Состояние развития и тенденции комплексной автоматизации подстанций

Подстанция является незаменимым и важным звеном энергосистемы. Он отвечает за выполнение сложных задач по преобразованию и перераспределению электроэнергии и играет решающую роль в экономической работе энергосистемы. В целях повышения уровня стабильной работы подстанций, снижения затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание, повышения экономической выгоды и предоставления потребителям высококачественных электроэнергетических услуг начали появляться и широко используются комплексные технологии автоматизации подстанций.

Комплексная автоматизация подстанции заключается в применении компьютерных технологий и современных коммуникационных технологий к вторичному оборудованию подстанции (включая устройства управления, сигнализации, измерения, защиты, автоматические устройства и устройства дистанционного управления и т. д.), а также реализации автоматического контроля и измерения состояния подстанции посредством функциональное сочетание и оптимизированная конструкция управления и координации, а также комплексные системы автоматизации, такие как диспетчерская связь. Реализация комплексной автоматизации подстанций может повысить экономический уровень эксплуатации электросети, сократить инвестиции в инфраструктуру и предоставить средства для продвижения необслуживаемых подстанций. Быстрое развитие компьютерных технологий, информационных технологий и сетевых технологий привело к развитию технологий комплексной автоматизации подстанций. В последние годы с развитием цифровых систем электроизмерений (таких как фотоэлектрические преобразователи или электронные трансформаторы), интеллектуального электрооборудования и сопутствующих коммуникационных технологий комплексная система автоматизации подстанций движется в сторону цифровизации.

I. Основные функции комплексной системы автоматизации подстанции

Основные функции комплексной системы автоматизации подстанции отражены в функциях следующих шести подсистем:

1. Подсистема мониторинга;

2. Подсистема релейной защиты;

3. Подсистема комплексного контроля напряжения и реактивной мощности;

4. Подсистема управления низкочастотной разгрузкой энергосистемы;

5. Подсистема автоматического переключения резервного электропитания;

6. Подсистема связи.

Эта часть относительно богата по содержанию, и существует множество документов, подробно объясняющих ее, поэтому в этой статье не будут вдаваться в подробности.

II. Традиционная система автоматизации подстанции

1. Структура системы

В настоящее время конструкции комплексных систем автоматизации подстанций в стране и за рубежом по конструктивным идеям классифицируются на следующие три типа [1]:

(1) Централизованный

Используйте компьютеры разных классов для расширения цепей их периферийных интерфейсов, централизованного сбора аналоговой, коммутационной и цифровой информации подстанции, выполнения централизованной обработки и вычислений, а также выполнения микрокомпьютерного мониторинга, защиты микрокомпьютера и некоторых функций автоматического управления. Его характеристики: высокие требования к производительности компьютера, плохая масштабируемость и ремонтопригодность, подходит для средних и небольших подстанций.

(2) Распределенный

Несколько ЦП, разделенные в соответствии с контролируемыми объектами или системными функциями подстанции, работают параллельно, а для реализации передачи данных между ЦП используются сетевые технологии или последовательные методы. Распределенная система легко расширяется и обслуживается, а локальные сбои не влияют на нормальную работу других модулей. Этот режим можно использовать для централизованной группировки экранов или группировки разделенного экрана во время установки.

(3) Децентрализованное распространение

Каждый блок сбора данных, блок управления (блок ввода-вывода) и блок защиты на уровне присоединения устанавливаются локально в распределительном шкафу или рядом с другим оборудованием. Каждый блок независим друг от друга и связан между собой только через сеть связи и подключен к основному блоку измерения и управления уровня подстанции. коммуникация. Функции, которые можно выполнить на уровне присоединения, не зависят от сети связи, например функции защиты. Сеть связи обычно представляет собой оптоволокно или витую пару, что максимально сжимает вторичное оборудование и вторичные кабели, экономя инвестиции в инженерное строительство. Установка может быть как рассредоточена по каждому отсеку, так и представлять собой централизованное или иерархическое группирование экранов в диспетчерской. Также может случиться так, что одна часть находится в диспетчерской, а другая разбросана по распределительному шкафу.

2.Существующие проблемы

Интегрированная система автоматизации подстанции добилась хороших результатов в применении, но имеются и недостатки, в основном отраженные в: 1. Обмен информацией между первичной и вторичной обмотками по-прежнему продолжается в традиционном режиме кабельной проводки, который является дорогостоящим и неудобным в строительстве и обслуживании; 2. Часть сбора вторичных данных в значительной степени повторяется, что приводит к напрасной трате ресурсов; 3. Стандартизация информации недостаточна, обмен информацией ограничен, сосуществуют многочисленные системы, а взаимосвязь между устройствами, а также между устройствами и системами затруднена, что образует информационные острова и затрудняет комплексное применение информации; 4. При возникновении аварии появляется большое количество информации о тревогах без эффективного механизма фильтрации, что мешает правильному определению неисправности дежурными операторами.

