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淺談智能變電站自動化係統的應用與產品選型

更新時間：2023-09-22

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hth下载地址陳聰

摘要：現如今，智能變電站發展已經成為(wei) 了電力係統發展過程中的內(nei) 容，如何提高智能變電站的運行效率也成為(wei) 電力係統發展的一個(ge) 重要目標，為(wei) 了能夠更好地促進電力係統安全穩定運行，本文則就智能變電站自動化係統的實現進行了分析。

關(guan) 鍵詞：智能變電站；自動化係統；一體(ti) 化監控

0引言

電能作為(wei) 人們(men) 生產(chan) 生活不可少的主要能源，如何保障電能安全、經濟與(yu) 穩定地運輸和使用可謂是十分的重要。要想提升電力係統整體(ti) 運行效率，為(wei) 用戶提供安全的電能，需要對其中的設施設備進行技術創新，不斷滿足日漸嚴(yan) 峻的供電需求。變電站作為(wei) 整個(ge) 電力係統中非常關(guan) 鍵的部分，如何實現智能化發展是現如今較為(wei) 重要的目標任務之一。而本文也是基於(yu) 這一目的來進行了如下研究：

1智能變電站自動化係統的發展曆程與(yu) 特點

1.1發展曆程

分析變電站監控係統整個(ge) 發展曆程，我們(men) 就能夠發現其從(cong) *開始的集中式綜合自動化係統一直發展成為(wei) 了現如今的智能變電站一體(ti) 化監控係統。集中式綜合自動化係統在變電站內(nei) 設置數據采集櫃、控製櫃，對全站數據進行集中采集、集中控製。係統結構簡單，但單一模塊故障就會(hui) 導致數據丟(diu) 失，可靠性不高。分散式綜合自動化係統在設計過程中，則使用了間隔層及站控層這兩(liang) 層的架構方式。間隔層包含保護、測控、計量等裝置，按間隔配置；站控層包含後台係統、遠動、GPS對時裝置等。間隔層的功能實現不受站控層設備的影響，自動化係統的可靠性顯著提高。伴隨著IEC61850標準的製定和完善，數字化變電站迅速發展起來。其主要是借助於(yu) IEC61850來進行二次設備互聯與(yu) 操作，通過這一方式來促使裝置之間的水平通信得以有效實現，簡化了二次接線，係統可靠性進一步增強。在數字化變電站基礎上，在社會(hui) 不斷發展中電子式互感器、設備智能化發展進程也在不斷推進，在這種環境下，智能變電站開始使用具體(ti) 包含過程層、間隔層、站控層的三層體(ti) 係架構，通過這一種架構方式，能夠有效地在站內(nei) 實現全站信息共享與(yu) 設備統一管理，所以相較於(yu) 之前而言變電站自動化水平也有著明顯的提升。

1.2特點

智能變電站相較於(yu) 傳(chuan) 統變電站有如下顯著特點：一是設備安裝方式的變化，如過程層合並單元、智能終端就地安裝，保護測控裝置就地安裝。這使得變電站內(nei) 電纜用量顯著減少、光纜用量增加，電氣係統的信號也真正實現了數字化傳(chuan) 輸，並且信號在使用過程中的抗電磁幹擾能力也得到了增強。二是智能設備的使用，如智能變電站繼電保護裝置、測控裝置、智能表計、在線監測裝置、網絡分析儀(yi) 等。這些智能設備在變電站自動化係統之中的應用，能夠真正將係統運行狀態變成可視化，設備也開始從(cong) 之前的定期檢修發展成為(wei) 了狀態檢修。三是係統整合度也有了明顯的提升，智能變電站將原有計算機監控係統、保護信息子站、五防子站、電能計量、在線監測等分散係統整合為(wei) 一體(ti) 化監控係統，優(you) 化了係統結構。四是智能變電站構建全景數據平台，這一平台的存在直接實現了全站數據信息共享。

