探析智能变电站自动化设备的应用研究吴岩岩

探析智能变电站自动化设备的应用研究吴岩岩

吴岩岩

（山西省临汾电力设计院山西临汾041000）

摘要：智能变电站是集信息化、自动化为基准，通过系统集成的方式构建起来的。本文简单的介绍了智能变电站的相关概念，并分析了一些常见自动化控制设备（如，时钟同步控制设备、合并单元设备、监控设备等）的具体应用，希望能为我国电力现代化发展做出积极的贡献。

关键词：智能；变电站；自动化设备；应用

引言

在我国电力网络系统设计和建设过程中，变电站是配电、输电和发电过程中十分关键的环节，对于整个电力供应网络运行的有效性和安全性具有非常重要的意义，随着我国电力系统工作人员对于智能变电站研究的逐步深入，智能变电站自动化水平明显提高。智能变电站自动化设备的调试与运行维护是电网管理工作的关键环节，一旦此环节出现问题，则会对特定区域电网运行的质量和效率造成十分严重的影响。因此，提高智能变电站自动化设备的调试水平与运行维护质量，最大限度降低电网大范围停电和中断供电的发生率，对当前智能电网的建设有着重要意义。

1智能变电站与常规变电站的区别

1.1各自的特点

常规变电站采用综合自动化系统，具有系统设备分散布置、通信连接的特点，保障了微机保护功能的独立和可靠并实现了与外界的通信。数字化变电站在常规变电站基础上，采用IEC61850标准和通信规范，能够实现变电站内不同厂家的智能电气设备间信息共享和互操作。智能化变电站以数字化变电站为基础，以一次设备智能化、全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，在自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能上，可根据需要实现电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能。

1.2智能变电站与常规变电站对比

表1智能变电站与常规变电站对比分析

2智能变电站自动化设备的基本结构

智能变电站指的是利用先进数字化控制设备将传统变电站的监控、电力传输、计量、信息采集等工作通过各种数据控制端进行智能化控制，很好的实现了全天候、全时段的智能化运行。变电站常见的智能设备主要包括自动化的监控设备、输变电设备、合并单元设备、时钟同步设备等，自动化设备在变电站可靠性、安全性、交互性以及绿色环保性方面都是传统变电站所不具备，智能变电站是未来变电站发展趋势。智能变电站自动化系统在功能逻辑上由站控层、间隔层、过程层组成。

2.1站控层

站控层通常涉及通信控制机、调制解调器、监控主机等几类，其基本作用在于：（1）具有智能变电站自动化设备操作培训和自动分析运行故障的能力；（2）在线组态、在线维护过程层中的设备和间隔层设备，且能够在线修改各种设备运行指数；（3）实现站内的当地监控，以及人机之间联系；（4）变电站层能够进行在线编程，如有需要还能够闭锁控制全站的操作；（5）进行相关控制命令的控制中心和接受调度，且能够向过程层和间隔层自动传递命令；（6）根据特定的规则向智能变电站的控制和调度中心发送相关信息和数据；第七，利用两级高速网络实时汇总智能变电站的信息和数据，并不断刷新系统数据库。

2.2间隔层

间隔层通常指的是智能变电站系统中各类智能化的测控与保护系统，其基本作用在于：（1）能够实现通信功能的承上启下，实现站控层与过程层之间网络通信需求的高速达成；（2）实时运算、统计、采集和分析各种系统运行数据信息，并发出相应的控制指令，符合优先级别控制需求；（3）对本间隔过程层中的各种信息和数据实时分类汇总。按照智能变电站具体运行要求的不同，上下网络接口均设置了双口全双工方式，从而实现了智能变电站系统通信可靠性与安全性的逐步提高，同时有助于自动化设备中通信通道冗余度的提高。

2.3过程层

过程层通常指的是智能变电站中各类二次设备与一次设备，主要涉及电容器、互感器、变压器和开关等一次设备以及相关的传感器。由现代电力技术方面来看，过程层指的是智能变电站系统所涉及的各类智能化的电气设备部分。过程层的基本功能在于：（1）采集模拟量，并执行和驱动各类操作控制命令；（2）输出或是输入开关量；（3）对设备运行过程中的相关指数和状态进行检测与控制。

