gòu)建未來的數(shù)字化變電站架構(gòu) , 已被公認(rèn)為未來技術(shù)發(fā)展的方向。 數(shù)字化變電站的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn) 數(shù)字化變電站有兩個(gè)根本特點(diǎn) , 即一次設(shè)備智能化和二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)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)字編碼信息方式交換采樣值 、 狀態(tài)量 、控制命令等信息 。 二次設(shè)備之間利用通信網(wǎng)絡(luò)交 換信息 ,取消控制電纜 ,降低了工程造價(jià) ,提高了可靠性 ? 為順利實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備智能化和二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化 ,國際電工委員會(huì) (IEC )制訂了 IE C61850 標(biāo)準(zhǔn) ,以此統(tǒng)一各類廠家數(shù)字化變電站產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn) ,實(shí)現(xiàn)兼容性和互操作性 。 按照 61850 標(biāo)準(zhǔn) , 數(shù)字化變電站在邏輯結(jié)構(gòu)上可分為 3層 , 即變電站層 、 間隔層 、 過程層 。 各層次之間和內(nèi)部均采用網(wǎng)絡(luò)通信 , 在過程層實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。 層與層之間和層內(nèi)部采用統(tǒng)一的通信信息模型和標(biāo)準(zhǔn) ,解決了不同型號(hào)設(shè)備的互操作問題 ,實(shí)現(xiàn)無礙信息共享 ,提升其性能和可靠性 ,而設(shè)備配置 、 系統(tǒng)維護(hù) 、工程實(shí) 施大為簡化 。 過程層數(shù)字化取消了所有的控制電纜和信號(hào)電纜 , 代之以光纖 ,大大節(jié)省了材料造價(jià)和施工成本 , 同時(shí)提高了信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?, 解決傳統(tǒng)互感器固有的飽和和安全性等問題并提升測量精度 。 常規(guī) 變電站數(shù)字化改造的詮釋 對于變電站的數(shù)字化改造 ， 美國投入了大量資金和人力進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的研西安交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢業(yè)實(shí)習(xí) 報(bào)告 發(fā) ， GE 公司為美國電力公司在俄亥俄州的一個(gè) 342KV 變電站進(jìn)行數(shù)字化改造的成功案例 ， 并且這種解決方案也適用于超高壓公司 。 該方案的核心元件有幾種名稱 ： ① Hard Fiber， 意為硬核光導(dǎo)纖維 ； ② IEC61850 現(xiàn) 場過程總線 ； ③ 俗稱 “ Brick”， 即磚塊的意思 。 本文給它起了一個(gè)中文名字叫 “ 魔磚 ”， 因?yàn)樗拇_有些神奇 。 該核心元件實(shí)際上是一種 IT 設(shè)備 。 它可以做如下的事情 ： ① 模數(shù)轉(zhuǎn)換 ； ② 控制編碼 ； ③ 遵循 IEC61850－ 9－ 2 和 8－ 1。 它之所以被稱作 “ Brick”是因?yàn)樗坏瓷先ゾ拖駢K磚頭 ， 而且和磚頭一樣經(jīng)得起日曬雨淋 （ IP66 的防護(hù)等級(jí) ）。 它的輸入 ／ 輸出是雙向的 ， 一方面就地采集了所有一次設(shè)備的信息 ， 由一根細(xì)長的單芯光纜連接到控制室的保護(hù) 、 控制及計(jì)量等二次設(shè)備 ； 另一方面還可以通過這根光纜把來自控制室的控制 信號(hào)和同步信息送到 “ 魔磚 ”， 實(shí)現(xiàn)控制功能 。 該方案核心模塊 “ 魔磚 ” 的功能可歸納如下 ： ① 它由光纜供電 ， 可以是交流也可以是直流 220V 或 110V。 ② 兩組交流 （ ABC三相及零相 ， 可以是 8 個(gè)電流輸入 ，也可以是 4 電流和四電壓 ） 輸入 ， 4 個(gè)完全獨(dú)立的數(shù)字核輸出 。 即所有輸入可分別供 4 個(gè)用戶共享 。 可以把它理解為 CT／ PT 次級(jí)的擴(kuò)展功能 。 輸入的交流量 ， 可以是來自傳統(tǒng) CT／ PT， 也可以是電子式的 EPT／ ECT， 或光學(xué)的 OCT／ OPT， 以便與未來的設(shè)備兼容 。 ③ 直流輸入既考慮了開關(guān)量也考慮了模擬量 。 模擬量可以接入非電 氣量變送器輸出 （ 如壓力 、 溫度等 ）， 開關(guān)量共有 18個(gè)量 ， 模擬量共有 3 個(gè) 。④ 直流輸出有 4 個(gè)固態(tài)繼電器 。 另外還有 2 個(gè) C 型繼電器和 1 個(gè)雙位置繼電器 。⑤ 典型配置考慮了雙母線加旁路或一個(gè)半開關(guān)結(jié)線的雙重化冗余配置 。 通過在已有變電站中使用 “ 魔磚 ”， 我們傳統(tǒng)的一次設(shè)備就實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化 。 西安交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告 2 常規(guī)變電站數(shù)字化改造的必要性和有利條件 必要性 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，變電站已進(jìn)入數(shù)字化技術(shù)時(shí)代。智能化高壓電器、電子式互感器、一次運(yùn)行設(shè)備在線狀態(tài)檢測、變電站運(yùn)行操作培訓(xùn)仿真等相關(guān)技術(shù)日趨成熟， 以及計(jì)算機(jī)高速網(wǎng)絡(luò)在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的開發(fā)應(yīng)用，變電站中所有信息的采集、傳輸和處理全數(shù)字化的變電站將成為變電站自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。傳統(tǒng)的一次、二次設(shè)備正朝著智能化、數(shù)字化方向發(fā)展，一些相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)如 WAMAP、狀態(tài)檢修、電能質(zhì)量監(jiān)測、電網(wǎng)穩(wěn)定控制等，也對變電站內(nèi)信息和技術(shù)的共享提出了新的要求。 基于上述原因，實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)一次設(shè)備信息處理的數(shù)字化，通過標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)公用信息的共享，并在按照 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)族構(gòu)建未來的數(shù)字化變電站架構(gòu)，已逐漸為業(yè)內(nèi)人士所認(rèn)可，數(shù)字化變電站技術(shù)已成為變電站現(xiàn)代化技術(shù)發(fā)展的方向。 數(shù)字化變電站具有簡潔的二次接線、更好的保護(hù)性能、一致化的計(jì)測精度、較高的設(shè)備使用效率、更高的系統(tǒng)可靠性，同時(shí)數(shù)字化變電站設(shè)備具有很高的互操作性，設(shè)備較易維護(hù)和更新，信息實(shí)現(xiàn)共享的特點(diǎn)。因此，將傳統(tǒng)變電站改造為數(shù)字化變電站將是必然趨勢。 通過數(shù)字化改造，可以實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)： 1) 通過過程層數(shù)字化，取消大量電纜硬連接，降低系統(tǒng)成本。 2) 采用 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)不同廠家設(shè)備的互操作，消除站內(nèi)信息孤島。 設(shè)備的互操作性使得用戶可以選擇最好的系統(tǒng)部件，大幅改善系統(tǒng)集成、現(xiàn)場驗(yàn)