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摘要:近年来数字化变电站的建设已在国内全面铺开,同时在国家提倡发展智能电网的形势下,我们又将面临着智能化变电站改造的压力。智能化变电站对一次设备从功能上有非常严格的要求,但若因此采取更换传统一次设备的方式,显然有违智能电网节约电网投资、降低能源损耗的主旨。本文以现有变电站的传统一次设备为例,提出了数字化、智能化的改进方案,同时展望了智能变电站技术对一、二次技术带来的变化。
关键词:数字化变电站;智能化变电站;传统一次设备;智能组件;设备层
作者简介:方磊(1982-),男,浙江舟山人,浙江省电力公司培训中心,浙江电力职业技术学院,工程师,主要研究方向:电力系统自动化方向的教学培训科研。(浙江 杭州 310015)
近两年来,随着基于IEC61850规约的数字化变电站技术的兴起,一大批新建设投运的变电站采用了数字化的自动化系统(MMS服务)、智能设备间的快速通信功能(GOOSE服务)以及数字化的采样传输功能(SMV服务)。从近年来美国电科院公布的规划中将IEC61850作为智能电网启动标准之一及国家电网公司颁布的《智能变电站技术导则》中规定智能变电站信息交换、管理将遵循IEC61850的要求的情况来看,智能变电站的各种设备的信息建模及信息交互需要在IEC61850框架下统一进行,IEC 61850必将成为未来智能电网领域的主要标准之一。然而相对于大量的二次设备正在研发和投入使用,智能化的一次设备(智能断路器、无源光CT/PT等)迟迟没有出现。而智能变电站概念的提出,更是对一次设备提出更全面更深入的要求。
一、符合数字化变电站要求的一次设备智能化扩展
作为实现智能变电站的前提,我国已在很多地区试点建设了大量的数字化变电站。在数字化变电站中,大量的二次回路被网络介质所取代;相对应的,网络报文也取代了原有的电信号,成为设备之间信息交互的唯一方式。现在许多数字化变电站中都实现了二次设备的数字化,即采用IED取代传统的保护、测控、操作箱等。
而由于一次设备智能化的滞后,时至今日我们还无法做到过程层设备与间隔层设备的无缝通信,二次设备与一次设备之间的信息交互仍然得由电缆回路来完成。这显然有违我们采用数字化技术的初衷——减少二次电缆回路。因此就地的智能终端及合并单元作为基于传统一次设备数字化变电站的重要实现手段被采用。
图1和图2中分别展示了就地智能终端及合并单元的实际应用情况,其中粗线部分表示二次电缆,细线部分表示GOOSE报文或SMV报文通讯。可见二次电缆只存在于就地智能终端(或合并单元)与一次设备之间。开关刀闸位置及开关机构信号由户外就地布置的智能终端采集后通过GOOSE报文上送,保护的跳合闸信号也都是通过GOOSE通信传输,由智能终端执行GOOSE报文转换为电信号出口;采样值同样由就地的合并单元转换成SMV报文通过网络分发给各个保护、测控及电度表装置。
就地智能终端与合并单元的使用,最大程度地减少了二次回路的复杂程度和二次电缆的使用量,同时也实现了过程层与间隔层设备之间的网络化通讯,在不改变一次设备的条件下最大程度地实现了站内设备的数字化。
二、智能电网形式下变电站结构的变化和设备功能的改变
智能组件的出现带来的最大变化就是保护、测控装置的彻底融合,同时间隔层、过程层设备界限也越来越模糊。根据正在制定阶段的《智能变电站技术导则》中描述,相对于我们已经熟知的数字化变电站三层——过程层、间隔层和站控层,智能变电站的层次划分为两层:设备层与系统层。[4,5]设备层对应于过程层和间隔层,系统层对应于站控层,如图3所示。
