【應(yīng)用案例】數(shù)字化變電站技術(shù)在電力企業(yè)變電所的應(yīng)用

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

0.引言

  在電力企業(yè)生產(chǎn)過程中需要用到大量的電力設(shè)備，電力設(shè)備的應(yīng)用對電力企業(yè)的安全平穩(wěn)生產(chǎn)至關(guān)重要。同時，與電力設(shè)備相配套的是電力設(shè)備對電力企業(yè)電網(wǎng)的供電和調(diào)度具有較高的要求。在過去一段時間，電力企業(yè)變電站的自動化水平不高，電力保護(hù)設(shè)施存在較大的短板，不同電力設(shè)備之間的存在配合不暢的問題，很大地影響到電力企業(yè)的生產(chǎn)效率。隨著我國電力系統(tǒng)整 體技術(shù)的進(jìn)步提升，借助計算機輔助和自動化控制設(shè)備，電力企業(yè)變電所能夠?qū)崿F(xiàn)電力的數(shù)字化建設(shè)，為電力企業(yè)生產(chǎn)電力供應(yīng)平穩(wěn)有效奠定了堅實的基礎(chǔ)，本文就數(shù)字化變電技術(shù)在電力企業(yè)變電站中的應(yīng)用進(jìn)行了簡要分析。

1.數(shù)字化變電站技術(shù)在電力企業(yè)變電所應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1電力企業(yè)變電站發(fā)展現(xiàn)狀

  在當(dāng)前電力企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境中，大部分的電力企業(yè)，特別是中小電力企業(yè)其變電站仍然停留 在傳統(tǒng)的變電設(shè)備階段，其主要的組成由一次設(shè) 備和二次設(shè)備。 一次設(shè)備的主要構(gòu)件包含變壓裝置、斷路設(shè)備和隔斷裝置等。電力企業(yè)變電站不同設(shè)備之間的銜接配合主要通過電纜，鏈接控制設(shè)備和一次設(shè)備，這樣的信號傳輸方式對電力控制有較大的影響，設(shè)備反映時間較長，且設(shè)備功能拓展性不強，整體運行和維護(hù)成本較高?？茖W(xué)技術(shù)在不斷發(fā)展，電力設(shè)備也經(jīng)歷了更新?lián)Q代，互感設(shè)備的產(chǎn)生于應(yīng)用，以及智能斷路器的應(yīng)用，為數(shù)字化變電技術(shù)的產(chǎn)生提供了基礎(chǔ)條件，變電站之間的電壓控制可以通過智能化設(shè)備進(jìn)行自動化的控制，為電力企業(yè)變電站智能化、自動化轉(zhuǎn)型提供了有力的支持。二次設(shè)備主要由測量設(shè)備、保護(hù)裝置構(gòu)成。電力企業(yè)變電所數(shù)字化組 建完成后能夠把電力控制、保護(hù)有*結(jié)合，實現(xiàn)電力設(shè)備電信號控制，增加設(shè)備的反應(yīng)速度和安全性。

1.2 數(shù)字化變電站的技術(shù)要點

  從數(shù)字化變電站技術(shù)在電力企業(yè)變電所應(yīng)用上看，一方面，數(shù)字化變電站對提升電力企業(yè)電網(wǎng)管理能力，促進(jìn)配電效率提升具有較大的促進(jìn)作用，數(shù)字化技術(shù)在電力企業(yè)變電站的應(yīng)用對變電站綜合效能的提升作用明顯。因此，在對電力企業(yè)變電站改造提升當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)注重數(shù)字軟件和硬件系統(tǒng)的綜合運用，結(jié)合電力企業(yè)生產(chǎn)用電的需求和電網(wǎng)設(shè)置的實際情況，做好改造過程記錄，增強數(shù)字智能設(shè)備的應(yīng)用數(shù)量，確保電力企業(yè)電網(wǎng)能夠始終運行在安全可靠的區(qū)間。另一方面，在對電力企業(yè)變電站的控制方式上，相較于傳統(tǒng)的依靠人工方式進(jìn)行用電線路調(diào)整，數(shù)字化變電站的技術(shù)可以在計算機的控制下，利用各種 智能化終端設(shè)備對線路實現(xiàn)自動化的調(diào)整，減少電力企業(yè)變電所對人工的依賴，很大地提升變電效率。

1.3電力企業(yè)變電站數(shù)字化發(fā)展基礎(chǔ)

