智能變電站自動化系統(tǒng)

1、智能變電站自動化系統(tǒng)1 智能變電站簡介 智能變電站作為智能電網(wǎng)的物理基礎(chǔ)，同時作為高級調(diào)度中心的信息采集 和命令執(zhí)行單元，是智能電網(wǎng)的重要組成部分。作為智能電網(wǎng)當(dāng)中的一個重要 節(jié)點(diǎn)，智能變電站以變電站一、二次設(shè)備為數(shù)字化對象，以高速網(wǎng)絡(luò)通信平臺 為基礎(chǔ)，通過對數(shù)字化信息進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，實現(xiàn)站內(nèi)外信息共享和互操作，并以 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)測量監(jiān)視、控制保護(hù)、信息管理等自動化功能的變電站。 智能變電站既是下一代變電站的發(fā)展方向，又是建設(shè)智能電網(wǎng)的物理基礎(chǔ)和要 求。為了實現(xiàn)智能化電網(wǎng)的目標(biāo)，智能變電站的研究和建設(shè)具有重要的意義。1.1智能變電站的特點(diǎn)及功能隨著智能電網(wǎng)的提出和建立，變電站將由數(shù)字化演變

2、為智能化，更突出“智能”的特點(diǎn)。智能化變電站在數(shù)字化變電站的基礎(chǔ)之上，賦予了以下十二 個“智能特征”或“智能化功能”。一次設(shè)備智能化 與數(shù)字化變電站描述的一次設(shè)備智能化相比，智能變電站加大了一次設(shè)備 信息化，可監(jiān)測更多自身狀態(tài)信息，也可通過網(wǎng)絡(luò)獲知系統(tǒng)及其他設(shè)備的運(yùn)行 狀態(tài)等信息。自動化程度更高，具有比常規(guī)自動化設(shè)備更多、更復(fù)雜的自動化 功能。具備互動化能力，與上級監(jiān)控設(shè)備、系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備、調(diào)度及用戶等及 時交換信息，分布協(xié)同操作。信息建模統(tǒng)一化除了基于 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)的建模外，智能變電站能實時監(jiān)測轄區(qū)電網(wǎng)的運(yùn) 行狀態(tài)，自動辨識設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)模型，從而為控制中心提供決策依據(jù)。數(shù)據(jù)采集全景化

3、 智能變電站利用對時系統(tǒng)，同步區(qū)域和站內(nèi)時鐘，完善和標(biāo)準(zhǔn)化站內(nèi)設(shè)備 的靜態(tài)和動態(tài)信息模型，向智能電網(wǎng)提供統(tǒng)一斷面的全景數(shù)據(jù)。采用新型傳感 技術(shù)、同步測量技術(shù)、狀態(tài)檢測技術(shù)等逐步提高數(shù)字化程度，逐步實現(xiàn)潮流數(shù) 據(jù)的精確時標(biāo)，實時信息共享、支撐電網(wǎng)實時控制和智能調(diào)節(jié)，支撐各級電網(wǎng) 的安全穩(wěn)定運(yùn)行和各類高級應(yīng)用。設(shè)備檢修狀態(tài)化 全面采集能夠反映系統(tǒng)主設(shè)備運(yùn)行的電脈沖、氣體生成物、局部過熱等各 種特征量。智能變電站配置用于監(jiān)測系統(tǒng)主設(shè)備的傳感器，或者由智能一次設(shè) 備直接提供其功能。利用 DL/T860 提供的建模方法，建立設(shè)備狀態(tài)檢修的信 息模型，構(gòu)建具備較為可靠實用的狀態(tài)監(jiān)測預(yù)警算法和機(jī)制、支撐狀態(tài)

4、檢修實 踐的專家系統(tǒng)?？刂撇僮髯詣踊?程序化操作。智能變電站具備程序化操作功能，除站內(nèi)的一鍵觸發(fā)，還可 接收和執(zhí)行監(jiān)控中心、調(diào)度中心和當(dāng)?shù)睾笈_系統(tǒng)發(fā)出的操作指令，自動完成相 關(guān)運(yùn)行方式變化要求的設(shè)備操作。程序化操作具備直觀的圖形界面，在站層和 遠(yuǎn)端均可實現(xiàn)可視化的閉環(huán)控制和安全校驗，且能適應(yīng)不同的主接線和不同的 運(yùn)行方式，滿足無人值班及區(qū)域監(jiān)控中心站管理模式的要求。事故處理智能化（1）智能告警及分析決策。對全站告警信息進(jìn)行綜合分類，實現(xiàn)全站信息 的分類告警功能。（2）智能告警策略。包含信號的過濾及報警顯示方案、告警信號的邏輯關(guān) 聯(lián)、推理技術(shù)和事故及異常處理方案。預(yù)告信號以故障常態(tài)為信號觸發(fā)狀態(tài)

