数字化变电站自动化技术分析与应用

数字化变电站自动化技术分析与应用

龚飞捷

福建创合电气有限公司福建福州350000

摘要：数字化变电站技术是当今世界最先进的电力自动化技术,引领着电力技术发展方向,由电子式互感器、智能化终端、数字化保护测控设备、数字化计量仪表、光纤以太网及IEC61850规约组成的全智能化的分层分布式变电站,即站内信息全部做到数字化,信息传递实现网络化,通信模型达到标准化,使各种设备和功能共享统一的信息平台。数字化的110kV变电站在系统可靠性、经济性、维护简便性方面均比常规变电站有大幅提升,在智能化、数字化技术日新月异的今天,这必将对智能电网建设产生深远影响。

关键词：智能化；变电站；自动化

1数字化110kV变电站关建技术

1.1智能化的一次设备

智能化的一次设备包括光电/电子式互感器,智能化断路器等一次设备。110kV变电站按无人值守数字式变电站设计,按照数字式程控化变电站设计要求,一次设备配置光电式电流、电压互感器。

光电/电子式互感器的最大特点是可以输出低压模拟量和数字量信号,直接用于微机保护和电子式计量设备,特别是光电/电子式互感器的应用,克服了传统互感器绝缘复杂、体积大且笨重,CT动态范围小、易饱合且二次输出不能开路,电磁式PT易产生铁磁谐振等诸多缺点。光电/电子式互感器具有绝缘简单、体积小、重量轻等优点,特别是CT动态范围宽、无磁饱合、二次输出可以开路,PT无谐振现象,精度高,暂态特性好。

110kV变电站按数字化变电站的设计要求配置智能化断路器。110kV设备采用合资户内GIS装置,额定电流2000A,开断电流40kA,动稳定电流100kA;10kV开关柜选用合资厂中置柜,柜中配进口或合资厂真空断路器,电动弹簧操作机构,电动手车及电动机构接地开关。断路器同时配有微处理器、传感器和执行器,不仅具有开关设备的基本功能,还具有附加功能,尤其在监测和诊断方面。

1.2网络化的二次设备

1.2.1二次回路参数

直流电压110V,交流电压380V/220V。110kV电流、电压互感器采用光学电子式互感器(ECT,EPT),提供数字输出。10kV采用一体化模拟小信号输出的电子式一体化电流/电压互感器(ECT/EPT),提供模拟小信号输出。

1.2.2继电保护

110kV变电站继电保护按《继电保护和安全自动装置技术规程》GB14285-2006的要求配置。110kV线路、分段及主变保护组屏安装于二次设备室,采用直接接入数字量输入的数字型保护装置。10kV部份采用保护与测控一体化并支持IEC61850的常规模拟量输入保护装置,安装在开关柜上。

2数字化110kV变电站系统结构

根据IEC61850A通信协议定义,数字式自动化系统采用变电站功能分层方式,分为3层,即变电站站控层、间隔层和过程层。各层次内部及层次之间采用高速网络通信,通信媒介为网络线或光纤。

2.1站控层

站控层设备由主机/操作员站(双套,其中一套设置于变电站,1套设置于集控中心)、远动装置(双套)、五防工作站、继电保护信息子站等组成,按全站最终规模设置。站控层设备采用100M工业以太网(双星型),系统按照IEC61850通信标准进行建模和信息传输。监控网络设A/B双网及对时网。配置公用设备接口单元、公用测控单元各一台,用于接入其他非IEC61850规约的装置(如直流、站用电、视频等)。

2.2间隔层

间隔层设备包括保护装置、测控装置、备自投装置等设备,所有间隔层设备之间及间隔层对站控层的网络均采用100M工业以太网(双星型),系统按照IEC61850通信标准进行建模和信息传输,应支持GOOSE方式实现间隔层防误闭锁功能。

2.3过程层

过程层是一次设备与二次设备的结合面,或者说过程是指智能化电气设备的智能化部分。过程层设备主要包括光电式/电子式互感器、智能一次设备等,现阶段智能化开关考虑由开关设备+智能终端方式来实现开关设备智能化。断路器、刀闸等一次设备,采用智能操作装置对一个完整电气单元(含断路器及相关刀闸)的遥控/遥信进行处理,并经过GOOSE网进行联系,从而在过程层、间隔层和站控层实现IEC61850规约。过层程的主要功能:(1)电力运行的实时电气量检测。(2)运行设备的状态参数在线检测与统计。(3)操作控制的执行与驱动。

3数字化110kV变电站的优势

3.1以新型光电式/电子式互感器取代常规互感器,具有以下优点

(1)高低压完全隔离,安全性高,具有优良的绝缘性能。(2)不含铁芯,消除了磁饱和和铁磁谐振等问题。(3)抗电磁干扰性能好,解决低压侧开路引起的过电压问题。(4)动态范围大,测量精度高,频率响应范围宽。

3.2智能断路器技术

智能操作断路器是配有电子设备、数字通讯接口、传感器和执行器,不但具有分合闸基本功能,而且在监测和诊断方面具有附加功能的开关设备。本站采用符合数据通信要求的断路器智能操作控制装置,主要实现目前操作箱的基本功能,并实现就地化布置。同时,由于智能操作箱引入了微电子技术、计算机技术,因此,除完成基本操作功能外,还可以有效地实现对于断路器状态的监视。这种方案的最大优点在于基于成熟的间隔层数字化技术,能在大量减少电缆、节约占地、提升数字化水平的同时,满足可靠性和稳定性的要求。

3.3网络通信技术

通信技术是变电站自动化系统信息传输的基础,所采用的技术必须满足变电站内通信网络传输时间要求,随着以太网技术不断成熟和改进,嵌入式以太网在工业控制领域地广泛应用,在网络负荷得到有效控制的情况下,变电站网络采用低廉、成熟的以太网可以满足变电站实时通信的要求。

3.4程序化控制技术

变电站程序化操作是指变电站内智能设备依据变电站操作票的执行顺序和执行结果校核要求,由站内智能设备代替操作人员,自动完成操作票的执行过程。实际操作时只需要变电站内运行人员或调度运行人员根据操作要求选择一条程序化操作命令,操作票的执行和操作过程的校验由变电站内智能电子设备自动完成。

总之,变电站采用数字化程控操作技术使变电站获得提高信息传输可靠性;简化二次接线;提高测量精度;共用统一信息平台,减少重复设备;便于功能扩充;操作管理自动化,提高生产可靠性,减员增效的优势。

4结论

数字化110kV变电站还将节约能源、降低能耗、保护环境全面融入电网规划、设计、建设、运营和管理全过程。数字化110kV变电站以传统变电站不可比拟的绿色环保、节约土地、节约资源、节能降耗、安全生产、供电可靠等优点,引领了国内和国际科技发展的潮流,产生了良好的经济和社会效益。提倡在开展节能设计、环保设计,推行全过程和全寿命周期最优化设计的同时,建设数字化型、资源节约型、环境友好型绿色智能电网。

参考文献

[1]乐嘉谦.仪表工手册[M].北京:化学工业出版社.

[2]纪纲.流量测量仪表应用技巧[M].北京:化学工业出版社.