数字化变电站技术

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第一章变电站自动化系统概述

一、变电站自动化基本概念

国际电工委员会IEC对变电站自动化系统定义为：变电站自动化系统就是在变电站内提供包括通信基础设施在内的自动化，变电站自动化系统的功能是指变电站必须完成的任务。其功能包括控制、监视和保护变电站的设备及其馈线，同时具有系统组态、通信管理和软件管理功能。

7个功能组：

1．远动功能：“四遥”

2．自动控制功能，备用电源自动投切、故障隔离、网络重组

3．计量功能

4．继电保护功能

5．保护相关功能，故障录波等。

6．接口功能，微机防误

7．系统功能，调度端通信功能

二、变电站自动化系统的发展历程

54年从前苏联引入RTU，东北电网安装16套遥测装置

56年，北京实现第一个遥控变电站

59年，全国29个变电站实现遥控和无人值守

此后，开始远动设备研制工作

60年代，国外开始SCADA系统研发

80年代，我国从英国“西屋公司”采用问答式传输规约的远动终端设备

和调度自动化系统，国内联合对此技术进行消化工作，很长时间处于独立发展状态。

80年代中期开始微机继电保护装置的研究工作，最早WXB-01型

80年代至90年代的变电站自动化系统实际上是在RTU基础上加上1台微机为中心的当地监控系统

问题：前置管理机任务繁重、引线多，扩展功能较难，工程设计按功能“拼凑”方式开展，系统性能指标不尽人意。

2．分布式变电站自动化系统

系统按变电站的控制层次的对象设置全站控制（站控层，又称变电站层）和就地单元控制（间隔层）的二层式分布控制系统结构。使用就地单元控制减少电缆、降低造价，提高可靠性。

三、变电站的三个功能层

站控层（变电站层）、间隔层、过程层

变电站自动化系统其信息采集来源于常规的电磁型电流（TA）/电压（TV）互感器，TA额定输出信号1-5A，TV 100V或100 3 V

站控

控制测控保护远方TA/TV断路器/隔离开TA/TV断路器/隔离开间过

四、常规变电站自动化系统的不足

1．信息难以共享：信息采集来自不同TA，不同的IED以功能划分，独立运行，不同信息采集单元的设备信息无法共享，形成信息孤岛。

2．设备这间不具备互操作性：由于二次设备缺乏统一的功能和接口规范，通信标准的采用缺乏一致性，各厂家对相同规约实现一的差异至今不能实现不同厂家IED之间的互操性，通信标准对二次设备互操性表现三个方面：（一）规定制定、执行具有一定的滞后性

国内99年采用IEC60870-5标准下的规约，通信标准化及实施滞后于国内分布式变电站自动化系统的应用。

（二）规约与网络通信机制不一致

IEC60870-5-103标准是基于RS232/485串行通信，本质上是一种问答式规约，而2000年后各厂家的第二代分布式变电站自动化系统是基于网络通信的，不能完全采用IEC60870-5-103标准

（三）规约结构上的不完整

IEC60870-5-103标准提出IED装置采用报文来实现，但标准缺乏通用报文具体应用时的指导规范

3．系统可扩展性差

计算机芯片技术按摩尔定律发展，现有的变电站自动化在系统扩展或设备更新时成本太高

4．系统可靠性受二次电缆影响

二次电缆受电磁干扰和一次传输过电压影响

五、新技术对变电站自动化系统发展的影响

1．非常规互感器2．IEC61850标准3．网络通信技术4．智能断路器技术

第二章数据化变电站主要技术特征和架构体系统

一、数据化变电站主要技术特征

1．数据采集数字化：在电流、电压的采集上采集环节实现数据化应用

一、二次系统实现电气上的有效隔离，电气量动态测量范围大，测量精度高

对低驱动功率的变电站二次系统设备可以直接实现数字化接口应用。

非常规互感器与控制保护设备连接方式

2．系统分层分布化：三层结构

分层分布式系统按站内一次设备实现面向对象的分布式配置，主要特点如下：

1）不同电气设备均单独安装具有测量、控制和保护功能的元件，如数字式保护和测控单元，任一元件故障，不会影响整个系统运行。

2）分布式系统实现多CPU工作模式，每个单独的装置都具有一定的数据处理能力，从而大大减轻主控单元的负担

3）自诊断能力强，自动巡检

4）扩充灵活、方便。

分层分布式系统结构图

基于IEC61850标准的数[了化变电站确立了电力系统的建模标准，采用面向对象建模枝术、软件复用技术、高速以太网技术、嵌入式系统技术和嵌入式实时操作系统RTOS技术，以及XML技术，体现软件总线的概念，实现软件领域的“即插即用”，满足电力系统实时性、可靠要求。有效解决异构系统间的信息互通、数据内容与显示分离，具备可靠的技术基础。

3．系统结构紧凑化

将断路器、隔离开关、接地刀闸、TA、TV组合在一个SF6绝缘体内，实现变电站结构紧凑化。

4．系统建模标准化

5．信息交互网络化

6．信息应用集成化

测控、保护一体化；二次系统结构简化；信息集中采集、统一传送、功能共享

7．设备检修状态化

状态检修也叫预知识性维修，以设备当前的工作状态为检修依据，通过状态监测手段，诊断设备健康状况，确定设备是否需要检修或最佳检修时机。，主要包括：状态监测、设备诊断、检修决策三个环节。

8．设备操作智能化

实现设备操作智能化必须在断路器内嵌入电压和电流变换器，并作为智能控制元件的输入，断路器系统的智能性由微机控制单元、智能性接口装置和相应的控制软件来实现。

二、数字化变电站的架构体系

1．基本结构：三层结构

过程层：1）实时运行电气量检测；2）运行设备状态检测；3）操作控制命令执行。

间隔层：1）汇总本间隔过程层实时数据信息；2）实施对一次设备的保护控制功能；3）实施本间隔操作闭锁功能；4）实施操作同期及其它控制功能；5）优先级别控制；6）执行数据的承上启下通信传输功能，保证网络通信的可靠性。

变电站层：1）对全站通过两级网络汇总的实时数据，不断刷新实时数据库；2）将有关数据信息送往调度中心或控制中心；3）接收调度控制命令并