论文部分内容阅读
摘 要伴随着技术的不断革新，数字化在变电站建设中已开展应用。有幸于2009年初参加在南京南瑞继电保护有限公司内的500kV兰溪变数字化变电站设备工厂测试工作，下面就数字化变电站谈些认识和体会。
关键词变电站；智能化；网络结构；光电互感器
中图分类号TM文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)011-0180-01
1数字化变电站特征
由于早期各设备厂家存在信息共享方面的差异，增加了变电站建设的投资，给扩建和改建也带来了很大的难度，数字化变电站技术应运而生。它是建立在IEC61850通信规约基础上，规范了变电站内智能电子设备（IED）之间的通信行为和相关的系统要求，提供了设备之间信息标准化方法，能够实现站内智能电气设备间信息共享和互操作。数字化变电站主要由智能化一次设备和网络化二次设备分层构建。
1）智能化一次设备。传统变电站由电磁型互感器加上一次设备构成，之间采用控制电缆连接，造成一次设备为满足运行要求，需众多冗余设备，设备的安全性、可靠性、操作性有很多问题。智能化设备具有较高性能的开关设备和控制设备，配有电子设备、传感器和执行器，不仅具有开关设备的基本功能，还具有附加功能，尤其在监测和诊断方面。智能控制在线监视功能：电、磁、温度、开关机械、机构动作状态检修；状态监测；状态评估；检修计划；监测系统的成本、可信度、可靠性。智能控制功能：最佳开断；定相位合闸；定相位分闸；顺序控制。数字化的接口：位置信息；其它状态信息；分合闸命令。开关的电子操动：变机械储能为电容储能；变机械传动为变频器通过电机直接驱动，运动部件减少到一个，可靠性提高；电子电路的寿命、可靠性成为关键。可以采用光电互感器实现对实时数据的采集。
2）网络化的二次设备。网络化功能作为数字化变电站的高级应用，是数字化变电站的重要特征。按照IEC61850变电站自动化系统的国际标准设计，通过配置描述语言SCL，规范设备数据的命名、定义及设备行为与设备的自描述特征。对变电站系统中的对象统一建模，采用独立于网络结构的抽象通信接口，增强设备之间的互操作性。也可以在不同的设备之间实现无缝连接，实现真正意义上的资源共享、信息共享。
2系统的结构
1）过程层。①运行实时的电气测量。主要是电流、电压测量，其它的电气量如有功、无功等可通过间隔层的设备运算得出。采用光电式互感器，传统的模拟量被直接采集数字信号取代。其绝缘简单、体积小、重量轻、范围宽、无磁饱和、无谐振现象、可开路，而且数字信号抗干扰性能强。②运行设备的参数检测。需要检测参数的主要设备有变压器、断路器、隔离开关、母线、电容器以及直流电源系统。在线监测的主要内容有温度、压力、密度、绝缘、机械特性以及工作状态等数据。③接口方式。过程层设备与间隔层设备连接采用点对点或网络式总线方式，过程层设备具有自我检测、自我描述功能，支持IEC61850过程层协议。传输介质采用光纤传输。
2）间隔层。间隔层设备包括间隔对象配置的保护测控装置、计量装置以及接入其它智能设备的规约转换设备。所有保护测控都是基于标准化、模块化处理系统，要求所有信息上传。均能按照IEC61850协议建模并且支持智能设备的通信接口功能：汇总本间隔过程层实时数据信息；实施对一次设备保护控制功能；实施本间隔操作闭锁功能；实施同期操作及其他控制功能；对数据采集、统计运算及控制命令的发出，具有优先级别控制。
3）站控层。由变电站监控系统、远动系统、防误闭锁系统、保护信息管理系统、电量远传系统、安防监视系统、火灾报警系统并结合灯光遥控等系统进行整合。各系统均以网络通信方式接入间隔层网络，设置网络防火墙及网络物理隔离装置，经专用网络向相关部门传送数据。站控层设备与间隔层设备之间采用IEC61850协议通信。
3数字化变电站的网络结构
根据以上数字化变电站的各组成部分的技术及作用，对数字化变电站已有清晰的概念。下面是结合500kV兰溪变谈谈数字化变电站的网络架构。
