智能变电站二次回路可视化的设计与实现

智能变电站二次回路可视化的设计与实现

陈剑桥

(中工武大设计研究有限公司湖北省武汉市430000)

摘要：目前，智能变电站二次回路的设计与分析没有统一的规律，现有的设计模式不能完全满足智能变电站发展的实际需要。在分析二次虚拟电路可视化基础的基础上，分析了智能变电站与综合自动化变电站的区别，阐述了实现智能变电站二次回路可视化的表现方法，对于提高相关工作人员的工作效率与工作质量发挥积极的作用。

关键词：智能变电站；二次回路；可视化；设计

1二次回路可视化技术原理与实现

智能变电站主要是指利用信息技术、电子元件、通信技术及自动化控制设备,对变电站中的电气设备、输电线路等进行自动化控制和保护。运用科学技术手段替代传统变电站管理模式,从而提高变电站运行的稳定性、可靠性。研究得知,智能变电站包括:智能终端、合并单元、网络交换机等过程层设备,站内数据信息通过IEC61850标准按照模型配置接入变电站通信网络,实现站内二次设备之间的信息资源的共享。智能终端(SmartTerminal)是一种智能组件,通过电缆线路与一次设备进行互联,然后采用光纤线路与测量、控制及保护等二次设备进行连接。合并单元(MergingUnit,MU),主要对二次转换器中的电压或电流数据进行整合的物理单元。该单元可以作为互感器的组成件,同时也可作为分立单元。智能变电站二次设备及回路工作原理;变电站作为电力系统中的核心环节之一,主要负责电网连接、电能转换以及分配等任务,尤其是近年来,大容量发电机组并网发电,超高压远距离输电线路的建成,使电力系统的规模越来越大,电网运维工作的难度也有所增加,对电网运行的安全性和稳定性要求也越来越高,传统变电站对设备进行数据采集的信息经过端子箱、电缆进入测控装置,终端CPU经过处理后转化为数字信号。因此,导致二次系统调试和维护工作难度较大,依靠人工操作、电话联系的方式工作效率低,难以满足当前智能电网安全稳定运行的要求。

可视化(Visualization)技术是运行图形学和计算机图像处理技术,将数字信息转换为可视觉直读的图像信息,然后采用交互式操作方法及技术,实现对变电站的智能控制。目前,传统变电站二次回路包含:回路图、逻辑图,运维人员根据逻辑图的关系来判断设备是否运行正常。智能变电站实现网络化后可以将网络上的各种信息映射到连接交换机的某一个端口上进行采集,从而完成高速的信息存储。在完成采集之后,系统对信息自动进行分析,并将其展示成逻辑图,通过硬件与软件的配合将信号转换为逻辑图,运维人员可以据此直观监视网络中所有设备的链路通信状况和各个间隔的异常状况,方便了运维人员巡视网络设备运行状况,提升了智能变电站的安全管控水平。

2智能变电站二次回路可视化设计

2.1硬件装置模块设计

为保障采样报文在装置中的转发延时,本次设计中弃用传统交换机芯片技术,采用数字保护装置技术。该装置包含液晶显示器和键盘等人机交互接口,智能变电站二次回路可视化设计的根本目的,就是可以让运维人员通过显示设备,了解电力系统的故障参数、继电保护数值、保护动作行为等信息,通过专用接口传送到计算机网络,实现对变电站运行状态和运行参数的采集和监测。装置传输接口的设计,均采用插件模式,根据实际需求进行配置,可适用于不同外界设备的接口需要。输入/输出接口可支持硬件打标功能,实现转发延时的测量工作。本次设计采用的硬件可视化装置为标准21.5in显示屏,分辨率最大支持1920x1200、采用4U高机箱,并配置4核心处理器,主频≥1.8GHz,提供2个2.0USB接口和高清视频接口。前面板配有液晶显示器、键盘、指示灯和调试接口等。其中数字模拟量接口可支持IEC61850-9-2LE接收,模拟量容量支持合并单元台数16台,SMV采样组合后>128路通道。装置外观与现有智能变电站保护装置基本相同。可直观展现变电站设备的采集数据,包含:电压、电流、负荷曲线及风险状态等内容。

