220 kV变电站改造中的数字化技术研究

2022-10-18 10:05
通信电源技术 2022年11期
关键词:实时性互感器间隔

刘 虎

(国电南瑞南京控制系统有限公司,江苏 南京 211106)

0 引 言

随着网络技术的全面发展和进步,电力技术创新效能也受到了更多的关注。因此,要基于智能化设备发展现状落实更加规范的改造机制,从而积极践行IEC 61850标准,为变电站数字化发展提供良好保障。

1 变电站数字化发展现状

在变电站自动化系统中,要基于数字化要求和标准,实现信息采集自动化、传输自动化以及处理自动化等目标,以便于打造更加高效可靠的系统应用平台。在数字化变电站运行过程中,变电站最大的特点就是能结合应用要求,建立设备智能化、通信网络化以及通信协议一体化的控制体系,从而规范数据管理工作,保证数据定义和设备行为都能最优化,真正意义上维持测控保护模型和通信接口的数字化发展效能。

另外,变电站数字化发展也在向着更加多元的方向转型,无论是设计、开发、工程管理还是项目维护,都依托数字化技术进行多元升级,以便于变电站统筹管理。加之国家建设坚强智能电网的要求作为“助力”,数字化变电站已经成为变电站发展的重要转型方向,并且要基于实际需求进行数字化管控平台的改良和升级,从而更好地满足变电站运营需求[1]。

2 220 kV变电站改造中的数字化技术应用方案

本文以广东省厦门市同安变电站(220 kV)作为研究对象,旨在解决其数字化改造工作。原有变电站是当地重要的枢纽变电站,现行3台主变,一次接线为高压220 kV、高压110 kV、高压10 kV这3个基础电压等级,并利用双母线带旁路接线处理的方式完成220 kV变电站和110 kV变电站的处理。

基于变电站改造的基本要求,同安变电站数字化改造主要分为两个基本阶段。第一个阶段是对高压10 kV进行数字化改造;第二阶段是高压220 kV、高压110 kV以及3台主变间隔改造。与此同时,按照站控层、间隔层和过程层的分层处理模式完成改造(见图1),结合IEC 61850标准体系和站内保护机制、故障录波等计量设备予以改造升级,并在此基础上增设图像监视系统和安全警卫系统,以达到数字化运行标准的系统模式,维持变电站自动化系统控制效能的最优化。

图1 变电站整体规划内容

3 系统结构内容

为保证数字化技术改造工作顺利开展,就要从站控层、间隔层以及过程层入手,落实更加科学合理的系统管控机制,确保网络应用环节的规范性,并满足网络化标准,一定程度上为数据采集数字化、系统分层、系统结构紧凑化发展予以支持,提高数字化管控效能,维持良好的应用水准[2]。

3.1 过程层

对于变电站而言,过程层是一次设备和二次设备建立数据汇总控制的关键层级,过程层的改造处理也是维持数字化变电站改造方案的关键环节。为了提升改造效果,就要借助光电式互感器替代传统电磁式互感器,并且配合智能终端应用要求完成一次设备控制工作,借助光纤数字化模式替代传统接点和二次电缆,保证应用效果最优化。

(1)光电式互感器。结合数字化变电站运行标准,利用光电式互感器完成虚拟信号的输出。常规的10 kV保护测控装置会集中安装在开关柜位置,且多数互感器间隔较近。在数字化处理的过程中,要利用光电式互感器替代传统的设备,配合采集器转换数字信号,形成数字信号。

(2)合并单元。利用合并单元完成光电互感器和网络化二次设备管理,配合传感器模块进行相电流电压信号的控制,并最大程度上维持二次设备的使用效能。合并单元的基础结构本身就具备相电流电压的同步控制机制,因此整合传感模块与合并单元,借助光纤予以连接,并配合光纤点对点串行通信,就能更好地维持协议传输效果,维持同步信号应用效能[3]。与此同时,在与互感器相配套的合并单元同步处理电流电压采样分析工作的基础上,要及时完成输入电路和输出电路的灵活性配置。例如,主变套管电流互感器(Current Transformer,CT)、中性线CT、间隙CT等都要按照模拟量进行合并单元信息和数据的输入管理,并在合并单元汇总后转变为数字信号。

(3)智能终端。在智能化开关改造工序中,为了保证整体数字化控制效果和水平,要利用传统开关设备和智能终端相结合的应用方式,有效实现智能终端的下放处理,确保高压断路器和刀闸结构智能就地柜控制效果最优化。智能终端功能和间隔层设备都要按照面向通用对象的变电站事件(Generic Object Oriented Substation Event,GOOSE)网传递数字信号信息。

3.2 间隔层

在数字化改造技术方案中,由保护装置、测控装置以及故障录波装置等共同组成间隔层,对应的保护装置和测控装置能提供光电式互感器接口,以便于获取光电式互感器数字信号,从而直接建立相应的控制机制。

