智能化HGIS在数字化变电站中的应用 - 全文

　　数字化变电站指信息采集、传输、处理、输出过程完全数字化的变电站，基本特征为设备智能化、通信网络化、运行管理自动化等。

　　智能化HGIS有以下主要特点：

　　1、一次设备智能化

　　采用数字输出的电子式互感器、智能开关(或配智能终端的传统开关)等智能一次设备。一次设备和二次设备间用光纤传输数字编码信息的方式交换采样值、状态量、控制命令等信息。

　　2、二次设备网络化

　　二次设备间用通信网络交换模拟量、开关量和控制命令等信息，取消控制电缆。

　　3、运行管理系统自动化

　　应包括自动故障分析系统、设备健康状态监测系统和程序化控制系统等自动化系统，提升自动化水平，减少运行维护的难度和工作量。

　　智能化HGIS的优势

　　1、变电站的各种功能可共享统一的信息平台，避免设备重复

　　数字化变电站的所有信息采用统一的信息模型，按统一的通信标准接入变电站通信网络。变电镜谋;ぁ⒉饪亍⒓屏俊⒓嗫亍⒃动、VQC等系统均用同一个通信网络接收电流、电压和状态等信息以及发出控制命令，不需为不同功能建设各自的信息采集、传输和执行系统。

　　传统变电站由于各种功能采用的通信标准和信息模型不尽相同，二次设备和一次设备间用电缆传输模拟信号和电平信号，各种功能需建设各自的信息采集、传输和执行系统，增加了变电站的复杂性和成本。

　　2、便于变电站新增功能和扩展规模

　　变电站的设备间信息交换均通过通信网络完成，变电站在扩充功能和扩展规模时，只需在通信网络上接入新增设备，无需改造或更换原有设备，保护用户投资，减少变电站全生命周期成本。

　　数字化变电站的各种功能的采集、计算和执行分布在不同设备实现。变电站在新增功能时，如果原来的采集和执行设备能满足已能新增功能的需求，可在原有的设备上运行新增功能的软件，不需要硬件投资。

　　3、通信网络取代复杂的控制电缆

　　数字化变电站的一次设备和二次设备间、二次设备之间均采用计算机通信技术，一条信道可传输多个通道的信息。同时采用网络通信技术，通信线的数量约等于设备数量。因此数字化变电站的二次接线将大幅度简化。

　　4、提升测量精度

　　数字化变电站采用输出数字信号的电子式互感器，数字化的电流电压信号在传输到二次设备和二次设备处理的过程中均不会产生附加误差，提升了保护系统、测量系统和计量系统的系统精度。

　　例如采用0.2级的TA和TV，传统变电站由于电缆和电表带来的附加误差，计量系统总误差在±0.7%的水平。而数字变电站计量系统的误差仅由TA和TV产生，可达到±0.4%的水平。

　　5、提高信号传输的可靠性

　　数字化变电站的信号传输均用计算机通信技术实现。通信系统在传输有效信息的同时传输信息校验码和通道自检信息，一方面杜绝误传信号，另一方面在通信系统故障时可技术告警。

　　数字信号可以用光纤传输，从根本上解决抗干扰问题。

　　传统变电站一次设备和二次设备间直接通过电缆传输没有校验信息的信号，当信号出错或电缆断线、短路时都难以发现。而且传输模拟信号难以使用光纤技术，易受干扰。

　　6、应用电子式互感器解决传统互感器固有问题

　　数字化变电站采用电子式互感器，没有传统互感器固有的TA断线导致高压危险、TA饱和影响差动饱和、CVT暂态过程影响距离保护、铁磁谐振、绝缘油爆炸、六氟化硫泄漏等问题。

　　7、避免电缆带来的电磁兼容、传输过电压和两点接地等问题

　　数字化变电站二次设备和一次设备之间使用绝缘的光纤连接，电磁干扰和传输过电压没有影响到二次设备的途径，而且也没有二次回路两点接地的可能性。

　　传统变电站的二次设备与一次设备之间仍然采用电缆进行连接，电缆感应电磁干扰和一次设备传输过电压可能引起的二次设备运行异常，在二次电缆比较长的情况下由电容耦合的干扰可能造成继电保护误动作。尽管电力行业的有关规定中要求继电保护二次回路一点接地，但由于二次回路接地点的状态无法实时检测，二次回路两点接地的情况近期仍时有发生并对继电保护产生不良影响，甚至造成设备误动作。

