智能化HGIS在數(shù)字化變電站的中的應用

　隨著計算機技術(shù)和電子技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，實時性和可靠性滿足保護功能要求的網(wǎng)絡通信技術(shù)，以及適應互感器、開關(guān)等過程層設(shè)備惡劣環(huán)境的電子技術(shù)已基本成熟，實現(xiàn)間隔層信息交換數(shù)字化、過程層設(shè)備數(shù)字化以及間隔層與過程間信息交換數(shù)字化的全數(shù)字化變電站，已經(jīng)成為變電站新技術(shù)發(fā)展的熱點。

　　數(shù)字化變電站指信息采集、傳輸、處理、輸出過程完全數(shù)字化的變電站，基本特征為設(shè)備智能化、通信網(wǎng)絡化、運行管理自動化等。

智能化HGIS有以下主要特點：

　　1、一次設(shè)備智能化

　　采用數(shù)字輸出的電子式互感器、智能開關(guān)（或配智能終端的傳統(tǒng)開關(guān)）等智能一次設(shè)備。一次設(shè)備和二次設(shè)備間用光纖傳輸數(shù)字編碼信息的方式交換采樣值、狀態(tài)量、控制命令等信息。

　　2、二次設(shè)備網(wǎng)絡化

　　二次設(shè)備間用通信網(wǎng)絡交換模擬量、開關(guān)量和控制命令等信息，取消控制電纜。

　　3、運行管理系統(tǒng)自動化

　　應包括自動故障分析系統(tǒng)、設(shè)備健康狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)和程序化控制系統(tǒng)等自動化系統(tǒng)，提升自動化水平，減少運行維護的難度和工作量。

智能化HGIS的優(yōu)勢

　　1、變電站的各種功能可共享統(tǒng)一的信息平臺，避免設(shè)備重復

　　數(shù)字化變電站的所有信息采用統(tǒng)一的信息模型，按統(tǒng)一的通信標準接入變電站通信網(wǎng)絡。變電鏡謀；?、诧冐、计量、紘素、詣?、VQC等系統(tǒng)均用同一個通信網(wǎng)絡接收電流、電壓和狀態(tài)等信息以及發(fā)出控制命令，不需為不同功能建設(shè)各自的信息采集、傳輸和執(zhí)行系統(tǒng)。

　　傳統(tǒng)變電站由于各種功能采用的通信標準和信息模型不盡相同，二次設(shè)備和一次設(shè)備間用電纜傳輸模擬信號和電平信號，各種功能需建設(shè)各自的信息采集、傳輸和執(zhí)行系統(tǒng)，增加了變電站的復雜性和成本。

　　2、便于變電站新增功能和擴展規(guī)模

　　變電站的設(shè)備間信息交換均通過通信網(wǎng)絡完成，變電站在擴充功能和擴展規(guī)模時，只需在通信網(wǎng)絡上接入新增設(shè)備，無需改造或更換原有設(shè)備，保護用戶投資，減少變電站全生命周期成本。

　　數(shù)字化變電站的各種功能的采集、計算和執(zhí)行分布在不同設(shè)備實現(xiàn)。變電站在新增功能時，如果原來的采集和執(zhí)行設(shè)備能滿足已能新增功能的需求，可在原有的設(shè)備上運行新增功能的軟件，不需要硬件投資。

　　3、通信網(wǎng)絡取代復雜的控制電纜

　　數(shù)字化變電站的一次設(shè)備和二次設(shè)備間、二次設(shè)備之間均采用計算機通信技術(shù)，一條信道可傳輸多個通道的信息。同時采用網(wǎng)絡通信技術(shù)，通信線的數(shù)量約等于設(shè)備數(shù)量。因此數(shù)字化變電站的二次接線將大幅度簡化。

　　4、提升測量精度

　　數(shù)字化變電站采用輸出數(shù)字信號的電子式互感器，數(shù)字化的電流電壓信號在傳輸?shù)蕉卧O(shè)備和二次設(shè)備處理的過程中均不會產(chǎn)生附加誤差，提升了保護系統(tǒng)、測量系統(tǒng)和計量系統(tǒng)的系統(tǒng)精度。