短期来看,设备层的功能主要还是一次设备运行参数的在线监测及间隔内的继电保护功能,传感器搜集的所有信息交由一套(或有冗余)具有实时监测功能的专用装置进行辅助判断及分级告警,该装置会以检测到的一、二次设备运行工况来判断设备是否需要检修或更换。而今后的发展方向还是功能的就地化,即所有的信息采集、分析判断、智能告警功能都应集成在就地的智能组件当中。
三、智能电网形式下变电站一次设备的智能化改进
一次设备作为电网的基本单元,其智能化程度也是关系到智能电网的整体水平。目前国内外关于智能一次设备尚没有统一的定义和标准,智能一次设备距离实用化仍有较大差距。
在技术上智能电网通过高级量测体系(AMI)、高级配电运行(ADO)、高级输电运行(ATO)和高级资产管理(AAM)之间的密切配合实现上述目标。如上所述,发展智能电网的顺序取决于影响成本和产生的效益,一般情况下AMI是电网智能化的第一步。[1]
AMI主要功能是授权给用户,使系统同负荷建立起联系,使用户能够支持电网的运行,其技术组成和功能主要代表为智能电表:可以定时或即时取得用户带有时标的分时段的或实时的多种计量值,如用电量、用电功率、电压、电流和其他信息。因此,在实时数据采集上,智能电网大大扩展了监视控制与数据采集系统(Supervisory Control And Data Acquisition,SCADA)的数据采集范围和数量,提高了电网的“可视化”。智能电网的实时数据主要包括三类:电网运行数据、设备状态数据和客户计量数据。[2]
因此,一次设备若要实现智能化,首先要实现设备状态的实时监测分析,也就是一次设备的完全可视。只有在一次设备实现智能化后即数据采集阶段,我们才能通过其所上送的各种数据分析其运行状况,以决定何时检修,检修什么部件等,达到真正意义上的状态检修,从而最大程度地减少无谓检修及故障检修,保证电网更有效率地运行。
从以上对智能电网的分析中不难看出,对关键设备的运行状况进行实时监控,进而实现电网设备可观测、可控制和自动化是智能电网的核心和目标。因此需要设置一次设备信息采集系统,其组成部分见图4,它由信号变送系统、数据采集系统以及处理系统构成。一次设备常见的监测内容可归纳为绝缘性能监测、机械性能监测和电气性能监测三部分。
而作为整个环节的基础组成部分,传统一次设备的数据采集功能几乎为零。要达到智能电网要求,一次设备内部需要包含大量的传感器,以达到测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化、信息互动化。[3]
为此,我们需要对传统一次设备进行一系列的改进,以一台油浸式有载调压主变为例(如图5),为了达到一次设备运行状态的完全可视与可控,我们需要在主变本体上加装油温监视、局放监测等大量的传感器及冷却器控制、有载机构控制等控制器,同时还需要配备一台(或有冗余的多台)智能组件,以承担过程层和间隔层全部计量、检测、测量、控制、保护等功能。这样高压设备智能化后,除了传感器、控制器、智能组件的电源线外,只有智能设备与传感器、控制器之间及其连接站域系统的网络线。
四、结论
以诸多投运的数字化变电站运行情况来看,符合智能电网要求的保护、测控设备运行情况都非常良好,同时“GOOSE断链告警”等具有数字化变电站特点的技术也保证了二次设备由定期检修、故障检修转向状态检修。而随着智能电网建设步伐的加快,在对现有一次设备进行智能化改造之后,一系列的在线监测数据同样能为变电站内一次系统实现真正意义上的状态检修提供技术上的支持。同时,随着设备层概念取代了以往的过程层与间隔层,一、二次设备之间的界限也将逐步淡化,这也必将对日后基建、检修人员的能力提出更高、更全面的要求。
参考文献:
[1]余贻鑫.智能电网的技术组成和实现顺序[J].南方电网技术,2009,3(2):12-15.
[2]IBM智能電网白皮书[R].IBM商业价值研究院,2009,4.
[3]高压设备智能化技术分析报告[R].国家电网公司智能电网部,2009,11.