5、， 瞬時中間信號做過濾處理。正常操作引起的預(yù)告信號做過濾處理。（3）故障分析與輔助決策。（4）電能質(zhì)量評估與決策?；谧冸娬倦娔苜|(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)電能質(zhì)量 分析與決策的功能，為電能質(zhì)量的評估和治理提供依據(jù)與決策。保護(hù)控制協(xié)同化（1）站域保護(hù) 在變電站內(nèi)基本的控制與保護(hù)手段保留的前提下，建設(shè)站域保護(hù)，其要求 是：保證繼電保護(hù)的四性原則、主 /后備原則、近 /遠(yuǎn)后備原則。站域保護(hù)宜全方 位地綜合利用全站信息來提高保護(hù)性能，且適應(yīng)變電站的各種運(yùn)行方式和變電 站分階段建設(shè)的模式。站域保護(hù)實現(xiàn)全站的快速且有選擇性的后備保護(hù)。既可 以綜合利用變電站內(nèi)各側(cè)的電壓和 /或電流關(guān)系對各側(cè)的故障進(jìn)行定位以實現(xiàn)全

6、站的快速后備保護(hù)，也可以在原有后備保護(hù)的基礎(chǔ)上根據(jù)與之配合的主保護(hù)或 者后備保護(hù)的動作情況來縮短該后備保護(hù)的延時。（2）電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)自適應(yīng) 智能變電站應(yīng)具有與相關(guān)變電站之間實時傳送繼電保護(hù)、備用電源自動投 入裝置等信息，實現(xiàn)智能電網(wǎng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行。根據(jù)站內(nèi)收集和站間交換的信息以 及調(diào)度中心的指令，識別并自適應(yīng)電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。在電網(wǎng)正常運(yùn)行狀態(tài)下， 綜合利用 FACTS、變壓器調(diào)壓、無功補(bǔ)償設(shè)備投切等手段，控制和優(yōu)化潮流 分配，提高輸送能力和運(yùn)行效率。在電網(wǎng)緊急運(yùn)行狀態(tài)下，與相鄰變電站和調(diào) 度中心協(xié)調(diào)配合，動態(tài)改變繼電保護(hù)和穩(wěn)定控制的策略和參數(shù)，適應(yīng)電網(wǎng)拓?fù)?和潮流分布的改變，擴(kuò)展運(yùn)行邊界，提高實際

7、可用穩(wěn)定裕度，保障電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn) 行。變電站運(yùn)行管理安全經(jīng)濟(jì)化（1）具有站內(nèi)狀態(tài)估計功能。宜具有辨識變電站內(nèi)拓?fù)溴e誤（數(shù)字量）和 壞數(shù)據(jù)（模擬量）的功能，將拓?fù)溴e誤和壞數(shù)據(jù)解決在變電站內(nèi)，獲得高可靠 的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、高精度的母線復(fù)電壓和支路復(fù)電流熟數(shù)據(jù)，保證基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的正確 性及滿足智能電網(wǎng)快速狀態(tài)估計的要求。（2）經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與優(yōu)化控制。在站內(nèi)配置無功電壓控制設(shè)備，配合自動電壓 控制系統(tǒng)，利用智能變電站先進(jìn)的通信手段采集多方數(shù)據(jù)，監(jiān)視電網(wǎng)的無功狀 態(tài)，運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)學(xué)模型、信息模型，從基于電網(wǎng)的角度對廣域分散的電網(wǎng)無 功裝置進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化控制。實現(xiàn)降低網(wǎng)損、提高電壓合格率、改善電能質(zhì)量， 達(dá)到系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