　　例如采用0.2級的TA和TV，傳統(tǒng)變電站由于電纜和電表帶來的附加誤差，計量系統(tǒng)總誤差在±0.7％的水平。而數(shù)字變電站計量系統(tǒng)的誤差僅由TA和TV產(chǎn)生，可達到±0.4％的水平。

　　5、提高信號傳輸?shù)目煽啃?/p>

　　數(shù)字化變電站的信號傳輸均用計算機通信技術(shù)實現(xiàn)。通信系統(tǒng)在傳輸有效信息的同時傳輸信息校驗碼和通道自檢信息，一方面杜絕誤傳信號，另一方面在通信系統(tǒng)故障時可技術(shù)告警。

　　數(shù)字信號可以用光纖傳輸，從根本上解決抗干擾問題。

　　傳統(tǒng)變電站一次設(shè)備和二次設(shè)備間直接通過電纜傳輸沒有校驗信息的信號，當信號出錯或電纜斷線、短路時都難以發(fā)現(xiàn)。而且傳輸模擬信號難以使用光纖技術(shù)，易受干擾。

　　6、應用電子式互感器解決傳統(tǒng)互感器固有問題

　　數(shù)字化變電站采用電子式互感器，沒有傳統(tǒng)互感器固有的TA斷線導致高壓危險、TA飽和影響差動飽和、CVT暫態(tài)過程影響距離保護、鐵磁諧振、絕緣油爆炸、六氟化硫泄漏等問題。

　　7、避免電纜帶來的電磁兼容、傳輸過電壓和兩點接地等問題

　　數(shù)字化變電站二次設(shè)備和一次設(shè)備之間使用絕緣的光纖連接，電磁干擾和傳輸過電壓沒有影響到二次設(shè)備的途徑，而且也沒有二次回路兩點接地的可能性。

　　傳統(tǒng)變電站的二次設(shè)備與一次設(shè)備之間仍然采用電纜進行連接，電纜感應電磁干擾和一次設(shè)備傳輸過電壓可能引起的二次設(shè)備運行異常，在二次電纜比較長的情況下由電容耦合的干擾可能造成繼電保護誤動作。盡管電力行業(yè)的有關(guān)規(guī)定中要求繼電保護二次回路一點接地，但由于二次回路接地點的狀態(tài)無法實時檢測，二次回路兩點接地的情況近期仍時有發(fā)生并對繼電保護產(chǎn)生不良影響，甚至造成設(shè)備誤動作。

　　8、解決設(shè)備間的互操作問題

　　數(shù)字化變電站的所有智能設(shè)備均按統(tǒng)一的標準建立信息模型和通信接口，設(shè)備間可實現(xiàn)無縫連接。

　　數(shù)字化變電站唯一可用的通信標準為IEC 61850。IEC 61850的信息自解釋機制，在不同設(shè)備廠家使用了各自擴展的信息時也能保證互操作性。

　　傳統(tǒng)變電站的不同生產(chǎn)廠家二次設(shè)備之間的互操作性問題至今仍然沒有得到很好地解決，主要原因是二次設(shè)備缺乏統(tǒng)一的信息模型規(guī)范和通信標準。為實現(xiàn)不同廠家設(shè)備的互連，必須設(shè)置大量的規(guī)約轉(zhuǎn)換器，增加了系統(tǒng)復雜度和設(shè)計、調(diào)試和維護的難度，降低了通信系統(tǒng)的性能。

9、進一步提高自動化和管理水平

　　數(shù)字化變電站的采用智能一次設(shè)備，所有功能均可遙控實現(xiàn)。通信系統(tǒng)傳輸?shù)男畔⒏暾?，通信的可靠性和實時性都大幅度提高。變電站因此可實現(xiàn)更多、更復雜的自動化功能，提高自動化水平。一次設(shè)備、二次設(shè)備和通信網(wǎng)絡都可具備完善的自檢功能，可根據(jù)設(shè)備的健康狀況實現(xiàn)狀態(tài)檢修。