2智能變電站一體(ti) 化監控係統的設備與(yu) 架構

2.1係統架構

智能變電站自動化係統在設計過程中，可以使用三層兩(liang) 網結構來進行設計，具體(ti) 而言，其三層主要指的是站控層、間隔層、過程層等設備，而兩(liang) 網則主要指的是MMS網、SV/GOOSE網。典型220kV變電站一體(ti) 化監控係統結構圖如圖1所示。實際工程中可結合具體(ti) 情況對監控係統進行優(you) 化設計，如將MMS網、SV網.GOOSE網以及IEEE1588對時網四網合一，在確保整個(ge) 通信質量的基礎上，對網絡設備進行簡化處理。

圖1典型220kV智能變電站一體(ti) 化監控係統結構圖

2.2設備

智能變電站之中的監控係統站控層包含的設備較多，像是監控主機、操作員工作站、數據服務器、綜合應用服務器、數據通信網關(guan) 機，站控層交換機等都屬於(yu) 這一層的設備；間隔層設備主要包括智能繼電保護、智能測控、PMU、智能電度表、間隔層交換機等；過程層設備則包括合並單元、智能終端以及過程層交換機等網絡設備。在對智能變電站自動化係統進行設計的時候，可在不同電壓等級變電站設備配置原則的基礎上研究優(you) 化方案，例如，可以使用合並單元智能終端一體(ti) 化裝置、智能保護測控一體(ti) 化裝置等，同時再將PMU功能與(yu) 測控功能有效地結合在一起，這樣就能真正讓交換機數量變少，同時還能有效減少智能變電站光纜數量，降低智能變電站自動化係統的設備投資。

3智能變電站監控係統功能與(yu) 核心技術

3.1主要功能

智能變電站一體(ti) 化監控係統若能得以實現，其主要功能就體(ti) 現在以下幾個(ge) 方麵：（1）全景數據采集功能。包括變電站穩態、暫態數據，一次、二次及輔助設備運行狀態數據。（2）運行監視功能。這一功能中主要包含了運行監視、設備狀態監視等。（3）控製與(yu) 操作功能，包含操作控製安全性機製、順序控製、防誤閉鎖、智能操作票、無功優(you) 化控製等。（4）信息綜合分析與(yu) 智能警示功能，包含智能告警，故障綜合分析等。（5）運行管理功能。這一項功能主要就表現在源端維護、權限管理、設備管理等方麵。（6）輔助應用功能，包含視頻監控、安全防護、環境監測、火災報警等，實現對重要設備操作前後的圖像確認。

3.2核心技術

智能變電站的發展依賴於(yu) 網絡通信技術、智能繼電保護采樣與(yu) 數據同步技術、時間同步係統與(yu) 對時技術、智能變電站調試技術等核心技術的不斷發展。智能變電站采用工業(ye) 以太網技術全麵替代傳(chuan) 統總線技術，基於(yu) 交換機製的以太網交換機已從(cong) 百兆、千兆發展至萬(wan) 兆，以太網通信速率甚至已達到lOOGbps,這使得網絡通信係統能夠滿足其承載的保護業(ye) 務對可靠、快速、準確和安全性能的要求。智能變電站繼電保護相較於(yu) 傳(chuan) 統保護來說被動接收合並單元發來的采樣數據，而從(cong) 合並單元向保護發送數據的延時受通信通道工況的影響將導致CPU接收數據的時間間隔變動較大，需要新的采樣傳(chuan) 送機製來應對這一挑戰；而對於(yu) 線路光纖縱差保護裝置而言，由於(yu) 存在一側(ce) 為(wei) 電子式互感器采樣、另一側(ce) 為(wei) 傳(chuan) 統互感器采樣的情形，常規采樣數據同步方法受到了挑戰，可采用改進插值法、時鍾接力法等算法實現采樣數據同步。智能變電站在進行對時係統設計方麵，其方式也較多，像是IRIG-B碼對時、脈衝(chong) 對時、網絡對時等都屬於(yu) 其成熟方式；其中IEEE1588則是使用了主從(cong) 結構之中精度較高的網絡時鍾同步協議，借助於(yu) 這一協議能夠真正實現亞(ya) 微秒級同步精度，在其發展過程中加入了同等路徑延遲機製，並采用基於(yu) IEEE8O2.3的MAC地址多播方式，不需要增加額外網絡設備便可提供一種高效可行的時鍾對時方案。智能變電站由於(yu) 大量的電纜硬連接被網絡通信報文代替、配置過程又基於(yu) 電子化SCL模型文件，故其調試方法有很大變化，應采用先功能後性能、先單裝置後係統的分層次調試流程。調試過程中如果出現裝置功能更改、對外信息變化等情況，裝置ICD文件會(hui) 發生變化，應根據變更情況進行分析，及時確定與(yu) 之相關(guan) 的所有裝置，並相應修改SCD與(yu) CID文件。