8、和優(yōu)化控制的目的。（3）安全狀態(tài)評估 /預(yù)警 /控制。智能變電站為不同調(diào)度層面在線安全穩(wěn)定 防御系統(tǒng)提供信息交互接口，為在線安全狀態(tài)評估系統(tǒng)提供實時可靠的信息， 以便其進(jìn)行實時在線評估、預(yù)警和控制，實現(xiàn)智能電網(wǎng)預(yù)防控制和緊急控制的 協(xié)調(diào)。（4）資產(chǎn)（設(shè)備）全壽命周期管理。智能變電站支持設(shè)備信息和運(yùn)行維護(hù) 策略與調(diào)度中心實現(xiàn)全面互動，實現(xiàn)基于狀態(tài)的全壽命周期管理。通過建立精 益化的評估體系，從資產(chǎn)全壽命周期的安全、效能和成本角度，逐步建立全壽 命周期綜合優(yōu)化管理體系，提供綜合最優(yōu)的資產(chǎn)投資、運(yùn)行維護(hù)和資產(chǎn)處置方 案，提高變電站運(yùn)行的安全性，為規(guī)劃、生產(chǎn)、管理等一系列工作提供智能輔 助決策支持。（

9、5）在數(shù)據(jù)源頭維護(hù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的唯一性及維護(hù)的方便性。大規(guī)?？稍偕茉唇尤爰床寮从没悄茏冸娬局С蛛娫磁c調(diào)度中心全面互動，實現(xiàn)電源與電網(wǎng)的高度協(xié)調(diào)。 用戶管理互動化智能變電站具有向大用戶實時傳送電價、電量、電能質(zhì)量及電網(wǎng)負(fù)荷信息 的功能，支持電力交易的有效開展，實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置；激勵電力市場主體 參與電網(wǎng)安全管理，從而實現(xiàn)智能電網(wǎng)各環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)運(yùn)行。1.1.11防災(zāi)減災(zāi)安全化智能變電站配置災(zāi)害防范、安全防范子系統(tǒng)，留有與“電網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)與應(yīng) 急指揮信息系統(tǒng)”的通信接口，為各種自然災(zāi)害和突發(fā)事件的監(jiān)測、預(yù)測、預(yù) 警提供有效信息和判據(jù)，為指揮相關(guān)部門的應(yīng)急聯(lián)動提供決策依據(jù)。1.1.12通信網(wǎng)路安全化在

10、數(shù)字化變電站工程實踐中，站內(nèi)實現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)安全措施。而在智能化變 電站中，能夠?qū)崿F(xiàn)站內(nèi)、站間的通信網(wǎng)絡(luò)安全措施管理。1.2智能變電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)按IEC61850標(biāo)準(zhǔn)將智能變電站系統(tǒng)從功能上劃分為變電站層、間隔層和過程層三部分組成，并通過分層、分布、開放式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實現(xiàn)連接（如圖1所示）。電子武卄（4畠MCI楊I(lǐng) 金*JJMIE 2d憩卞花蔭庖站噩統(tǒng)砧均圖1智能變電站二層兩網(wǎng)結(jié)構(gòu)（1）過程層該層直接和一次設(shè)備的傳感器信號、狀態(tài)信號接口和執(zhí)行器相接，該層設(shè)備可以和一次設(shè)備一起實現(xiàn)就地現(xiàn)場安裝，通過合并單元MU和智能單元實現(xiàn) 電力一次設(shè)備工作狀態(tài)和設(shè)備屬性的數(shù)字化，過程層設(shè)備通過過程層總線和間 隔層設(shè)備

11、相連，并通過 GPS 授時信號產(chǎn)生系統(tǒng)同步時鐘信號。(2) 間隔層 間隔層設(shè)備主要實現(xiàn)保護(hù)和監(jiān)控功能，并實現(xiàn)相關(guān)的控制閉鎖和間隔級信 息的人機(jī)交互功能，間隔層設(shè)備可以通過間隔層總線實現(xiàn)設(shè)備間相互對話機(jī)制， 間隔層設(shè)備可以集中組屏或就地下放。(3) 變電站層 變電站層設(shè)備包括變電站就地操作后臺系統(tǒng)、外部數(shù)據(jù)交互接口(控制中 心數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、保護(hù)信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口、設(shè)備管理系統(tǒng))和通用功能服務(wù)等。 通用功能服務(wù)模塊通過間隔層設(shè)備傳送來的信息實現(xiàn)變電站級跨間隔的控制服 務(wù)，如變電站防誤閉鎖功能、電壓無功控制，也可接收來自控制中心的命令實 現(xiàn)區(qū)域系統(tǒng)防誤操作、區(qū)域安全穩(wěn)定控制和區(qū)域電壓無功優(yōu)化控制等功能