[4]智能变电站技术导则(报批稿)[R].国家电网公司智能电网部,2009,11.
[5]林宇锋,钟金,吴复立.智能电网技术体系探讨[J].电网技术,2009,(12):4-6.
(责任编辑:麻剑飞)
关键词:数字化变电站;智能化变电站;传统一次设备;智能组件;设备层
作者简介:方磊(1982-),男,浙江舟山人,浙江省电力公司培训中心,浙江电力职业技术学院,工程师,主要研究方向:电力系统自动化方向的教学培训科研。(浙江 杭州 310015)
近两年来,随着基于IEC61850规约的数字化变电站技术的兴起,一大批新建设投运的变电站采用了数字化的自动化系统(MMS服务)、智能设备间的快速通信功能(GOOSE服务)以及数字化的采样传输功能(SMV服务)。从近年来美国电科院公布的规划中将IEC61850作为智能电网启动标准之一及国家电网公司颁布的《智能变电站技术导则》中规定智能变电站信息交换、管理将遵循IEC61850的要求的情况来看,智能变电站的各种设备的信息建模及信息交互需要在IEC61850框架下统一进行,IEC 61850必将成为未来智能电网领域的主要标准之一。然而相对于大量的二次设备正在研发和投入使用,智能化的一次设备(智能断路器、无源光CT/PT等)迟迟没有出现。而智能变电站概念的提出,更是对一次设备提出更全面更深入的要求。
一、符合数字化变电站要求的一次设备智能化扩展
作为实现智能变电站的前提,我国已在很多地区试点建设了大量的数字化变电站。在数字化变电站中,大量的二次回路被网络介质所取代;相对应的,网络报文也取代了原有的电信号,成为设备之间信息交互的唯一方式。现在许多数字化变电站中都实现了二次设备的数字化,即采用IED取代传统的保护、测控、操作箱等。
而由于一次设备智能化的滞后,时至今日我们还无法做到过程层设备与间隔层设备的无缝通信,二次设备与一次设备之间的信息交互仍然得由电缆回路来完成。这显然有违我们采用数字化技术的初衷——减少二次电缆回路。因此就地的智能终端及合并单元作为基于传统一次设备数字化变电站的重要实现手段被采用。
图1和图2中分别展示了就地智能终端及合并单元的实际应用情况,其中粗线部分表示二次电缆,细线部分表示GOOSE报文或SMV报文通讯。可见二次电缆只存在于就地智能终端(或合并单元)与一次设备之间。开关刀闸位置及开关机构信号由户外就地布置的智能终端采集后通过GOOSE报文上送,保护的跳合闸信号也都是通过GOOSE通信传输,由智能终端执行GOOSE报文转换为电信号出口;采样值同样由就地的合并单元转换成SMV报文通过网络分发给各个保护、测控及电度表装置。
就地智能终端与合并单元的使用,最大程度地减少了二次回路的复杂程度和二次电缆的使用量,同时也实现了过程层与间隔层设备之间的网络化通讯,在不改变一次设备的条件下最大程度地实现了站内设备的数字化。
二、智能电网形式下变电站结构的变化和设备功能的改变
智能组件的出现带来的最大变化就是保护、测控装置的彻底融合,同时间隔层、过程层设备界限也越来越模糊。根据正在制定阶段的《智能变电站技术导则》中描述,相对于我们已经熟知的数字化变电站三层——过程层、间隔层和站控层,智能变电站的层次划分为两层:设备层与系统层。[4,5]设备层对应于过程层和间隔层,系统层对应于站控层,如图3所示。
短期来看,设备层的功能主要还是一次设备运行参数的在线监测及间隔内的继电保护功能,传感器搜集的所有信息交由一套(或有冗余)具有实时监测功能的专用装置进行辅助判断及分级告警,该装置会以检测到的一、二次设备运行工况来判断设备是否需要检修或更换。而今后的发展方向还是功能的就地化,即所有的信息采集、分析判断、智能告警功能都应集成在就地的智能组件当中。
三、智能电网形式下变电站一次设备的智能化改进