  在國內(nèi)電力企業(yè)生產(chǎn)中，變電站正在朝著數(shù)字化逐漸轉(zhuǎn)型，電力企業(yè)電網(wǎng)改造設(shè)備智能化 普及迅速，在電力企業(yè)變電站所使用的數(shù)字化變電技術(shù)中，比較有代表性的混合式光纖電流， pass組合開關(guān)電器等。電力企業(yè)變電站投入智能化設(shè)備的數(shù)量和質(zhì)量是確保數(shù)字化改造成功的關(guān)鍵。電力企業(yè)變電站智能化設(shè)備需要用到相關(guān)的 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在統(tǒng)一的技術(shù)框架下串聯(lián)電力設(shè)施。IEC61850通信協(xié)議為開展數(shù)字化變電站建設(shè)提供了有效的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對變電站進(jìn)行數(shù)字化建具有重要的指導(dǎo)性價值。支持電力企業(yè)變電站數(shù)字化改造的IEC61850通信協(xié)議主要由變電站層、間隔 層和過程層組成（圖1）。數(shù)字化變電站技術(shù)在電力企業(yè)變電站中應(yīng)用能夠有效降低人為因素對電力企業(yè)生產(chǎn)供電的影響，減輕電力企業(yè)電力工作人員的工作壓力，強化電力企業(yè)電力企業(yè)對電力能源的管控，使電力企業(yè)電力調(diào)度保持在較高的水平，提高電力利用率。

2.數(shù)字化變電技術(shù)的主要優(yōu)點

  相較于數(shù)字化變電技術(shù)，電力企業(yè)傳統(tǒng)的變電站在應(yīng)用上存在很大的技術(shù)缺陷，特別是在 用電安全和供電穩(wěn)定性上存在明顯的不足，如果涉及到用電設(shè)備較大的調(diào)整，供電網(wǎng)絡(luò)在調(diào)整的靈活性上存在較大的短板，無法滿足電力企業(yè)采掘設(shè)備的用電需求，造成電力企業(yè)電力供應(yīng)效率較低。在電力企業(yè)變電站數(shù)字化發(fā)展過程中，呈現(xiàn)出明顯的特征。電磁式保護(hù)裝置對電子保護(hù)裝置的替換，從簡單的計算機遠(yuǎn)動保護(hù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)集 成自動保護(hù)。在不斷的設(shè)備更新中，電力企業(yè)變電站逐漸實現(xiàn)了設(shè)備的數(shù)字化，具體體現(xiàn)在， 一次設(shè)備的智能化提升，二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化水平的提升，兩種設(shè)備通過計算機控制技術(shù)，實現(xiàn)了對電力線路的有效操控，提升了電力網(wǎng)絡(luò)的自動化程度。電力企業(yè)變電站實現(xiàn)數(shù)字化改造的在實際生產(chǎn)中的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：

1. 電子互感器終端裝置性能優(yōu)良，具有較好的安裝和維護(hù)性，絕緣性較好，CT動態(tài)范圍相較于傳統(tǒng)的互感器范圍較寬，無磁飽現(xiàn)象，相較于傳統(tǒng)的互感器在使用性能上有了較大的提升。

2. 在數(shù)字變電站中應(yīng)用較多的職能開關(guān)裝置可以實現(xiàn)電力企業(yè)供電 網(wǎng)絡(luò)信號的數(shù)字化控制，信號傳播的效率和反映速度有了質(zhì)的提升，能夠有效實現(xiàn)在一次設(shè)備和其它電器裝置之間電纜的使用數(shù)量，降低電網(wǎng)維 護(hù)和建設(shè)成本。

3. 在傳統(tǒng)的電力企業(yè)變電站建設(shè)當(dāng)中，通常會使用多種規(guī)約的電器設(shè)備，造成不同廠商和不同型號設(shè)備之間的配合程度較低， 系統(tǒng)之間的融洽性較差，在實際使用過程中會出 現(xiàn)設(shè)備銜接故障，不僅會造成電力傳輸效率降低，甚至?xí)l(fā)供電系統(tǒng)的故障，造成電力企業(yè)生產(chǎn)停滯。數(shù)字化變電設(shè)備的應(yīng)用，采用標(biāo)準(zhǔn)的IEC61850通信協(xié)議，能夠在更大范圍內(nèi)實現(xiàn)設(shè)備的有效銜接，且具有較大的設(shè)備延展性，在需要的情況下能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行有效的升級提升。