12、。 1.3智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)在邏輯層次上，智能變電站通過過程層網(wǎng)絡(luò)和變電站層網(wǎng)絡(luò)連接過程層、 間隔層和變電站層設(shè)備。(1)變電站層網(wǎng)絡(luò)功能和結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)變電站的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)基本類似，依靠 MMS/GOOSE 進(jìn)行 通信，實現(xiàn)全站信息的匯總及防誤閉鎖等功能。(2)過程層網(wǎng)絡(luò)過程層網(wǎng)絡(luò)分為 SMV 采樣值網(wǎng)絡(luò)和 GOOSE 網(wǎng)絡(luò)。前者的主要功能是實現(xiàn) 電流、電壓交流量的上傳；后者的主要功能是實現(xiàn)開關(guān)量的上傳及分合閘控制 量的下行。過程層通信網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)流按照功能的不同可劃分為：合并單元(merging unit，MU) 向智能電子設(shè)備 (intelligent electronic device，IED

13、) 周期性發(fā) 送的采樣值(sampledvalues, SAV)報文；智能開關(guān)柜(intelligentswitchgear, ISG)向IED周期性發(fā)送的面向通用對象的變電站事件 (generic object oriented substation even，GOOSE)報文，即開關(guān)量輸入報文；IED向ISG發(fā) 送的GOOSE報文，即開關(guān)量輸出報文，包括開關(guān)分合、設(shè)備投退、分接頭調(diào) 整、檔位切換等；簡單網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議 (simple network time protocol，SNTP)或 IEEE1588時間同步報文。1.4 智能變電站面臨問題智能變電站實現(xiàn)以上功能在技術(shù)上還有賴于以下關(guān)鍵

14、問題的解決。1.4.1 動態(tài)數(shù)據(jù)處理 動態(tài)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是變電站的運(yùn)行神經(jīng)樞紐。數(shù)字化帶來了豐富的數(shù)據(jù)源，為監(jiān)控變電站的運(yùn)行工況，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行和快速處理故障提供了更多的依 據(jù)。因此，如何對變電站數(shù)據(jù)進(jìn)行實時有效動態(tài)處理，關(guān)系到監(jiān)控管理系統(tǒng)的 智能化決策機(jī)制，是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行重要依據(jù)。1.4.2 高精度時鐘同步技術(shù)為了保證信息數(shù)據(jù)的完整性和實時性、可靠性，實現(xiàn)各個采集控制單元的 同步采樣，實時輸出同步的相量數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)變電站的對時模式及原理已經(jīng)不適 應(yīng)和不能滿足智能變電站對時鐘精度的要求。基于 IEEE1588 對時系統(tǒng)的開發(fā)迫在眉睫。智能化一次設(shè)備的研究智能化一次設(shè)備是智能變電站的重要組

15、成部分，開發(fā)滿足智能變電站的一 次設(shè)備是實現(xiàn)智能變電站的關(guān)鍵所在。國內(nèi)研究智能化一次設(shè)備的廠家起步較 晚，基礎(chǔ)溥弱。國內(nèi)大部分電力設(shè)備供應(yīng)商還不具備提供智能化一次設(shè)備的技 術(shù)和能力，產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)造還需要一定的周期，給智能化一次設(shè)備的發(fā)展帶來了 桎梏。實時網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)智能變電站大量采用以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。如何減少數(shù)據(jù)碰撞，提高數(shù)據(jù) 傳輸?shù)膶崟r性、可靠性、安全性等是需要進(jìn)一步研究的內(nèi)容。2智能變電站應(yīng)用實例河濱220kV智能變電站2.1河濱220kV智能變電站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及功能特點(diǎn)河濱220kV變電站嚴(yán)格按照國網(wǎng)規(guī)范要求，全站應(yīng)用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，采 用“三層兩網(wǎng)”結(jié)構(gòu)設(shè)計。變電站自動化系統(tǒng)在功能

16、上劃分為站控層、間隔層 和過程層3個層次。通過“兩網(wǎng)”，即運(yùn)用制造報文規(guī)范 (Manufacturing Message Specification, MMS)技術(shù)組網(wǎng)，并應(yīng)用于站控層和間隔層間通信的MMS網(wǎng)；運(yùn)用通用面向變電站事件對象(GenericObjectOrientedSubstationEvents, GOOSE)技術(shù)組網(wǎng)，并應(yīng)用于過程層和間隔層間通信的GOOSE網(wǎng)，把3個邏輯層次聯(lián)系起來，如圖2所示。本文以河濱220 kV變電站220kV部分為例進(jìn)行說明，其他電壓等級功能 相通。圖2河濱220 kV變電站自動化系統(tǒng)構(gòu)成過程層主要設(shè)備過程層功能指與過程接口的全部功能，裝置典型是與遠(yuǎn)

