淺談發(fā)展自動(dòng)化變電所的新理念論文
論文關(guān)鍵詞:自動(dòng)化;特點(diǎn);系統(tǒng);發(fā)展
論文摘要:隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,變電所自動(dòng)化技術(shù)也受到深刻影響,日趨成熟起來。本文從變電所自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn),結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,指出當(dāng)時(shí)存在的問題,提出自動(dòng)化變電所發(fā)展的新理念。
當(dāng)前在變電所自動(dòng)化領(lǐng)域中,智能化電氣設(shè)備的發(fā)展,特別是智能開關(guān)、光電式互感器等機(jī)電一體化設(shè)備的出現(xiàn),變電所自動(dòng)化技術(shù)即將進(jìn)入數(shù)字化新階段。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是沒有止境的,隨著智能開關(guān)、光電式電流電壓互感器、一次運(yùn)行設(shè)備在線狀態(tài)檢測、變電所運(yùn)行操作培訓(xùn)仿真等技術(shù)日趨成熟,以及計(jì)算機(jī)高速網(wǎng)絡(luò)在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的開發(fā)應(yīng)用,勢必對已有的變電所自動(dòng)化技術(shù)產(chǎn)生深刻的影響,全數(shù)字化的變電所自動(dòng)化系統(tǒng)在不遠(yuǎn)的將來將成為現(xiàn)實(shí)。
一、變電所自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)
(一)一次設(shè)備被檢測的信號回路和被控制的操作驅(qū)動(dòng)回路采用微處理器和光電技術(shù)設(shè)計(jì),簡化了常規(guī)機(jī)電式繼電器及控制回路的結(jié)構(gòu),數(shù)字程控器及數(shù)字公共信號網(wǎng)絡(luò)取代傳統(tǒng)的導(dǎo)線連接。換句話說,變電所二次回路中常規(guī)的繼電器及其邏輯回路被可編程序所代替,常規(guī)的強(qiáng)電模擬信號和控制電纜被光電數(shù)字和光纖替代。
(二)變電所內(nèi)常規(guī)的二次設(shè)備,如繼電保護(hù)裝置、防誤閉鎖裝置、測量控制裝置、遠(yuǎn)動(dòng)裝置、故障錄波裝置、電壓無功控制、同期操作裝置以及正在發(fā)展中的在線狀態(tài)檢測裝置等全部基于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的微處理機(jī)設(shè)計(jì)制造,設(shè)備之間的連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)通信,二次設(shè)備不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復(fù)的I/O現(xiàn)場接口,通過網(wǎng)絡(luò)真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源其享,常規(guī)的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。
(三)變電所運(yùn)行管理自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)包括電力生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)、狀態(tài)記錄統(tǒng)計(jì)無紙化;數(shù)據(jù)信息分層化、分流交換自動(dòng)化;變電所運(yùn)行發(fā)生故障時(shí)能即時(shí)提供故障分析報(bào)告,指出故障原因,提出故障處理意見;系統(tǒng)能自動(dòng)發(fā)出變電所設(shè)備檢修報(bào)告,即常規(guī)的變電所設(shè)備“定期檢修”改變?yōu)椤盃顟B(tài)檢修”。
二、變電所自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
在高壓或超高壓變電所中,保護(hù)裝置、測控裝置、故障錄波及其他自動(dòng)裝置的I/O單元,如A/D變換、光隔離器件、控制操作回路等將割列出來作為智能化一次設(shè)備的一部分。反言之,智能化一次設(shè)備的數(shù)字化傳感器、數(shù)字化控制回路代替了常規(guī)繼電保護(hù)裝置、測控等裝置的I/O部分;而在中低壓變電所則將保護(hù)、監(jiān)控裝置小型化、緊湊化,完整地安裝在開關(guān)柜上,實(shí)現(xiàn)了變電所機(jī)電一體化設(shè)計(jì)。
數(shù)字化變電所自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在物理上可分為兩類,即智能化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備;在邏輯結(jié)構(gòu)上可分為三個(gè)層次,根據(jù)IEC6185A通信協(xié)議草案定義,這三個(gè)層次分別稱為“過程層”、“間隔層”、“所控層”。
1、過程層:該層是一次設(shè)備與二次設(shè)備的結(jié)合面,或者說過程層是指智能化電氣設(shè)備的智能化部分。過程層的主要功能分三類:(1)電力運(yùn)行實(shí)時(shí)的電氣量檢測;(2)運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)檢測;(3)操作控制執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)。
(1)電力運(yùn)行的實(shí)時(shí)電氣量檢測。
它是與傳統(tǒng)的功能一樣,主要是電流、電壓、相位以及諧波分量的檢測,其他電氣量如有功、無功、電能量可通過間隔層的設(shè)備運(yùn)算得出。與常規(guī)方式相比所不同的是傳統(tǒng)的電磁式電流互感器、電壓互感器被光電電流互感器、光電電壓互感器取代;采集傳統(tǒng)模擬量被直接采集數(shù)字量所取代,這樣做的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾性能強(qiáng),絕緣和抗飽和特性好,開關(guān)裝置實(shí)現(xiàn)了小型化、緊湊化。
(2)運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)在線檢測與統(tǒng)計(jì)。
變電所需要進(jìn)行狀態(tài)參數(shù)檢測的設(shè)備主要有變壓器、斷路器、刀閘、母線、電容器、電抗器以及直流電源系統(tǒng)。在線檢測的內(nèi)容主要有溫度、壓力、密度、絕緣、機(jī)械特性以和工作狀態(tài)等數(shù)據(jù)。