为了遵循高效、可靠、安全、经济的原则，电力系统需要对系统中各设备的运行状态进行实时监控。由于传统变电站远程监控功能不完善，一些遥测参数不能及时传递到调度中心，使得传统变电站在快速响应和应急处理方面处于不利地位，无法进行实时控制，严重阻碍了实时控制。现代电力系统安全稳定运行。智能变电站凭借互联网通信系统的优势，有效地提高了电力系统的运行管理水平。智能变电站二次回路装置对可靠性和稳定性要求很高。本装置按保护装置标准进行设计和试验。该装置可靠性要求高。本装置的设计、试验和试验均按照保护装置的相同标准进行。设备采用硬件自动冗余和热备。所有数据信息在冗余硬件中镜像，互连设备透明共享，提高可靠性和稳定性。

2.2互感器采样模块设计

变压器是变电站中重要的高压电气设备之一。它是一次系统与二次系统的重要连接元件。它为测量和保护等二次设备提供交流电压和电流数据。

模块由CPU装置、电源装置、隔离开关、滤波器、A/D转换器和接口组成。电流互感器的数量和技术参数应满足测量仪表、继电保护和自动装置的要求。大接地短路电流系统中的电流互感器采用三相方式布置，小接地短路电流系统采用两相方式布置。为了满足继电保护灵敏度的要求，可以分三个阶段配置专用电路。发电机一次回路、变压器高低压侧，即使是小接地短路电流系统，电流互感器也按三相配置。电流互感器的采样模块安装在变电所现场的接线盒内。它主要采集TA和TV变压器的二次数据，然后将采集的数据进行数字转换，通过输出接口传输给二次设备。电压是电能的重要指标，也是变电站电力运行调整的重点。变电所电气设备均按额定电压设计。过高或过低的电压会影响设备的运行状态和效率。同时，提高电压质量是节能环保的重要措施。防止系统电压崩溃，提高变电站设备的安全稳定运行是关键。因此，对智能变电站的供电进行监控，可以保证变电站的供电。稳定性和可靠性。同时保证智能变电站二次回路的安全性能。通过采集主变压器和连接线的运行状态，在线监测变压器设备的负荷和功率。当负荷功率超过设定的标准参数时，系统将判断变压器的位置和备用电源的状态，确认甩负荷的启动条件是否满足。如果满足甩负荷条件，则甩负荷为负。负荷流向制定了减负荷策略，以控制变压器和线路的电流，保证系统的安全稳定运行。

变压器的采样模块在工作过程中还将与继电保护装置和自动回路装置相结合。当采集模块发现电气设备运行数据异常时，通过可视设备向工作人员发出风险报警，启动断路器装置自动切除，确保其他设备正常运行。同时，启动自动回路装置，保证供电可靠性，完成备用电源的切换和重叠操作。因此，该模块通过与硬件模块和软件系统的优化集成，可以有效地实现变电站设备的在线监测、测量和保护。其强大的通信功能，可将运行中的电气设备的视频监控和在线监控数据传送至集控中心，作为变电站设备运行维护的重要参考。智能变电站二次回路监控系统采集的各种数据和信息通过网络系统传输到继电保护监控中心。在继电保护监控中心，对变电站设备运行状态进行远程监控，为状态检修创造条件。

结论

伴随着互联网技术、通信技术以及微电子技术的高速发展，电网智能化、自动化、信息化将成为未来发展的主流趋势。近年来，国家电网改造规模不断扩大，传统综合自动化变电站逐渐升级为智能变电站，变电站二次回路也会被网络通信系统所取代。二次回路作为变电站主要组成部分，是电力系统安全、经济、稳定运行的重要保障。因此，设计研发一种高可靠性二次回路可视化系统，可有效监测变电站运行状态，及时对故障设备进行风险预警，从而提升电力企业的经济效益。

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