17、方過程接口，如與 過程總線連接的輸入/輸出(Input/Output, I/O)、智能傳感器和控制器等。過程層 是隨著一、二次設(shè)備技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的，在傳統(tǒng)站內(nèi)不具備這一 邏輯分層。過程層設(shè)備主要有非常規(guī)互感器、智能單元、氣體全封閉組合電氣 (GaslnsulatedSubstation, GIS)等。電子式互感器電子式互感器的應(yīng)用是智能變電站的重要標(biāo)志,這一技術(shù)的出現(xiàn)推動了智 能變電站的工程化。本站 220kV、 110kV 以及主變壓器高、中壓側(cè)部分采用羅 氏線圈和電容分壓原理構(gòu)成的電子式電流互感器 (ElectronicCurrentTransduce，ECT)/ 電子式電壓互

18、感器(Electronic VoltageTransduce，EVT)，互感器輸出毫伏級模擬信號給遠(yuǎn)端模塊，遠(yuǎn)端模塊進(jìn)行模擬量/數(shù)字量(Ano loge/Digital，A/D)轉(zhuǎn)換，應(yīng)用IEC61850-44-8規(guī)約輸出光信號給合并單元。主變低 壓側(cè)采用了帶鐵心微型電流互感器，輸出150mV保護(hù)信號和4V測量信號給采集器，通過集成在采集器中的采集卡輸出光信號給低壓側(cè)合并單元。2.1.1.2 合并單元合并單元(Merging Unit，MU)主要用于連接智能化輸出的電子式互感器(遠(yuǎn) 端模塊)與保護(hù)、測控裝置，主要功能是同步采集多路ECT/EVT 輸出數(shù)字信號后，按照規(guī)定的格式 (IEC 618

19、50-9-2)把采樣測量信息發(fā)送給保護(hù)、測控等智能 電子設(shè)備 (Intelligent Electronic Device， IED)MU 在設(shè)計時主要需滿足 3 個功能 需求：同步、多路數(shù)據(jù)處理和通信。本站通過對時網(wǎng)對 MU 進(jìn)行統(tǒng)一對時(見 圖2)，并按照IEC61850-9-2規(guī)約，采用以太網(wǎng)通信方式進(jìn)行采樣測量值的傳輸。 由于采樣信息需實時、循環(huán)發(fā)送，為了保證采樣測量信息的正確、有效，保護(hù)、 測控裝置直接通過 MU 進(jìn)行采樣，不采取網(wǎng)絡(luò)傳輸采樣測量值的方式。在相應(yīng) 間隔內(nèi)對遠(yuǎn)端模塊、合并單元和保護(hù)、測控裝置進(jìn)行冗余配置，實現(xiàn)信息冗余， 保證了采樣測量信息的完整性和有效性。2.1.1.3

20、 智能終端智能終端采用模塊化的微處理機(jī)設(shè)計制造，除具備傳統(tǒng)操作箱的功能還具 有對于 I/O 信息的處理、發(fā)送能力，所以也叫智能操作箱。智能終端和匯控柜 在開關(guān)場組成智能組件柜，由智能終端進(jìn)行開關(guān)量的采集，處理并完成間隔層 設(shè)備對于刀閘、斷路器的操作控制。由于通過網(wǎng)絡(luò)傳輸跳閘報文存在網(wǎng)絡(luò)延時 等網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量問題，本站采取“直跳”方式，即保護(hù)跳閘信息不經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳 輸，由保護(hù)裝置直接對智能終端發(fā)命令信號。對于實時性不高的信息，如遙控 操作、告警、開關(guān)狀態(tài)等，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換。間隔層間隔層主要功能是：(1)匯總本間隔過程層實時數(shù)據(jù)信息； (2)實施對 一次設(shè)備的保護(hù)控制功能；(3)實施本間隔操作閉

