电力综合自动化系统中数字化变电站的特点

电力综合自动化系统中数字化变电站的特点

何桐丽何平利

何桐丽何平利（承德供电公司河北承德067000）

一、引言

近几年随着科学技术的飞速发展，全数字化的变电站综合自动化系统已经出现。它改变了传统的二次设备的组态模式，增强了输配电的可靠性，提高了电网建设的现代化水平。变电站综合自动化系统是在计算机技术和网络通信技术成熟的基础上发展起来的，它降低了变电站的总造价，因此近几年综合自动化技术在电力系统中被广泛应用。随着智能化开关、光电式电流电压互感器、一次运行设备在线状态检测及自诊断、变电站运行操作培训仿真等技术日趋成熟，一些传感器和控制器基于新的物理测量原理为一次设备增添了新的功能，提高了测量精度，降低了电流电压动态测量范围的误差。这些新技术的广泛应用，必将对已有的变电站自动化技术产生深刻的影响。

二、数字化变电站自动化系统的特征及结构

1.数字化变电站自动化系统的特征。数字化变电站自动化系统大致有以下几个特点：

（1）智能化的一次设备。一次设备被检测的信号回路和被控制的操作驱动回路，采用微处理器和光电技术设计，变电站二次回路中常规的继电器及其逻辑回路被可编程控制器代替，常规的强电模拟信号和控制电缆被光电数字和光纤代替。

（2）网络化的二次设备。变电站内常规的二次设备，如继电保护装置、测量控制装置、防误闭锁装置、远动装置、故障录波装置、电压无功控制、同期操作装置以及正在发展中的在线状态检测装置等全部基于标准化、模块化的微处理机设计制造，设备之间的连接全部采用高速的网络通信，二次设备不再出现功能装置重复的I/O现场接口，通过网络真正实现了数据共享、资源共享，常规的功能装置变成了逻辑的功能模块。

（3）自动化的运行管理系统：变电站运行管理自动化系统应包括电力生产运行数据、状态记录统计无纸化、自动化；变电站运行发生故障时，能及时提供故障分析报告，指出故障原因及处理意见；系统能自动发出变电站设备检修报告，即常规的变电站设备“定期检修”改为“状态检修”。

2.数字化变电站自动化系统的结构。随着智能化电气的发展，特别是智能开关、光电式互感器等机电一体化设备的出现和应用，变电站自动化的技术迈入了数字化的新阶段。在高压和超高压变电站中，智能化一次设备的数字化传感器、数字化控制回路代替了常规继电保护装置、监控装置等的I/O部分，而在中低压变电站则将保护、监控装置小型化、紧凑化，完整地安装在开关柜上，实现了变电站机电一体化设计。由于IEC61850在实际中证明了具有广泛应用性，使变电站数字化系统的结构易于走统一化、模块化、标准化路线。IEC61850是国际电工委员会TC57工作组制定的《变电站通信网络和系统》系列标准，是基于网络通信平台的变电站自动化系统唯一的国际标准，它不仅规范保护测控装置的模型和通信接口，而且还定义了数字式TA、TV、智能式开关等一次设备的模型和通信接口。它将变电站通信体系分为3层：变电站层、间隔层、过程层。在变电站层和间隔层之间的网络采用抽象通信服务接口映射到制造报文规范（MMS）、传输控制协议/网际协议（TCP/IP）以太网或光纤网。在间隔层和过程层之间的网络采用单点向多点的单向传输以太网。变电站内的智能电子设备（IED，测控单元和继电保护）均采用统一的协议,通过网络进行信息交换。

在逻辑结构上数字化变电站自动化系统分为三个层次，这三个层次分别称为“变电站层”、“间隔层”、“过程层”。各层次内部和层次之间采用高速网络通信，三个层次的关系如下：

（1）变电站层。变电站层的主要任务是：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；按既定协约将有关数据信息送往调度或控制中心；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；具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能；具有（或备有）站内当地监控、人机联系功能，如显示、操作、打印、报警等功能以及图像、声音等多媒体功能；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；具有（或备有）变电站故障自动分析和操作培训功能。

（2）间隔层。间隔层的主要功能是：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；实施操作同期及其他控制功能；对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制；承上启下的通信功能，即同时高速完成与过程层及变电站层的网络通信功能，必要时，上下网络接口具备双口全双工方式以提高信息通道的冗余度，保证网络通信的可靠性。

（3）过程层。过程层是一次设备与二次设备的结合面，或者说过程层是智能化电气设备的智能化部分，其主要功能可分为三类：①电气运行的实时电气量检测。即利用光电电流、电压互感器及直接采集数字量等手段，对电流、电压、相位及谐波分量等进行检测。②运行设备的状态参数在线检测与统计。如对变电站的变压器、断路器、母线等设备在线检测温度、压力、密度、绝缘、机械特性以及工作状态等数据。③操作控制的执行与驱动。在执行控制命令时具有智能性，能判断命令的真伪及其合理性，还能对即将进行的动作精度进行控制，如能使断路器定向合闸、选相分闸，在选定的相角下实现断路器的关合和开断，要求操作时间限制在规定的参数内。

三、变电站自动化系统通信网络的要求

1.功能要求。通信网络的根本任务是解决综合自动化系统内部以及与其他系统之间的实时信息交换，而网络是不可或缺的功能载体，那么构建一个可靠、实时、高效的网络体系是通信系统的关键之一。国际大电网会议第34组保护与控制讨论和介绍了变电站自动化及其通信系统，其基本一致的枷刖褪峭ㄐ偶际跏潜涞缯咀远低车墓丶?通信网络是连接站内各种智能电子设备（IED）的纽带，因此它必须能支持各种通信接口，满足通信网络标准化。

随着变电站的无人化以及自动化信息量的不断增加，通信网络必须有足够的空间和速度来存储和传送事件、电量、操作、故障以及录波等数据。为改善电压运行质量，无人值班变电站要求通信网络具有电压无功自动调节功能、系统对时功能等。另外自诊断、自恢复以及远方诊断、在线状态检测是针对运行维护提出的几项功能要求。

2.性能要求。通信网络的性能要求主要体现在以下几个方面：

（1）可靠性。由于电力生产的连续性和重要性，站内通信网络的可靠性是第一位的，应避免一个装置损坏导致站内通信中断。特别是数字、图像信息的多媒体技术的应用，我们会更加依赖通信网络，因此，一个可靠的通信网络是首要条件。

（2）开放性。站内通信网络为调度自动化的一个子系统，除了保证站内IED设备互连、便于扩展外，它还应服从电力调度自动化的总体设计，硬件接口应满足国际标准，选用国际标准的通信协议，方便用户的系统集成。

（3）实时性。因测控数据、保护信号、遥控命令等都要求实时传送，虽然正常工作时，站内数据流不大，但出现故障时要传送大量的数据，要求信息能在站内通信网络上快速传送。

四、结束语

通信网络是变电站自动化系统的关键。本文论述了数字化变电站自动化系统的特征、结构，提出了数字化变电站综合自动化系统的特点，分析研究了以太网在数字化变电站自动化系统中应用模式和传输模式这两个关键问题。数字化变电站自动化系统是一个系统工程，未来随着新技术的不断涌现和变电站与国际标准的接轨，数字化变电站自动化系统必将走向标准化设计方向，变电站自动化技术将得到蓬勃发展。