　　8、解决设备间的互操作问题

　　数字化变电站的所有智能设备均按统一的标准建立信息模型和通信接口，设备间可实现无缝连接。

　　数字化变电站唯一可用的通信标准为IEC 61850。IEC 61850的信息自解释机制，在不同设备厂家使用了各自扩展的信息时也能保证互操作性。

　　传统变电站的不同生产厂家二次设备之间的互操作性问题至今仍然没有得到很好地解决，主要原因是二次设备缺乏统一的信息模型规范和通信标准。为实现不同厂家设备的互连，必须设置大量的规约转换器，增加了系统复杂度和设计、调试和维护的难度，降低了通信系统的性能。

　　9、进一步提高自动化和管理水平

　　数字化变电站的采用智能一次设备，所有功能均可遥控实现。通信系统传输的信息更完整，通信的可靠性和实时性都大幅度提高。变电站因此可实现更多、更复杂的自动化功能，提高自动化水平。一次设备、二次设备和通信网络都可具备完善的自检功能，可根据设备的健康状况实现状态检修。

　　智能一次设备

　　1、智能柜

　　由于尚无国产智能一次设备，进口智能一次设备相当昂贵，可通过在传统一次设备的接线端子箱中安装智能控制单元来实现过程层设备智能化。

　　智能柜是与HGIS高压组合电器配套使用，是一种集微机测控和HGIS开关运行状态监测的综合控制柜。

　　智能柜主要包括操作单元和智能单元;就地、远控操作及开关位置状态、寿命等在线监测两大模块。

　　a、操作单元包含操作箱，主要实现断路器、隔离开关、接地开关的就地操作，满足断路器、隔离/接地开关之间的闭锁关系，能够实现完善的五防闭锁功能;

　　b、智能单元

　　目前主要实现的功能：是对断路器、隔离、接地开关的分合闸位置、气体压力报警闭锁等等遥信量的采集以及对断路器、隔离、接地开关的远控操作;

　　HGIS高压组合电器的基本的运行状况进行在线监测(此功能目前还在开发、调试阶段)主要包括：

　　①断路器的电寿命的统计与计算;

　　②断路器弹簧储能机构的运行状况及磨损;

　　③断路器分合闸线圈的监测;

　　④SF6气体压力的监视;

　　⑤隔离开关/接地开关电动操作机构的运行状况的监测;

　　智能一次设备的电子元件工作在现场，甚至工作高电压部分，需承受恶劣的温度、振动和电磁环境，这对电子元件的稳定性和寿命提出极大的挑战。因此我们柜体结构、通风、散热、制造工艺等方面投入了很多精力，对其进行进一步的完善工作。

　　c、选用IEC61850变电站通信网络和系统标准。

　　该标准包含通信要求、信息模型、通信协议、工程管理和一致性检测等内容，支持站控层、间隔层和过程层通信，完全满足数字化变电站的要求。

　　2、光电互感器

　　数字化变电站采用输出数字信号的电子式互感器，数字化的电流电压信号在传输到二次设备和二次设备处理的过程中均不会产生附加误差，提升了保护系统、测量系统和计量系统的系统精度。

　　已开发数字输出的电子式互感器——OET700系列10kV～500kV光电式互感器，通过国家级鉴定，已有数上百套110kV等级以上的 OET700系列光电式电流电压互感器投入运行，最长已运行近4年，能满足数字化变电站建设的要求。

　　OET700系列光电式互感器具有以下优点：

　　a、无CT饱和、CVT暂态和铁磁谐振等问题

　　b、精度高，不受传输距离和负载影响

　　c、数据可靠性高，带校验码，即时检查CT断线和PT断线

　　d、配置灵活，接口规范，系统的升级和扩展方便

　　e、无CT二次开路(短路)危险

　　f、弹性固体绝缘材料填充设计，无爆炸、无渗漏

　　g、体积小，重量轻，加工、安装方便

　　h、综合使用成本低