21、鎖功能； (4)實施操作同 期及其他控制功能；(5)對數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計運(yùn)算及控制命令的發(fā)出具有優(yōu)先級 別控制；(6)執(zhí)行數(shù)據(jù)的承上啟下通信傳輸功能，同時告訴完成與過程層及變 電站層的網(wǎng)絡(luò)通信功能。2.1.2.1 保護(hù)裝置 首先應(yīng)明確保護(hù)原理不變，由于智能變電站中的智能設(shè)備間通過光纖連接 且通過電子式互感器對電流 /電壓進(jìn)行采樣，使保護(hù)裝置可以通過對過程層數(shù)據(jù) 的共享和交換來實現(xiàn)保護(hù)邏輯聯(lián)系，從而取代傳統(tǒng)變電站中的電氣回路。 測控裝置由于智能終端承擔(dān)了部分測控的功能，如開關(guān)狀態(tài)信息的處理，使得測控 裝置在功能上發(fā)生了一些變化： （1）通過組態(tài)工具，導(dǎo)入對于過程層設(shè)備的聯(lián) /閉鎖邏輯，實現(xiàn)間隔層對于

22、過程層設(shè)備的邏輯閉鎖； （2）增加網(wǎng)絡(luò)模塊。通 過不同的網(wǎng)絡(luò)模塊，完成站控層和過程層間的信息交換。網(wǎng)絡(luò)分析和故障錄波裝置 這是智能變電站獨(dú)有的設(shè)備，通過把故障錄波器的功能進(jìn)行延伸，產(chǎn)生網(wǎng) 絡(luò)分析和故障錄波相結(jié)合的分析記錄。不同于傳統(tǒng)的變電站中的錄波器，僅僅 只是記錄故障發(fā)生前后的波形，智能變電站中的網(wǎng)絡(luò)分析和故障錄波裝置可以 實時監(jiān)視并分析網(wǎng)絡(luò)報文，通過人機(jī)界面即可更為詳盡直觀地了解當(dāng)前或故障 時的網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備信息以及故障原因，并利用錄波器功能把這些狀態(tài)信息和波形 記錄下來，形成分析變電站事故所需的依據(jù)。站控層 站控層功能有兩類：“過程有關(guān)”變電站層功能，即使用多個間隔或者全 站的數(shù)據(jù)，并且對多

23、個間隔或全站的一次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制；“接口有關(guān)” 變電站層功能，表示變電站自動化系統(tǒng)與本站運(yùn)行人員的接口，與遠(yuǎn)方控制中 心的接口，與監(jiān)視和維護(hù)遠(yuǎn)方工程管理接口。本層內(nèi)裝置由配有數(shù)據(jù)庫的站級 計算機(jī)、操作場所、遠(yuǎn)方通信接口等組成。站控層設(shè)備和傳統(tǒng)站配置類似，其 中新出現(xiàn)了兩類高級應(yīng)用，主要包括集成在“后臺”的順序控制等功能和集成 在“在線監(jiān)測系統(tǒng)”內(nèi)的狀態(tài)檢修等功能。這些高級應(yīng)用是智能變電站的智能 化程度的具體體現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 本站的“兩網(wǎng)”都采用雙星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，見圖 2。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（1）兩層網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。對于 220 kV 等級的變電站，和所有元件共同組成一 個網(wǎng)絡(luò)相比較，兩層網(wǎng)絡(luò)形成的節(jié)點(diǎn)數(shù)

24、目相對較少，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷相對較輕，且在 現(xiàn)有技術(shù)條件下，可靠性較高，并容易實現(xiàn)。但兩層網(wǎng)絡(luò)相對單一網(wǎng)絡(luò)，其信 息共享度較低，建設(shè)成本也相對較高。（2）雙星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。星形拓?fù)浣M網(wǎng)的優(yōu)缺點(diǎn)都很直觀。首先星形拓?fù)涞?優(yōu)點(diǎn)是：利用一個中央交換機(jī)就可以方便地組網(wǎng)和配置網(wǎng)絡(luò)，配置相對簡單； 對于單個間隔，其系統(tǒng)等待時間最少，訪問協(xié)議相對簡單；單個鏈路的故障只 能影響其相關(guān)的設(shè)備，不會影響整個網(wǎng)絡(luò)，容易檢測和隔離故障。缺點(diǎn)是如果 中央交換機(jī)出現(xiàn)故障，將失去所有以此交換機(jī)作為中央節(jié)點(diǎn)的 IED 設(shè)備信息。 這種組網(wǎng)方式對于中央交換機(jī)的可靠性和相關(guān)技術(shù)要求都較高，價格也相應(yīng)比 較昂貴。本站通過雙星形結(jié)構(gòu)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的