4. 在IEC61850通信協(xié)議應(yīng)用方面，通過數(shù)字設(shè)備通信功能，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站的聯(lián)閉鎖邏輯等功能，不用再依賴交換設(shè)備，變電設(shè)備的總體可靠性大大超過了傳統(tǒng)的電力企業(yè)變電站。

3.電力企業(yè)變電站數(shù)字化提升路徑

  目前，針對電力企業(yè)變電站的數(shù)字化提升大體上有3種方案，一是采用IEC61850通信協(xié)議，對傳統(tǒng)的電力企業(yè)變電站進(jìn)行數(shù)字化改造，建設(shè)具有過渡性質(zhì)的變電站，初步實現(xiàn)電網(wǎng)智能化； 二是建設(shè)具有IEC61850通信協(xié)議基礎(chǔ)的實用電力企業(yè)數(shù)字化變電站；三是從設(shè)置建造之初就運用智能化設(shè)備建設(shè)的全數(shù)字化變電站。得益于我國在電網(wǎng)一次設(shè)備上的技術(shù)探索和積累程度不高，所以在建設(shè)新的電力企業(yè)變電站中可以采用后一種方案，很大程度提升電力企業(yè)變電站的數(shù)字化水平?？梢詫鹘y(tǒng)變電站設(shè)備進(jìn)行數(shù) 字化的改造提升，以節(jié)約電力企業(yè)數(shù)字化電網(wǎng)的建設(shè)成本，在利用IEC61850通信協(xié)議對設(shè)備進(jìn)行串聯(lián)整合，實現(xiàn)電力企業(yè)變電站的數(shù)字化改造。此種過渡數(shù)字化變電站主要通過IEC61850通信協(xié)議進(jìn)行連接，相關(guān)的智能電力裝備只要支持協(xié)議即可連入數(shù)字變電網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)智能化控制。

  在此系統(tǒng)之中，數(shù)字化電力設(shè)備具有較好的系統(tǒng)兼容性，都支持IEC61850通信協(xié)議，可以通過接口功能對變電站的系統(tǒng)進(jìn)行升級提升，軟件升級的方式能夠有效降低電力企業(yè)變電站的維護(hù)成本，同時使變電系統(tǒng)更加適應(yīng)電力企業(yè)生產(chǎn)。 在電力企業(yè)變電站的二次回路中，繼電器裝置可以通過編程方式進(jìn)行升級，所有設(shè)備都可以通過光纖與控制系統(tǒng)進(jìn)行鏈接，優(yōu)化了控制系統(tǒng)回路設(shè)置。過渡階段的電力設(shè)備需要滿足于支持 IEC61850通信協(xié)議，設(shè)備信息借助工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn) 行傳輸。如果只能裝備支持支持IEC61850通信協(xié)議，那么可以直接通過工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行連接，如果智能設(shè)備無法與IEC61850通信協(xié)議有效連接， 那么需要通過相關(guān)的轉(zhuǎn)換設(shè)備進(jìn)行連接轉(zhuǎn)換，然后在通過工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)連接。

4.電力企業(yè)數(shù)字化變電技術(shù)的發(fā)展方向

4.1 自動化操控系統(tǒng)

  在當(dāng)前的電力企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中，越來越多的電力企業(yè)意識到了數(shù)字化變電站在提升用電效能，確保供電安全上的促進(jìn)作用，開始對傳統(tǒng)電力企業(yè)變電站進(jìn)行數(shù)字化的改造提升，在變電站中應(yīng)用了大量的數(shù)字化設(shè)備，實現(xiàn)了電力企業(yè)供電系統(tǒng)的智能化改造提升了電力企業(yè)的生產(chǎn)效率。相較于傳統(tǒng)的電力企業(yè)變電站，數(shù)字化變電站的應(yīng)用能夠?qū)芎玫仡A(yù)防和管理電力企業(yè)變電 故障的發(fā)生，在故障發(fā)生之后則能很好地通過智 能設(shè)備檢測故障發(fā)生的位置，從而有效降低故障處理的時間，提升變電站的設(shè)備可維護(hù)性。電力企業(yè)變電站的自動化的主要構(gòu)成包含了分流交換自動化、資料記錄、電力工作數(shù)據(jù)、信息分層等，電力企業(yè)數(shù)字化變電站維護(hù)工作人員可以通過自動監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測變電站的運行狀態(tài)，實現(xiàn)系統(tǒng)的自動化操作。