一方面,能汇总间隔过程层的实时性数据信息,以保证设备保护和控制工作顺利落实,维持其应用效果,并建立相匹配的控制模式[4]。另一方面,能实现间隔操作的闭锁管理,利用操作模块和控制模块实现统筹管理,并能建立实时性数据采集和统计运算分析模式,以保证优先级控制工作能顺利展开。

在间隔层实际应用体系中,主要是借助GOOSE完成信息的传递。GOOSE能建立相匹配的控制模式,实现快速传输。另外,在GOOSE网应用体系中,主要是对支持报文优先级和组播功能级的光纤以太网予以控制,单个的GOOSE信息借助智能电子设备(Intelligent Electronic Device,IED)完成发送处理,能实现若干个接口的同步接收,建立实时性信息保护、录波控制的管理模式,并最大程度上增强数据的可靠性[5]。除此之外,要利用三相光电式多功能电能表完成计量管理,结合光纤数字接口接收来自合并器或者是智能单元的以太网输入信号。光电式电能表利用全数字化处理系统最大程度上维持电流电压瞬时值管理效能,保证以太网传输效果满足预期。

例如,在数字式故障录波装置应用过程中,要按照数据接口的方式完成处理,集中式录波按照高压110 kV、高压220 kV和主变各组录波屏的应用要求,就能配合信息系统进行波形管理,在接收合并单元数字化交流采样信号的同时也能对交流量录波进行管理。较为常见的开关量采集方式主要分为常规化电缆接线采集和GOOSE网络记录采集两种,要结合实际应用环境选取适当的处理模式,以保证相关信息数据汇总的及时性[6]。

3.3 站控层

同安变电站改造方案中,针对数字化升级处理工作进行了集中的优化控制,确保站控层应用体系控制处理的规范效果,并依据监控系统主机、操作员工作站以及远动设备等工作要求进行集中管理。

(1)运行机制。在站控层中,主要是借助1000/100M工业以太网进行管理,结合系统主机和操作员工作站的相关要求,按照规范标准负责对应的变电站监视和控制工作[7]。与此同时,远动机制按照变电站信息标准进行远动规约化管理,搭载远动通道的同时配合调度中心实现远程传输,维持调度中心远方控制的合理性和规范性。另外,涉及保护信息子站等工作内容,要结合变电站保护机制和故障录波信息进行集中处理,并及时向保护信息主站完成信息的传递,形成相互独立的数字化应用控制模式。

(2)应用功能。结合数字化技术应用要求,在变电站改造作业中要对站控层进行功能升级,建立满足数字化发展标准的控制模式,维持整体应用效率。具体应用功能如下:一是汇总整个变电站实时性数据信息内容,完成数据库的实时性更新管理;二是与调度中心或者是控制中心进行通信管理,保证通信的及时性和稳定性;三是转发相应的调度信息、控制中心等,确保能将相关指令直接发送到间隔层和过程层,保证最后执行效果的最优化[8];四是建立全站操作闭锁控制模式;五是实现站内的实时性监控管理,配合人机联动控制模块,将显示功能、操作功能、打印功能以及报警功能等融合在实时性管理方案中,并能配合多媒体功能模块进行数据影像管理;六是配合间隔层、过程层进行设备的在线维护管理,实现在线的组态控制和升级,在修改相关参数的同时,保证参数应用效能的最优化;七是主要是进行变电站故障自动分析和操作培训,建立相应的应用模式,以保证后续功能内容都能落实到位。例如,后台监控GOOSE网络能建立实时性监控模式,配合双网维持间隔设备的应用管理,打造更加可靠的监控体系和平台。

(3)设备接入。主要是对网络口的接入模式进行改造,网络记录分析仪能完成站控层和过程层的接入处理,实时性记录多媒体信息服务(Multimedia Messaging Service,MMS)报文信息,并且能建立相应的故障现场报文评估内容,依据记录的信息数据就能实现多层次和多角度的信息解读处理,最终提交相应的分析报告[9]。

4 优化建议

为全面提升220 kV变电站数字化改造工作的质量,就要对改造方案运行过程中可能存在的问题予以集中梳理和优化改造,从而提高应用效能,减少隐患问题对变电站后续工作质量产生影响。尤其是公用设备处理,在改造工程项目开始后,间隔单元要更换为光电式CT,并建立光纤输出模式。此时,要结合实际工作环境和要求处理母差、录波以及计量等公用设施。为此,要整合具体的改造处理方案,配合相应设备的应用情况进行区分。例如,母差保护屏,主要包括主站和子站,母差子站的改造过程要完成电流和母线电压的接入。因此,改造工作结束后,就要利用间隔合并单元光纤的方式,有效撤除子站,配合相应的处理机制完成设备的回收[10]。

5 结 论

总而言之,在220 kV变电站改造中推进数字化技术,要整合技术要求和规范,落实更加科学合理的管控规划,确保站控层、过程层以及间隔层能落实相应的改造处理工作,提升变电站的智能化水平,为变电站的可持续发展奠定坚实基础。

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