25、冗余，以此保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全 性，同時又不失去信息傳遞的快速性，彌補(bǔ)了星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不足。 技術(shù)特點(diǎn)本站采用全雙工交換式以太網(wǎng)技術(shù)，間隔層和站控層間信息交換利用MMS+ 傳輸控制協(xié)議 /網(wǎng)間協(xié)議（Transmission Control Protocal/InternationProtoca, TCP/IP）+IEC 802.3實現(xiàn)，間隔層和過程層間信息交換利用 GOOSE技術(shù)實現(xiàn)快速信息交換。 采取網(wǎng)絡(luò)冗余來保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性，MMS A網(wǎng)、B網(wǎng)互為備用，不同時在線運(yùn) 行；GOOSE A網(wǎng)、B網(wǎng)互為冗余，同時在線運(yùn)行。交換式以太網(wǎng)從廣義上講， 即采用交換機(jī)的以太網(wǎng)。由于網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間通過交

26、換機(jī)可以實現(xiàn)邏輯上的點(diǎn) 對點(diǎn)通信，網(wǎng)絡(luò)在一定程度上保證了傳輸延時。但由于以太網(wǎng)的固有特性，在 交換機(jī)端口處不可避免存在信息“競爭”的情況，而且發(fā)布者利用組播技術(shù)發(fā) 布的信息有可能突破交換機(jī)限制形成廣播，增加了網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的可能性。所以本 站通過虛擬局域網(wǎng) （Virtual Local Area Network ，VLAN） 技術(shù)，來增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的實 時性、可靠性等要求。 VLAN 是一種交換網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以按照功能、工程組或 應(yīng)用等構(gòu)架為基礎(chǔ)對局域網(wǎng)進(jìn)行邏輯劃分。利用 VLAN 技術(shù)，可以把同一工作 性質(zhì)的用戶集中在同一 VLAN內(nèi)。1個VLAN就相當(dāng)于1個獨(dú)立的局域網(wǎng)，信 息只在這個 VLAN 中交互

27、；各個 VLAN 之間只能通過路由器來進(jìn)行數(shù)據(jù)通信， 減少了跨 VLAN 的數(shù)據(jù)流量，從而有效地隔離廣播風(fēng)暴，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能，增強(qiáng) 網(wǎng)絡(luò)的安全性。2.2數(shù)字技術(shù)對于河濱220kV變電站調(diào)試的影響及存在問題變電站調(diào)試2.2.1.1 繼電保護(hù)調(diào)試 首先，由于保護(hù)裝置采用了全新的鏈路連接方式和數(shù)據(jù)采樣技術(shù)，在繼電保護(hù)原理層面不用再考慮由于常規(guī)互感器的飽和特性引起的暫態(tài)誤差和不平衡 電流等情況，但保護(hù)調(diào)試人員需更加重視物理和邏輯鏈路的狀態(tài)問題。具體表 現(xiàn)有：（1）由于 A/D 轉(zhuǎn)換在一次設(shè)備中進(jìn)行，使得一、二次系統(tǒng)完全隔離，提 高了安全度，同時簡化了間隔層設(shè)備的裝置結(jié)構(gòu)，并不用考慮間隔層設(shè)備的負(fù) 載問題

28、。（2）由于 IED 設(shè)備間采用光纜連接，本站不存在傳統(tǒng)變電站的電纜絕緣 和二次接地問題；互感器的極性問題可以通過調(diào)整遠(yuǎn)端模塊和 MU 的配置文件 參數(shù)進(jìn)行修正。（3）對于電流飽和的保護(hù)判定不再必要，取而代之的是對于數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹?視，如采樣值（Sam pled Value, SV）鏈路中斷，則閉鎖整套保護(hù)。其次，由于在 過程層實現(xiàn)的“虛端子”連線形成了繼電保護(hù)邏輯鏈路，取代了傳統(tǒng)站中利用 電氣鏈路進(jìn)行的 I/O 信息交換，從而實現(xiàn)了保護(hù)功能的分布化。繼電保護(hù)人員 不用再過多關(guān)注二次回路的具體連接，可以把更多的精力用于保護(hù)邏輯實現(xiàn)的 合理性和有效性上。2.2.1.2 運(yùn)行檢修 智能變電站在運(yùn)行檢