4.2 系統(tǒng)集成化

  數(shù)字化變電站的一個主要特征是變電系統(tǒng)高度集成化，在不同種類智能終端的支持下，電力企業(yè)數(shù)字化變電站通過共同的通信協(xié)議可以進(jìn)行有效的系統(tǒng)整合，相較于傳統(tǒng)的電力企業(yè)變電站，變電系統(tǒng)更加系統(tǒng)集成。從整體上來看，數(shù)字化變電站主要包括以下事項。首先，利用 IEC61850通信協(xié)議，對智能電力設(shè)備進(jìn)行有效整合，這是搭建電力企業(yè)數(shù)字變電站的重要基礎(chǔ)。 當(dāng)前絕大多數(shù)的電力企業(yè)的數(shù)字化變電系統(tǒng)是根 據(jù)IEC61850通信協(xié)議進(jìn)行搭建的。從實際應(yīng)用效 果上看，通信協(xié)議的兼容性較好，能夠有效整合 變電站的智能設(shè)備資源，實現(xiàn)變電站的智能化控 制。因此，在今后的電力企業(yè)數(shù)字化變電站建設(shè)中IEC61850通信協(xié)議應(yīng)用將更加廣泛。其次，數(shù)字化變電站的分層控制。電力企業(yè)電力企業(yè)在應(yīng)用數(shù)字化系統(tǒng)的時候需要集中管理和控制變電站 的分層控制，與傳統(tǒng)的變電管理模式區(qū)別較大的是，數(shù)字化變電系統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)會通過分層控制的方式，針對變電需求，對各種電力設(shè)施進(jìn)行有效的操控，這些都需要數(shù)字化變電設(shè)備具有一定的智能化水平，在自動模式下可以實控制系 統(tǒng)的信息交流，與控制設(shè)備實現(xiàn)無縫銜接，提高電力企業(yè)變電站的反應(yīng)速度。

4.3 網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)

  在電力企業(yè)數(shù)字化變電站技術(shù)構(gòu)成當(dāng)中，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是實現(xiàn)數(shù)字化變電站的核心，能夠有效確保數(shù)字化變電站的建成和投用。電力企業(yè)電力企業(yè)由于生產(chǎn)體量比較大，無論是管理還是生產(chǎn)都利用局域網(wǎng)絡(luò)將不同崗位和工作內(nèi)容鏈接在一起。在變電站方面也是如此，利用局域網(wǎng)絡(luò)把各個用電設(shè)備的信息情況傳輸?shù)綌?shù)字變電站系統(tǒng)內(nèi)部，然后利用計算機判斷分析，發(fā)出不同的指令信號，能夠?qū)﹄娏鬏攲嵤└佑行У目刂?。利用光纖手段傳播信心速度快捷，且設(shè)備的建設(shè)成本較低，相對于光纜傳輸信息，數(shù)字化的信息傳播方式更加適合現(xiàn)代化的電力企業(yè)生產(chǎn)。

5.安科瑞AcrelCloud-1000變電所運維云平臺

5.1概述

  基于互聯(lián)網(wǎng)＋、大數(shù)據(jù)、移動通訊等技術(shù)開發(fā)的云端管理平臺，滿足用戶或運維公司監(jiān)測眾多變電所回路運行狀態(tài)和參數(shù)、室內(nèi)環(huán)境溫濕度、電纜及母線運行溫度、現(xiàn)場設(shè)備或環(huán)境視頻場景等需求，實現(xiàn)數(shù)據(jù)一個*心，集中存儲、統(tǒng)一管理，方便使用，支持具有權(quán)限的用戶通過電腦、手機、PAD等各類終端鏈接訪問、接收報警，并完成有關(guān)設(shè)備日常和定期巡檢和派單等管理工作。

5.2應(yīng)用場所

  適用于電信、金融、交通、能源、醫(yī)*衛(wèi)生、文體、教育科研、農(nóng)林水利、商業(yè)服務(wù)、公用事業(yè)等行業(yè)變配電運行維護(hù)系統(tǒng)的新建、擴建和改建。

5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)可分為四層：即感知層、傳輸層、應(yīng)用層和展示層。

感知層：包含變電所安裝的多功能儀表、溫濕度監(jiān)測裝置、攝像頭、開關(guān)量采集裝置等。除攝像頭外，其它設(shè)備通過RS485總線接入現(xiàn)場智能網(wǎng)關(guān)RS485端口。