一次设备作为电网的基本单元,其智能化程度也是关系到智能电网的整体水平。目前国内外关于智能一次设备尚没有统一的定义和标准,智能一次设备距离实用化仍有较大差距。
在技术上智能电网通过高级量测体系(AMI)、高级配电运行(ADO)、高级输电运行(ATO)和高级资产管理(AAM)之间的密切配合实现上述目标。如上所述,发展智能电网的顺序取决于影响成本和产生的效益,一般情况下AMI是电网智能化的第一步。[1]
AMI主要功能是授权给用户,使系统同负荷建立起联系,使用户能够支持电网的运行,其技术组成和功能主要代表为智能电表:可以定时或即时取得用户带有时标的分时段的或实时的多种计量值,如用电量、用电功率、电压、电流和其他信息。因此,在实时数据采集上,智能电网大大扩展了监视控制与数据采集系统(Supervisory Control And Data Acquisition,SCADA)的数据采集范围和数量,提高了电网的“可视化”。智能电网的实时数据主要包括三类:电网运行数据、设备状态数据和客户计量数据。[2]
因此,一次设备若要实现智能化,首先要实现设备状态的实时监测分析,也就是一次设备的完全可视。只有在一次设备实现智能化后即数据采集阶段,我们才能通过其所上送的各种数据分析其运行状况,以决定何时检修,检修什么部件等,达到真正意义上的状态检修,从而最大程度地减少无谓检修及故障检修,保证电网更有效率地运行。
从以上对智能电网的分析中不难看出,对关键设备的运行状况进行实时监控,进而实现电网设备可观测、可控制和自动化是智能电网的核心和目标。因此需要设置一次设备信息采集系统,其组成部分见图4,它由信号变送系统、数据采集系统以及处理系统构成。一次设备常见的监测内容可归纳为绝缘性能监测、机械性能监测和电气性能监测三部分。
而作为整个环节的基础组成部分,传统一次设备的数据采集功能几乎为零。要达到智能电网要求,一次设备内部需要包含大量的传感器,以达到测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化、信息互动化。[3]
为此,我们需要对传统一次设备进行一系列的改进,以一台油浸式有载调压主变为例(如图5),为了达到一次设备运行状态的完全可视与可控,我们需要在主变本体上加装油温监视、局放监测等大量的传感器及冷却器控制、有载机构控制等控制器,同时还需要配备一台(或有冗余的多台)智能组件,以承担过程层和间隔层全部计量、检测、测量、控制、保护等功能。这样高压设备智能化后,除了传感器、控制器、智能组件的电源线外,只有智能设备与传感器、控制器之间及其连接站域系统的网络线。
四、结论
以诸多投运的数字化变电站运行情况来看,符合智能电网要求的保护、测控设备运行情况都非常良好,同时“GOOSE断链告警”等具有数字化变电站特点的技术也保证了二次设备由定期检修、故障检修转向状态检修。而随着智能电网建设步伐的加快,在对现有一次设备进行智能化改造之后,一系列的在线监测数据同样能为变电站内一次系统实现真正意义上的状态检修提供技术上的支持。同时,随着设备层概念取代了以往的过程层与间隔层,一、二次设备之间的界限也将逐步淡化,这也必将对日后基建、检修人员的能力提出更高、更全面的要求。
参考文献:
[1]余贻鑫.智能电网的技术组成和实现顺序[J].南方电网技术,2009,3(2):12-15.
[2]IBM智能電网白皮书[R].IBM商业价值研究院,2009,4.
[3]高压设备智能化技术分析报告[R].国家电网公司智能电网部,2009,11.
[4]智能变电站技术导则(报批稿)[R].国家电网公司智能电网部,2009,11.
[5]林宇锋,钟金,吴复立.智能电网技术体系探讨[J].电网技术,2009,(12):4-6.
(责任编辑:麻剑飞)