3智能变电站自动化设备应用分析

3.1自动化的智能监控设备的应用

自动化智能监控设备是通过系统集成、将全站信息进行汇总，进行各项数据的综合分析实现智能预警，有效生产、管控和调度最为关键的设备系统。纵向方面，监控设备汇聚了过程层以及间隔层的各类数据，是变电站的信息处理中心，横向方面，监控系统协调整个电力系统的生产、调配工作，并进行数据的向上传输，是有效管控变电站子节点功能的关键。另外，配合辅助系统，还能实现变电站周围环境、火灾等灾害、安防数据的采集，监控尽可能的为满足电力生产调配工作的需求。总之，监控设备，对于保障智能变电站核心设备的运行、变电站内外部环境数据分析以及安全预警等方面的工作都有着重要的作用。

3.2时钟同步设备的应用

每个变电站都是供电系统中的一个节点，智能变电站要想正常工作做好基准时间控制是关键的部分。现存的各种时间源或多或少的都与UTC标准时间存在一定的误差（精度范围一般控制在1us之内），但随着智能变电站智能设备的层级逐渐增加，选取更加接近UTC时间的时间源则非常必要。当前，智能变电站通用的时钟同步系统以主时钟多重化配置为基础，并通过扩展设备来实现变电站内的软硬件设备的时钟校对工作。主时钟的时钟信息来源主要基于卫星时钟（可以选取我国自主的北斗卫星或者美国的GPS卫星信号），通过该系统预留的地面时钟源来实现智能变电站的精准时钟同步。因此，智能变电站时钟同步设备的应用是其他设备正常工作的重要保障，实现全系统统一调配管理的关键。

3.3TCP/IP网络和Goose信息交换、SV数据交换共网传输设备的应用

智能化变电站通常采用数据分层管理的形式进行数据信息的交换，一般而言，合并单元以及智能终端的一次设备功能层次称为过程层；而测控、录波、日志等二层系统成为间隔层；主机控制、远程通信设备以及其他的辅助设备构成了站控层，该层主要完成信息监控、与数据中心（总控中心）进行数据交互、操作锁闭、远程数据采集等工作。而过程层通常使用goose（IED设备之间信息传递，面向通用对象变电事件传输，在常见的联闭锁信号等传送中常见）、sv（采样值，交换各种采样数据）以及TCP/IP协议进行共网数据交互。而共网传输技术的应用是避免和解决交换网络中常见的数据延时、信号抖动等问题关键，常见的解决方式是将故障录波设备与共网传输设备共用。总之，共网传输设备的应用是智能变电站子节点内部数据采集、分析以及与远程控制中心进行数据交换的重要设备。

3.4合并单元设备的应用

合并单元设备（即MU，MergingUnit）主要部件是数模转装置，目的是将电压电流互感器的二次侧模拟量转化成数字信号，以sv报文形式提供给站控层IED。电流互感器连接电流MU，电压互感器连接电压MU。MU上一般设置有两个数模转换装置，以保证采样的可靠性。MU直接可以级联传输数据，以适应多间隔间数据的传输。依据220kV以上变压等级双重化配置的需要，110kV以上的开关单元都设置有两套MU，对应于两套保护装置。由于智能变电站处理的是数字量，对于数字信号的实时性具有相当高程度的要求。MU作为数字信号的采集的源头，即使在失去GPS对时信号的情况下，内部时钟也必须高度的精准度。这样才能避免在对时系统故障的情况下，保护装置因差动保护两侧采样偏差而误动作。

结束语

虽然智能变电站自动化设备建设目前仍处于初级阶段，但随着智能电网建设的逐步完善，智能变电站自动化设备的调试和运行维护也逐渐得到重视。为进一步提高其运行的安全性与稳定性，我们应不断摸索，总结经验，进一步提高运维管理质量和设备调试水平，为智能电网未来的发展奠定牢固的基石。

参考文献：

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