29、修方面產(chǎn)生的影響主要集中在高級應(yīng)用方面。（ 1 ）順序控制，簡稱順控，即程序化控制，通過預(yù)先設(shè)定的倒閘操作程序， 在嚴(yán)格的操作監(jiān)護(hù)制度下，在后臺即可實現(xiàn)變電站倒閘操作。控制過程如下： 變電站內(nèi)智能設(shè)備依據(jù)變電站操作票的執(zhí)行順序和執(zhí)行結(jié)果校核要求，由站內(nèi) 智能設(shè)備代替操作人員，自動完成操作票的執(zhí)行過程。實際操作時只需變電站 內(nèi)運(yùn)行人員或調(diào)度運(yùn)行人員根據(jù)操作要求選擇一條順控操作命令，操作票的執(zhí) 行和操作過程的校驗由變電站內(nèi)智能電子設(shè)備自動完成。通過順控的應(yīng)用，可 提高運(yùn)行人員工作效率、減少倒閘操作過程中人為操作失誤的幾率。（2）在線監(jiān)測的出現(xiàn)，使得狀態(tài)檢修成為可能。狀態(tài)檢修也稱預(yù)知性檢修， 即根據(jù)

30、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的好壞來確定是否對設(shè)備進(jìn)行檢修。在線監(jiān)測系統(tǒng)可實現(xiàn) 對微水等化學(xué)量、機(jī)構(gòu)的分合速度及觸頭的行程距離等物理量、設(shè)備的負(fù)荷變 化和啟停次數(shù)等電氣參數(shù)進(jìn)行在線數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)的比較計算，從而產(chǎn)生綜合 分析決策，對面向設(shè)備狀態(tài)的檢修提供技術(shù)支持。由于在線監(jiān)測系統(tǒng)通過傳感 器對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測，所以對于傳感器的性能和可靠性就有了非常高的要求。除 此之外，高級應(yīng)用還包括一些高科技監(jiān)控設(shè)備，如利用高速攝像頭實時記錄設(shè) 備外觀信息的監(jiān)控系統(tǒng)；利用氣體傳感器記錄繼電保護(hù)小室內(nèi)有害氣體含量并 進(jìn)行告警的設(shè)備等，都可為運(yùn)行檢修人員提供直觀的事故告警信息。 變電站現(xiàn)場調(diào)試驗收在繼電保護(hù)方面存在的問題及現(xiàn)場解決方

31、法本站由于斷路器機(jī)構(gòu)延用傳統(tǒng)變電站設(shè)計思路，配置 2組跳閘線圈、 1組 合閘線圈，使得第 2 套智能終端不能獨(dú)立實現(xiàn)對斷路器的合閘操作，這有悖于 智能變電站設(shè)備互操作性的理念。這樣相悖的特性，使得現(xiàn)場施工驗收時出現(xiàn) 了以下一些問題。（1）為了實現(xiàn)雙套保護(hù)都滿足低氣壓閉鎖重合閘的要求，施工調(diào)試人員只 能通過現(xiàn)場加裝中間繼電器的方式，通過重動接點(diǎn)來滿足雙重化配置的需要。（2）由于第 2 套操作箱合后繼電器不能啟動，導(dǎo)致事故總信號不能發(fā)出， 現(xiàn)場只能通過第 1 套智能終端合后繼電器常開接點(diǎn)串接第 2 套智能終端跳閘位 置接點(diǎn)后，接至第 2 套智能終端的事故總開入來解決此問題。（3）手跳放電功能的缺失，導(dǎo)致在偷跳啟動重合閘投入時，遙控分閘后斷 路器自動重合?，F(xiàn)場解決此問題的思路是：將智能終端的手跳開入串接空接點(diǎn)， 并通過“虛端子”連線將此空接點(diǎn)關(guān)聯(lián)保護(hù)裝置閉鎖重合閘功能，即遙控分閘 時保護(hù)裝置啟動閉鎖重合閘功能閉鎖重合。（4）由于 2 套保護(hù)裝置在過程層中分別處于 GOOSA 網(wǎng)和 GOOSB 網(wǎng)中， 導(dǎo)致重合閘相互閉鎖功能缺失?，F(xiàn)場解決此問題的思路是： 2 套智能終端的閉 鎖重合閘開入通過空接點(diǎn)形成電氣聯(lián)系，再利用“虛端子”連線分別關(guān)聯(lián)對應(yīng) 的保護(hù)裝置的閉鎖重