III. Цифровая подстанция

Цифровые подстанции – это следующий этап развития автоматизации подстанций. В Плане развития науки и технологий «Одиннадцатой пятилетки» «Электросетевой компании» четко указано, что в период «одиннадцатой пятилетки» будут изучены цифровые подстанции и построены демонстрационные станции. 2, и в настоящее время там имеются цифровые подстанции. Завершено и введено в эксплуатацию, например, цифровая подстанция 110 кВ для проведения конференций и выставок в Фучжоу.

1. Концепция цифровой подстанции

Цифровая подстанция – это подстанция, на которой процессы сбора, передачи, обработки и вывода информации полностью цифровые. Его основными характеристиками являются интеллектуальное оборудование, сеть связи, а также автоматизированная эксплуатация и управление.

Цифровые подстанции имеют следующие основные особенности:

(1) Интеллектуальное основное оборудование

Интеллектуальное первичное оборудование, такое как электронные трансформаторы и интеллектуальные переключатели (или традиционные переключатели с интеллектуальными терминалами), использующее цифровой выход. Первичное устройство и вторичное устройство обмениваются значениями выборки, величинами состояния, командами управления и другой информацией посредством передачи по оптоволоконному кабелю информации, закодированной в цифровом формате.

(2) Сеть вторичного оборудования

Сеть связи используется для обмена такой информацией, как аналоговые значения, значения переключения и команды управления между вторичными устройствами, при этом кабели управления отсутствуют.

(3) Автоматизация системы управления операциями

Системы автоматизации, такие как автоматические системы анализа неисправностей, системы мониторинга состояния оборудования и системы программного управления, должны быть включены для повышения уровня автоматизации и снижения сложности и рабочей нагрузки при эксплуатации и техническом обслуживании.

2. Основные технические характеристики цифровых подстанций.

(1) Оцифровка сбора данных

Основным признаком цифровой подстанции является использование цифровых систем электрических измерений (таких как фотоэлектрические трансформаторы или электронные трансформаторы) для сбора электрических параметров, таких как ток и напряжение 3, для достижения эффективной электрической изоляции первичных и вторичных систем и увеличения динамических характеристик. диапазон измерения электрических величин и повышает точность измерений, обеспечивая тем самым основу для реализации перехода от обычного резервирования устройств подстанции к информационному резервированию и применению информационной интеграции.

(2) Иерархическое распределение системы

Развитие систем автоматизации подстанций пережило переход от централизованного к распределенному. Большинство иерархических распределенных систем автоматизации подстанций второго поколения используют зрелые технологии сетевой связи и открытые протоколы межсетевого взаимодействия, которые позволяют более полно записывать информацию об оборудовании и значительно повышать скорость реакции системы. Структуру системы автоматизации цифровой подстанции можно физически разделить на две категории: интеллектуальное первичное оборудование и сетевое вторичное оборудование; с точки зрения логической структуры его можно разделить на «уровень процесса» и «уровень отсека» в соответствии с определением стандарта связи IEC61850. ", "уровень управления станцией" три уровня. Внутри и между каждым уровнем используется высокоскоростная сетевая связь.

(3) Сети информационного взаимодействия и интеграция информационных приложений.

Цифровые подстанции используют новые цифровые трансформаторы малой мощности вместо обычных трансформаторов для прямого преобразования высокого напряжения и большого тока в цифровые сигналы. Обмен информацией происходит между устройствами на площадке через высокоскоростные сети. Вторичные устройства не имеют интерфейсов ввода-вывода с дублирующими функциями. Обычные функциональные устройства становятся логическими функциональными модулями для обеспечения совместного использования данных и ресурсов. В настоящее время IEC61850 признан на международном уровне стандартом связи для автоматизации подстанций.

Кроме того, цифровая подстанция интегрирует информацию и оптимизирует функции исходных разбросанных вторичных системных устройств, поэтому она может эффективно избегать дублирования аппаратных конфигураций при мониторинге, управлении, защите, регистрации неисправностей, измерении и измерении устройств обычных подстанций, таких как проблемы поскольку происходит необмен информацией и высокие инвестиционные затраты.