智能一次設(shè)備

　　1、智能柜

　　由于尚無國產(chǎn)智能一次設(shè)備，進口智能一次設(shè)備相當昂貴，可通過在傳統(tǒng)一次設(shè)備的接線端子箱中安裝智能控制單元來實現(xiàn)過程層設(shè)備智能化。

　　智能柜是與HGIS高壓組合電器配套使用，是一種集微機測控和HGIS開關(guān)運行狀態(tài)監(jiān)測的綜合控制柜。

　　智能柜主要包括操作單元和智能單元；就地、遠控操作及開關(guān)位置狀態(tài)、壽命等在線監(jiān)測兩大模塊。

　　a、操作單元包含操作箱，主要實現(xiàn)斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)的就地操作，滿足斷路器、隔離/接地開關(guān)之間的閉鎖關(guān)系，能夠?qū)崿F(xiàn)完善的五防閉鎖功能；

　　b、智能單元

　　目前主要實現(xiàn)的功能：是對斷路器、隔離、接地開關(guān)的分合閘位置、氣體壓力報警閉鎖等等遙信量的采集以及對斷路器、隔離、接地開關(guān)的遠控操作;

　　HGIS高壓組合電器的基本的運行狀況進行在線監(jiān)測（此功能目前還在開發(fā)、調(diào)試階段）主要包括：

　　?、贁嗦菲鞯碾妷勖慕y(tǒng)計與計算；

　　?、跀嗦菲鲝椈蓛δ軝C構(gòu)的運行狀況及磨損；

　　?、蹟嗦菲鞣趾祥l線圈的監(jiān)測；

　　?、躍F6氣體壓力的監(jiān)視；

　　?、莞綦x開關(guān)/接地開關(guān)電動操作機構(gòu)的運行狀況的監(jiān)測；

　　智能一次設(shè)備的電子元件工作在現(xiàn)場，甚至工作高電壓部分，需承受惡劣的溫度、振動和電磁環(huán)境，這對電子元件的穩(wěn)定性和壽命提出極大的挑戰(zhàn)。因此我們柜體結(jié)構(gòu)、通風、散熱、制造工藝等方面投入了很多精力，對其進行進一步的完善工作。

　　c、選用IEC61850變電站通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)標準。

　　該標準包含通信要求、信息模型、通信協(xié)議、工程管理和一致性檢測等內(nèi)容，支持站控層、間隔層和過程層通信，完全滿足數(shù)字化變電站的要求。

　　2、光電互感器

　　數(shù)字化變電站采用輸出數(shù)字信號的電子式互感器，數(shù)字化的電流電壓信號在傳輸?shù)蕉卧O(shè)備和二次設(shè)備處理的過程中均不會產(chǎn)生附加誤差，提升了保護系統(tǒng)、測量系統(tǒng)和計量系統(tǒng)的系統(tǒng)精度。

　　已開發(fā)數(shù)字輸出的電子式互感器——OET700系列10kV～500kV光電式互感器，通過國家級鑒定，已有數(shù)上百套110kV等級以上的 OET700系列光電式電流電壓互感器投入運行，最長已運行近4年，能滿足數(shù)字化變電站建設(shè)的要求。

OET700系列光電式互感器具有以下優(yōu)點：

　　　a、無CT飽和、CVT暫態(tài)和鐵磁諧振等問題

　　　b、精度高，不受傳輸距離和負載影響

　　　c、數(shù)據(jù)可靠性高，帶校驗碼，即時檢查CT斷線和PT斷線

　　　d、配置靈活，接口規(guī)范，系統(tǒng)的升級和擴展方便

　　　e、無CT二次開路（短路）危險

　　　f、彈性固體絕緣材料填充設(shè)計，無爆炸、無滲漏

　　　g、體積小，重量輕，加工、安裝方便

　　　h、綜合使用成本低