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变电站数字化改造过程层设备接入方案
[ 通信界 / 张军 张健 甘肃省电力设计院 / www.cntxj.net / 2009/6/25 15:37:45 ]
 
  摘  要:本文简介了数字化变电站的技术特征和系统结构,并对常规综合自动化变电站的数字化改造的策略及过程层设备的接入方案进行分析。 
  关键词:数字化 变电站 系统结构 过程层  
 
  数字化变电站[1]是以变电站一、二次系统为数字化对象,对数字化信息进行统一建模,将物理设备虚拟化,采用标准化的网络通信平台,实现信息共享和互操作,它是由智能化一次设备、网络化二次设备在IEC61850通信协议基础上分层构建,能够实现智能设备间信息共享和互操作的现代化变电站。与常规变电站相比,数字化变电站间隔层和站控层的设备及网络接口只是接口和通信模型发生了变化,而过程层却发生了较大的改变,由传统的电流、电压互感器、一次设备以及一次设备与二次设备之间的电缆连接,逐步改变为电子式互感器、智能化一次设备、合并单元、光纤连接等内容。
  基于IEC61850通信系统[2]的数字化变电站能大幅度改善信息技术和自动化技术的设备数据集成,减少工程量、现场验收、运行、监视、诊断和维护等费用,节约大量时间,增加了自动化系统使用期间的灵活性。它解决了变电站自动化系统产品的互操作性和协议转换问题。极大的方便了系统的集成,降低了变电站自动化系统的工程费用。在我国采用该标准系列将大大提高变电站自动化系统的技术水平、提高变电站自动化系统安全稳定运行水平、节约开发验收维护的人力物力、实现完全的互操作性[3]。
1数字化变电站系统结构[4]
  数字化变电站自动化系统的结构在物理上可分为两类,即智能化的一次设备和网络化的二次设备;在逻辑结构上可分为三个层次,根据IEC61850通信协议草案定义,这三个层次分别称为“站控层”、“间隔层”和“过程层”。
1.1站控层
  站控层的主要任务是:①通过两级高速网络汇总全站的实时数据信息,不断刷新实时数据库,按时登录历史数据库;②按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心;③接收调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行;④具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能;⑤具有(或备有)站内当地监控,人机联系功能,如显示、操作、打印、报警,甚至图像,声音等多媒体功能;⑥具有对间隔层、过程层诸设备的在线维护、在线组态,在线修改参数的功能;⑦具有(或备有)变电站故障自动分析和操作培训功能.
1.2间隔层
  间隔层设备的主要功能是:①汇总本间隔过程层实时数据信息;②实施对一次设备保护控制功能;③实施本间隔操作闭锁功能;④实施操作同期及其他控制功能;⑤对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制;⑥承上启下的通信功能,即同时高速完成与过程层及站控层的网络通信功能。
1.3过程层
  过程层是一次设备与二次设备的结合面,或者说过程层是指智能化电气设备的智能化部分。过程层的主要功能分三类:①电力运行实时的电气量检测;②运行设备的状态参数检测;③操作控制执行与驱动。
2常规变电站数字化改造策略
  对于不同电压等级的常规变电站,考虑到目前智能化高压电器尚不成熟,通过分散布置的智能操作箱实现一次设备智能化的应用较短;各类数字化接口保护装置虽然得到了一些应用,但应用时间也较短;应根据具体情况酌情处理。
  因此,针对系统内作用重大、地位重要的220kV及以上变电站,宜采用积极稳妥、渐进发展的原则,进行改造。即:变电站自动化系统在站控层和间隔层实现基于IEC61850标准的系统,对于过程层暂时不进行变化;变电站所有装置和后台系统实现IEC61850,所有改动仅限于通信层面,对变电站现有格局影响最小。当然,可以考虑对其中低压侧进行相应数字化改造。
  针对系统内影响较小、结构简单的110kV及以下变电站,可采用积极推进、滚动发展、试验完善的原则,进行改造。即:变电站自动化系统从站控层、间隔层和过程层实现基于IEC61850标准的系统;应用分散布置的智能操作箱、分散布置的MU,实现从站控层、间隔层、过程层全面实现基于IEC61850标准的数字化变电站系统。通过这种设计,变电站二次电缆大为减少,总体系统趋于简单。
  通过上述改造原则,我们可以看到,这种改造模式的优点在于:
  ①无需对投资较大、更换困难、运行状态尚好的一次开关类设备、互感器设备进行更换;②减少大量工作量、极大缩短改造周期,实现数字化变电站改造;③针对不同应用,采用不同技术策略,既保证系统的可靠性,又不失技术的先进性,并可为后续技术进步及改进,提供无缝升级和扩展的可能;充分考虑现实状况,提供不同的技术解决方案,并可以灵活组合,充分适应各类不同应用的需求。
 
变电站改造方案
3.1变电站架构
  对于结构简单、进出回路较少、系统功能及逻辑较为简单的常规中低压变电站可以考虑集中分散式架构。即站控层与分布式架构相同,采用支持IEC61850标准的站控层设备,构成基于IEC61850标准的数字化变电站站控层。
  对于高压进出线、主变等通过一套或数套支持IEC61850标准的集中式测控保护装置(每组均需冗余配置),组成基于IEC61850的数字化变电站系统,在间隔层实现IEC61850。
  对于低电压等级,由于基本采用开关柜形式,电子式互感器的技术和经济优势不明显,而且各个间隔间的电流和电压信号基本上不需要在多个间隔层设备之间共享,不必对电流和电压信息进行数字化后再以IEC61850(或者IEC60044-8)标准进行传输。对于低电压等级,可以仍采用常规互感器,或者采用低功率输出的新型互感器并以就地安装的间隔层设备想配合,间隔层设备采用数字化接口支持IEC61850规约。
3.2过程层设备接入解决方案
1)国内解决办法
  ①应用智能操作箱。对于过程层,由于断路器、刀闸等一次设备暂不具备实现数字化的条件,对需要进行分散控制的开关类设备,采用

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作者:张军 张健 甘肃省电力设计院 合作媒体:专网通信世界-中国电力通信网 编辑:顾北

 

 

 
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