(3)操作控制的執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)。
操作控制的執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)包括變壓器分接頭調(diào)節(jié)控制,電容、電抗器投切控制,斷路器、刀閘合分控制,直流電源充放電控制。過程層的控制執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)大部分是被動(dòng)的,即按上層控制指令而動(dòng)作,比如接到間隔層保護(hù)裝置的跳閘指令、電壓無功控制的投切命令、對斷路器的遙控開合命令等。在執(zhí)行控制命令時(shí)具有智能性,能判別命令的真?zhèn)渭捌浜侠硇?還能對即將進(jìn)行的動(dòng)作精度進(jìn)行控制,能使斷路器定相合閘,選相分閘,在選定的相角下實(shí)現(xiàn)斷路器的關(guān)合和開斷,要求操作時(shí)間限制在規(guī)定的參數(shù)內(nèi)。例如對真空開關(guān)的同步操作要求能做到開關(guān)觸頭在零電壓時(shí)關(guān)合,在零電流時(shí)分?jǐn)嗟取?2、間隔層:其主要功能是:(1)匯總本間隔過程層實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息;(2)實(shí)施對一次設(shè)備保護(hù)控制功能;(3)實(shí)施本間隔操作閉鎖功能;(4)實(shí)施操作同期及其他控制功能;(5)對數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)運(yùn)算及控制命令的發(fā)出具有優(yōu)先級別的控制;(6)承上啟下的通信功能,即同時(shí)高速完成與過程層及所控層的網(wǎng)絡(luò)通信功能。必要時(shí),上下網(wǎng)絡(luò)接口具備雙口全雙工方式,以提高信息通道的冗余度,保證網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性。
3、所控層:其主要任務(wù)是:(1)通過兩級高速網(wǎng)絡(luò)匯總?cè)膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息,不斷刷新實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫,按時(shí)登錄歷史數(shù)據(jù)庫;(2)按既定規(guī)約將有關(guān)數(shù)據(jù)信息送向調(diào)度或控制中心;(3)接收調(diào)度或控制中心有關(guān)控制命令并轉(zhuǎn)間隔層、過程層執(zhí)行;(4)具有在線可編程的全所操作閉鎖控制功能;(5)具有所內(nèi)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控,人機(jī)聯(lián)系功能,如顯示、操作、打印、報(bào)警,甚至圖像,聲音等多媒體功能;(6)具有對間隔層、過程層諸設(shè)備的在線維護(hù)、在線組態(tài),在線修改參數(shù)的功能;(7)具有變電所故障自動(dòng)分析和操作培訓(xùn)功能。
三、變電所自動(dòng)化系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)選型
網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是數(shù)字化變電所自動(dòng)化系統(tǒng)的命脈,它的可靠性與信息傳輸?shù)目焖傩詻Q定了系統(tǒng)的可用性。常規(guī)變電所自動(dòng)化系統(tǒng)中單套保護(hù)裝置的信息采集與保護(hù)算法的運(yùn)行一般是在同一個(gè)CPU控制下進(jìn)行的,使得同步采樣、A/D轉(zhuǎn)換,運(yùn)算、輸出控制命令整個(gè)流程快速,簡捷,而全數(shù)字化的系統(tǒng)中信息的采樣、保護(hù)算法與控制命令的形成是由網(wǎng)絡(luò)上多個(gè)CPU協(xié)同完成的,如何控制好采樣的同步和保護(hù)命令的快速輸出是一個(gè)復(fù)雜問題,其最基本的條件是網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性,關(guān)鍵技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)通信速度的提高和合適的通信協(xié)議的制定。
如果采用通常的現(xiàn)場總線技術(shù)可能不能勝任數(shù)字化變電所自動(dòng)化的技術(shù)要求。目前互聯(lián)網(wǎng)異軍突起,已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)自動(dòng)化過程控制領(lǐng)域,固化OSI七層協(xié)議,速率達(dá)到100MHz的嵌入式以太網(wǎng)控制與接口芯片已大量出現(xiàn),數(shù)字化變電所自動(dòng)化系統(tǒng)的兩級網(wǎng)絡(luò)全部采用100MHz以太網(wǎng)技術(shù)是可行的。(注:OSI模型,即開放式通信系統(tǒng)互聯(lián)參考模型(OpenSystemInterconnectionReferenceModel),是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)提出的一個(gè)試圖使各種計(jì)算機(jī)在世界范圍內(nèi)互連為網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)框架,簡稱OSI。)
四、變電所自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展中的主要問題
主要存在的問題是:(1)研究開發(fā)過程中專業(yè)協(xié)作需要加強(qiáng),比如智能化電器的研究至少存在機(jī)、電、光三個(gè)專業(yè)協(xié)同攻關(guān);(2)材料器件方面的缺陷及改進(jìn);(3)試驗(yàn)設(shè)備、測試方法、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),特別是EMC(電磁干擾與兼容)控制與試驗(yàn)還是薄弱環(huán)節(jié)。
五、結(jié)束語
以上本人粗淺的談了一下數(shù)字化變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的特征、結(jié)構(gòu)及其發(fā)展。數(shù)字化變電所自動(dòng)化是一個(gè)系統(tǒng)工程,要實(shí)現(xiàn)全部數(shù)字化變電所自動(dòng)化的功能,還有許多技術(shù)問題需要攻關(guān)解決,我相信在不遠(yuǎn)的將來數(shù)字化的變電所自動(dòng)化系統(tǒng),將會(huì)有一個(gè)蓬勃的發(fā)展時(shí)代。
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