数字化变电站系统中可以采用总线型、环型、星型、汇合型等网络拓扑结构。各结构均有各自的优缺点，应按工程的实际情况进行配置。500kV兰溪变继电保护和测控装置均按传统的变电站功能配置；站内MMS网与GOOSE网相分离，MMS承担站控层与间隔层设备通信，GOOSE网承担间隔层与过程层通信。全站主变、线路、母线、分段、母联、开关保护采用GOOSE方式跳合闸，35kV电容、电抗保护采用传统保护模式；测控装置具备GOOSE专用网口。MMS网采用单环网方式，分为两个环，站控层主机一、主机二分别接至两个不同的主交换机，各IED通过MMS网直接与主机通信。GOOSE网按电压等级分成500kV GOOSE网、220kV GOOSE网，两个电压等级GOOSE网完全独立。500kV保护GOOSE双网冗余，双星形结构，保护配置双重化配置，操作箱双重化配置；测控装置GOOSE单网结构，接入其中一个星形网，实现对第一套操作箱的开关闸刀控制及信号采集。220kV保护GOOSE网络也双重化，网络为独立的双环网结构，双重化保护分别接入不同网络上，保证了任意一台交换机故障不失去保护功能；测控装置GOOSE单网结构，接入第一套GOOSE网中，实现对第一套操作箱的开关闸刀控制及信号采集。
4数字化变电站应用思考
从最直观的方面看，与传统变电站比较，明显区别是控制电缆的大幅度减少，经实践总结电缆是常规变电站的10%-30%左右，其大部分电缆回路由光纤组成的网络代替，投资会随着技术的发展变得更经济。
在工程实施过程中应考虑好光缆敷设和熔接的可靠度、美观度。数字化变电站光缆多达上百根，分别接入ODF柜内和交换机屏，屏柜内部空间狭小，如何确保光缆、尾缆、尾纤的可靠和美观，也是个值得深思的问题。
数字化变电站广泛采用智能设备，对现有的调试、运行、维护和管理方法也是个革新。许多设备的输入输出接口都由传统的模拟接口和硬接线变为数字通信接口，必须有新的调试和检验设备以及相应规程。许多原来由不同部门管理的功能由同一设备实现也造成一些问题。所以规划数字式变电站时应充分考虑运行、维护和管理的因素，同时也应根据数字化变电站的特点适当调整运行、维护和管理的规程。
5结语
数字化是技术手段，是一个不断发展的过程，是变电站自动化技术的远景发展方向和必然趋势，实现智能电网的一个关键结点。数字化变电站的建设应从生产上的迫切需要出发，考虑技术上、管理上的现实可能，积极探索，稳妥推进。
参考文献
[1]蔡吉文,赵娟.数字化变电站技术浅析[J].陕西电力,2009,37:11.
[2]杨凯.变电站自动化系统未来的发展方向[J].电力系统通信,2007,28:12.
[3]曾桂辉.变电运行自动化分析[J].中小企业管理与科技,2009,28.
关键词变电站；智能化；网络结构；光电互感器
中图分类号TM文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)011-0180-01
1数字化变电站特征
由于早期各设备厂家存在信息共享方面的差异，增加了变电站建设的投资，给扩建和改建也带来了很大的难度，数字化变电站技术应运而生。它是建立在IEC61850通信规约基础上，规范了变电站内智能电子设备（IED）之间的通信行为和相关的系统要求，提供了设备之间信息标准化方法，能够实现站内智能电气设备间信息共享和互操作。数字化变电站主要由智能化一次设备和网络化二次设备分层构建。
1）智能化一次设备。传统变电站由电磁型互感器加上一次设备构成，之间采用控制电缆连接，造成一次设备为满足运行要求，需众多冗余设备，设备的安全性、可靠性、操作性有很多问题。智能化设备具有较高性能的开关设备和控制设备，配有电子设备、传感器和执行器，不仅具有开关设备的基本功能，还具有附加功能，尤其在监测和诊断方面。智能控制在线监视功能：电、磁、温度、开关机械、机构动作状态检修；状态监测；状态评估；检修计划；监测系统的成本、可信度、可靠性。智能控制功能：最佳开断；定相位合闸；定相位分闸；顺序控制。数字化的接口：位置信息；其它状态信息；分合闸命令。开关的电子操动：变机械储能为电容储能；变机械传动为变频器通过电机直接驱动，运动部件减少到一个，可靠性提高；电子电路的寿命、可靠性成为关键。可以采用光电互感器实现对实时数据的采集。
2）网络化的二次设备。网络化功能作为数字化变电站的高级应用，是数字化变电站的重要特征。按照IEC61850变电站自动化系统的国际标准设计，通过配置描述语言SCL，规范设备数据的命名、定义及设备行为与设备的自描述特征。对变电站系统中的对象统一建模，采用独立于网络结构的抽象通信接口，增强设备之间的互操作性。也可以在不同的设备之间实现无缝连接，实现真正意义上的资源共享、信息共享。
2系统的结构