4智能變電站自動化係統設計要點

4.1設備配置

假設智能變電站電壓等級是220kV及以上的話，其高壓各個(ge) 間隔就可以使用雙套進行保護，同時還可以使用單套來實現測控，而且相應的過程層之中是配置雙套合並單元以及雙套智能終端；主變則可以為(wei) 其配置雙套保護以及單套測控，相應的高壓側(ce) 可為(wei) 其配置雙套智能終端以及合並單元，對於(yu) 中壓110kV側(ce) 與(yu) 低壓側(ce) 在進行配置的時候，則可以為(wei) 其配置雙套合並單元智能終端一體(ti) 化裝置；電壓等級若是110kV,在配置過程中除了主變之外，*好是每間隔使用單套保護測控集成裝置與(yu) 單套合並單元智能終端一體(ti) 化裝置；電壓等級若是35kV及以下的話，在配置過程中其間隔除主變之外的，則可以考慮使用單套保護測控計量三合一裝置，就地安裝在相應開關(guan) 櫃內(nei) 。在這一配置過程中，過程層與(yu) 站控層所構建的網絡均可以使用雙網冗餘(yu) 星形結構。實際工程中變電站設備配置應在充分滿足係統性能要求的基礎上盡量簡化，以降低設備投資與(yu) 故障率。

4.2采樣跳閘方式選擇

基於(yu) 智能變電站網絡結構及IEC61850信息傳(chuan) 輸標準，智能變電站保護、測控、計量、故障錄波、PMU等業(ye) 務可采用多種采樣控製方式。以*重要的繼電保護業(ye) 務為(wei) 例，智能變電站繼電保護采樣與(yu) 跳閘方式分成以下幾種：(1)直采直跳。這一種係統模式在實際應用過程中，繼電保護設備能夠直接通過光纖直連的方式來實現跳閘與(yu) 采樣，優(you) 點在於(yu) 可靠性高，但光纜數量很大。(2)網采直跳。這一係統模式是指采樣值由SV網采集，跳閘采用光纖直連實現。其優(you) 點在於(yu) 跳閘可靠性高，對SV網性能要求高，要求網絡通信性能穩定。(3 )直采網跳。這一係統模式是指采樣值通過光纜直連采集，再經過GOOSE網實現網絡跳閘。這種方式采樣可靠性高，跳閘要求GOOSE網性能穩定。⑷網采網跳。這一模式直接打破了傳(chuan) 統的采樣與(yu) 跳閘方式，通過SV網與(yu) GOOSE網來實現采樣與(yu) 跳閘，大程度地發揮了智能變電站網絡化特點，但對係統網絡性能要求很高。隨著網絡通信技術與(yu) 智能繼電保護采樣同步技術的發展，智能變電站繼電保護網采網跳方式將得到更廣泛的應用。

5 hth下载地址Acrel-1000變電站綜合自動化係統

5.1方案綜述

Acrel-1000變電站綜合自動化監控係統在邏輯功能上由站控層、間隔層二層設備組成，並用分層、開放式網絡係統實現連接。站控層設備包括監控主機，提供站內(nei) 運行的人機聯係界麵，實現管理控製間隔層設備等功能，形成全站監控，並與(yu) 遠方監控、調度通信；間隔層由若幹個(ge) 二次子係統組成，在站控層及站控層網絡失效的情況下，仍能獨立完成間隔層設備的就地監控功能。