(4) Интеллектуальная работа оборудования

Новая вторичная система высоковольтного выключателя создана с использованием микрокомпьютеров, силовой электроники и новых датчиков. Интеллектуальность системы автоматического выключателя реализуется посредством вторичной системы, управляемой микрокомпьютером, интеллектуального электронного устройства и соответствующего интеллектуального программного обеспечения. Могут передаваться команды защиты и управления. Волоконно-оптическая сеть достигает системы вторичной цепи нетрадиционной подстанции, обеспечивая цифровой интерфейс с приводным механизмом выключателя.

(5) Статус обслуживания оборудования

На цифровых подстанциях можно эффективно получать данные о рабочем состоянии энергосистемы, а также информацию о неисправностях и действиях различных устройств IED для эффективного мониторинга работы и состояния сигнального контура. На цифровых подстанциях практически отсутствуют неконтролируемые функциональные узлы, отсутствуют «слепые зоны» при сборе характеристик состояния оборудования. Стратегию обслуживания оборудования можно изменить с «регулярного обслуживания» обычного оборудования подстанции на «условное обслуживание», что значительно повышает доступность системы.

(6) Принцип измерения LPCT и внешний вид прибора контроля.

Как упоминалось ранее, LPCT на самом деле представляет собой трансформатор электромагнитного тока с малой выходной мощностью. В стандарте IEC он указан как форма реализации электронного трансформатора тока, представляющего собой электромагнитный трансформатор тока. Направление развития с широкими перспективами применения. Поскольку выходной сигнал LPCT обычно подается непосредственно на электронные схемы, вторичная нагрузка относительно невелика; его сердечник обычно изготавливается из материалов с высокой магнитной проницаемостью, таких как микрокристаллический сплав, а точность измерений может быть достигнута за счет меньшего поперечного сечения сердечника (размера сердечника). требования.

(7) Уплотнение структуры системы и стандартизация моделирования.

Цифровая система электрических измерений отличается небольшими размерами и легким весом. Его можно интегрировать в интеллектуальную систему распределительного устройства, а функциональную комбинацию и расположение оборудования можно оптимизировать в соответствии с концепцией мехатроники подстанции. На подстанциях высокого и сверхвысокого напряжения блоки ввода-вывода устройств защиты, устройств измерения и контроля, регистраторов повреждений и других автоматических устройств являются частью первичного интеллектуального оборудования, реализующего технологическую интеграцию ИЭУ; на подстанциях среднего и низкого напряжения. Устройства защиты и контроля могут быть миниатюрными, компактными и полностью устанавливаться в распределительном шкафу.

IEC61850 устанавливает стандарт моделирования для энергосистем и определяет унифицированную и стандартную информационную модель и модель обмена информацией для систем автоматизации подстанций. Его значение в основном отражается на реализации совместимости интеллектуальных устройств, реализации обмена информацией на подстанциях и упрощении конфигурации обслуживания системы и реализации проекта.

3. Стандарт IEC61850

IEC61850 — это серия стандартов «Сети и системы связи подстанций», разработанная рабочей группой TC57 Международной электротехнической комиссии. Это международный стандарт для систем автоматизации подстанций, основанных на платформах сетевых коммуникаций. Он также станет стандартом для энергосистем от диспетчерских центров до подстанций, внутри подстанций и распределительных систем. Ожидается, что стандарт связи для бесшовного подключения электрической автоматизации станет стандартом связи промышленного управления для универсальной сетевой коммуникационной платформы.

По сравнению с традиционной системой протоколов связи технически IEC61850 имеет следующие выдающиеся особенности: 1. Использование технологии объектно-ориентированного моделирования; 2. Используйте распределенные и многоуровневые системы; 3. Использовать абстрактный интерфейс службы связи (ACSI) и технологию SCSM для отображения специальных служб связи; 4 использует технологию MMS (спецификация сообщения производителя); 5 имеет совместимость; 6 имеет ориентированную на будущее открытую архитектуру.

VI. Заключение

Применение систем автоматизации подстанций в нашей стране дало весьма существенные результаты и играет важную роль в повышении экономического уровня эксплуатации электросетей. В настоящее время, с постоянным развитием новых технологий, появляются цифровые подстанции. По сравнению с традиционными подстанциями цифровые подстанции имеют следующие преимущества: сокращение вторичной проводки, повышение точности измерений, повышение надежности передачи сигнала, избежание таких проблем, как электромагнитная совместимость, перенапряжение при передаче и двухточечное заземление, вызванное кабелями, а также решение проблем между оборудованием. Вопросы совместимости, различные функции подстанции могут использовать единую информационную платформу, что позволяет избежать дублирования оборудования и еще больше повысить уровень автоматизации эксплуатации и управления. Цифровая подстанция – направление развития технологий автоматизации подстанций.

Weshine Electric Manufacturing Co., Ltd.