1）过程层。①运行实时的电气测量。主要是电流、电压测量，其它的电气量如有功、无功等可通过间隔层的设备运算得出。采用光电式互感器，传统的模拟量被直接采集数字信号取代。其绝缘简单、体积小、重量轻、范围宽、无磁饱和、无谐振现象、可开路，而且数字信号抗干扰性能强。②运行设备的参数检测。需要检测参数的主要设备有变压器、断路器、隔离开关、母线、电容器以及直流电源系统。在线监测的主要内容有温度、压力、密度、绝缘、机械特性以及工作状态等数据。③接口方式。过程层设备与间隔层设备连接采用点对点或网络式总线方式，过程层设备具有自我检测、自我描述功能，支持IEC61850过程层协议。传输介质采用光纤传输。
2）间隔层。间隔层设备包括间隔对象配置的保护测控装置、计量装置以及接入其它智能设备的规约转换设备。所有保护测控都是基于标准化、模块化处理系统，要求所有信息上传。均能按照IEC61850协议建模并且支持智能设备的通信接口功能：汇总本间隔过程层实时数据信息；实施对一次设备保护控制功能；实施本间隔操作闭锁功能；实施同期操作及其他控制功能；对数据采集、统计运算及控制命令的发出，具有优先级别控制。
3）站控层。由变电站监控系统、远动系统、防误闭锁系统、保护信息管理系统、电量远传系统、安防监视系统、火灾报警系统并结合灯光遥控等系统进行整合。各系统均以网络通信方式接入间隔层网络，设置网络防火墙及网络物理隔离装置，经专用网络向相关部门传送数据。站控层设备与间隔层设备之间采用IEC61850协议通信。
3数字化变电站的网络结构
根据以上数字化变电站的各组成部分的技术及作用，对数字化变电站已有清晰的概念。下面是结合500kV兰溪变谈谈数字化变电站的网络架构。
数字化变电站系统中可以采用总线型、环型、星型、汇合型等网络拓扑结构。各结构均有各自的优缺点，应按工程的实际情况进行配置。500kV兰溪变继电保护和测控装置均按传统的变电站功能配置；站内MMS网与GOOSE网相分离，MMS承担站控层与间隔层设备通信，GOOSE网承担间隔层与过程层通信。全站主变、线路、母线、分段、母联、开关保护采用GOOSE方式跳合闸，35kV电容、电抗保护采用传统保护模式；测控装置具备GOOSE专用网口。MMS网采用单环网方式，分为两个环，站控层主机一、主机二分别接至两个不同的主交换机，各IED通过MMS网直接与主机通信。GOOSE网按电压等级分成500kV GOOSE网、220kV GOOSE网，两个电压等级GOOSE网完全独立。500kV保护GOOSE双网冗余，双星形结构，保护配置双重化配置，操作箱双重化配置；测控装置GOOSE单网结构，接入其中一个星形网，实现对第一套操作箱的开关闸刀控制及信号采集。220kV保护GOOSE网络也双重化，网络为独立的双环网结构，双重化保护分别接入不同网络上，保证了任意一台交换机故障不失去保护功能；测控装置GOOSE单网结构，接入第一套GOOSE网中，实现对第一套操作箱的开关闸刀控制及信号采集。
4数字化变电站应用思考
从最直观的方面看，与传统变电站比较，明显区别是控制电缆的大幅度减少，经实践总结电缆是常规变电站的10%-30%左右，其大部分电缆回路由光纤组成的网络代替，投资会随着技术的发展变得更经济。
在工程实施过程中应考虑好光缆敷设和熔接的可靠度、美观度。数字化变电站光缆多达上百根，分别接入ODF柜内和交换机屏，屏柜内部空间狭小，如何确保光缆、尾缆、尾纤的可靠和美观，也是个值得深思的问题。
数字化变电站广泛采用智能设备，对现有的调试、运行、维护和管理方法也是个革新。许多设备的输入输出接口都由传统的模拟接口和硬接线变为数字通信接口，必须有新的调试和检验设备以及相应规程。许多原来由不同部门管理的功能由同一设备实现也造成一些问题。所以规划数字式变电站时应充分考虑运行、维护和管理的因素，同时也应根据数字化变电站的特点适当调整运行、维护和管理的规程。
5结语
数字化是技术手段，是一个不断发展的过程，是变电站自动化技术的远景发展方向和必然趋势，实现智能电网的一个关键结点。数字化变电站的建设应从生产上的迫切需要出发，考虑技术上、管理上的现实可能，积极探索，稳妥推进。
参考文献
[1]蔡吉文,赵娟.数字化变电站技术浅析[J].陕西电力,2009,37:11.
[2]杨凯.变电站自动化系统未来的发展方向[J].电力系统通信,2007,28:12.
[3]曾桂辉.变电运行自动化分析[J].中小企业管理与科技,2009,28.