針對工程具體(ti) 情況，設計方案具有高可靠性，易於(yu) 擴充和友好的人機界麵，性能價(jia) 格比*，監控係統由站控層和間隔層兩(liang) 部分組成，采用分層分布式網絡結構，站控層網絡采用TCP/IP協議的以太網。站控層網絡采用單網雙機熱備配置。

5.2應用場所：

適用於(yu) 公共建築、工業(ye) 建築、居住建築等各行業(ye) 35kV以下電壓等級的用戶端配、用電係統運行監視和控製管理。

5.3係統結構

5.4係統功能

5.4.1 實時監測

Acrel-1000變電站綜合自動化係統，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態，實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態監視各配電回路斷路器、隔離開關(guan) 、地刀等合、分閘狀態及有關(guan) 故障、告警等信號。

5.4.2 報警處理

監控係統具有事故報警功能。事故報警包括非正常操作引起的斷路器跳閘和保護裝置動作信號；預告報警包括一般設備變位、狀態異常信息、模擬量或溫度量越限等。

1）事故報警。事故狀態方式時，事故報警立即發出音響報警（報警音量任意調節），操作員工作站的顯示畫麵上用顏色改變並閃爍表示該設備變位，同時彈窗顯示紅色報警條文，報警分為(wei) 實時報警和曆史報警，曆史報警條文具備選擇查詢並打印的功能。

事故報警通過手動，每次確認一次報警。報警一旦確認，聲音、閃光即停止。

次事故報警發生階段，允許下一個(ge) 報警信號進入，即次報警不覆蓋上一次的報警內(nei) 容。報警處理具備在主計算機上予以定義(yi) 或退出的功能。

2）對每一測量值（包括計算量值），由用戶序列設置四種規定的運行限值（物理下限、告警下限、告警上限、物理上限），分別定義(yi) 作為(wei) 預告報警和事故報警。

3）開關(guan) 事故跳閘到次數或開關(guan) 拉閘到次數，推出報警信息，提示用戶檢修。

4）報警方式。

報警方式具有多種表現形式，包括彈窗、畫麵閃爍、聲光報警器、語音、短信、電話等但不限於(yu) 以上幾種方式，用戶根據自己的需要添加或修改報警信息。

5.4.3 調節與控製

操作員對需要控製的電氣設備進行控製操作。監控係統具有操作監護功能，允許監護人員在操作員工作站上實施監護，避免誤操作。

操作控製分為(wei) 四級：

第控製，設備就地檢修控製。具有優(you) 先級的控製權。當操作人員將就地設備的遠方/就地切換開關(guan) 放在就地位置時，將閉鎖所有其他控製功能，隻進行現場操作。

級控製，間隔層後備控製。其與(yu) 第三級控製的切換在間隔層完成。

第三級控製，站控層控製。該級控製在操作員工作站上完成，具有遠方/站控層的切換。

第四級控製，遠方控製，優(you) 先級。

原則上間隔層控製和設備就地控製作為(wei) 後備操作或檢修操作手段。為(wei) 防止誤操作，在任何控製方式下都需采用分步操作，即選擇、返校、執行，並在站級層設置操作員、監護員口令及線路代碼，以確保操作的性和正確性。對任何操作方式，保證隻有在上一次操作步驟完成後，才進行下一步操作。同一時間隻允許一種控製方式。

納入控製的設備有：35kV及以下斷路器；35kV及以下隔離開關(guan) 及帶電動機構的接地開關(guan) ；站用電380V斷路器；主變壓器分接頭；繼電保護裝置的遠方複歸及遠方投退連接片。

3）定時控製。操作員對需要控製的電氣設備進行定時控製操作，設定啟動和關(guan) 閉時間，完成定時控製。

4）監控係統的控製輸出。控製輸出的接點為(wei) 無源接點，接點的容量對直流為(wei) 110V（220V）、5A，對交流為(wei) 220V、5A。