傳輸層：包含現(xiàn)場智能網(wǎng)關(guān)和交換機等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動采集現(xiàn)場設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲，并通過交換機把數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器端口，網(wǎng)絡(luò)故障時數(shù)據(jù)可存儲在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務(wù)器端數(shù)據(jù)不丟失。

應(yīng)用層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，若變電所數(shù)量小于30個則應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器可以合一配置。服務(wù)器需要具備固定IP地址，以接收各智能網(wǎng)關(guān)主動傳送過來的數(shù)據(jù)。

展示層：用戶通過手機、平板、電腦等多終端的方式訪問平臺信息。

5.4系統(tǒng)功能

5.4.1用能月報

  用能月報支持用戶按總用電量、變電站名稱、變電站編號等查詢所管理站所的用電量，

5.4.2站點監(jiān)測

  站點監(jiān)測包括概況、運行狀態(tài)、當(dāng)日事件記錄、當(dāng)日逐時用電曲線、用電概況。

5.4.3變壓器狀態(tài)

  變壓器狀態(tài)支持用戶查詢所有或某個站所的變壓器功率、負(fù)荷率、等運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，支持按負(fù)荷率、功率等升、降序排名。

5.4.4運維

  運維展示當(dāng)前用戶管理的有關(guān)變電所在地圖上位置及總量信息。

5.4.5配電圖

  配電圖展示被選中的變電所的配電信息，配電圖顯示各回路的開關(guān)狀態(tài)、電流等運行狀態(tài)及信息，支持電壓、電流、功率等詳細(xì)運行參數(shù)查詢。

5.4.6視頻監(jiān)控

  視頻監(jiān)控展示了當(dāng)前實時畫面（視頻直播），選中某一個變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)視頻信息。

5.4.7電力運行報表

  電力運行報表顯示選定站所選定設(shè)備各回路采集間隔運行參數(shù)和電能抄表的實時值及平均值行統(tǒng)計。

5.4.8報警信息

  對平臺所有報警信息進(jìn)行分析。

5.4.9任務(wù)管理

  任務(wù)管理頁面可以發(fā)布巡檢或消缺任務(wù)，查看巡檢或消缺任務(wù)的狀態(tài)和完成情況，可以點擊查看任務(wù)查看具體的巡檢信息。

5.4.10用戶報告

  用戶報告頁面主要用于對選定的變配電站自動匯總一個月的運行數(shù)據(jù)，對變壓器負(fù)荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報警事件等進(jìn)行統(tǒng)計分析，并列出在該周期內(nèi)巡檢時發(fā)現(xiàn)的各類缺陷及處理情況。

5.4.11APP監(jiān)測

  電力運維手機支持“監(jiān)控系統(tǒng)"、“設(shè)備檔案"、“待辦事項"、“巡檢記錄"、“缺陷記錄"、“文檔管理"和“用戶報告"七大模塊，支持一次圖、需量、用電量、視頻、曲線、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件報警查詢，設(shè)備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢、用戶報告、文檔管理等。

5.5系統(tǒng)硬件配置

6.結(jié)束語

   綜上所述，電力企業(yè)在現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型發(fā)展中，需要對生產(chǎn)設(shè)備和組織方式進(jìn)行更新，其中對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)代化的改造首先應(yīng)當(dāng)關(guān)注變電站的數(shù)字化建設(shè)，電力企業(yè)變電站的數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用是我國電力企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型的重要內(nèi)容，做好數(shù)字化變電站的建設(shè)有助于電力企業(yè)電力企業(yè) 進(jìn)一步提升生產(chǎn)效率，提高電網(wǎng)的供電穩(wěn)定性，保障電力企業(yè)平穩(wěn)生產(chǎn)。電力企業(yè)變電站是電力企業(yè)生產(chǎn)的能源樞紐，隨著我國的電力科技技術(shù)日益進(jìn)步，電力企業(yè)變電站的數(shù)字化轉(zhuǎn)型將是未來電力企業(yè)電力改革的大的趨勢，電力企業(yè)電力企業(yè)在對變電站進(jìn)行數(shù)字化改造的同時，需要綜合考慮電力企業(yè)的用電需求和改造模式，根據(jù)技術(shù)的成熟度選擇合適電力企業(yè)生產(chǎn)的改造模式，通過安裝智能化的電力設(shè)備，逐漸實現(xiàn)電力企業(yè)變電站的數(shù)字化改造，穩(wěn)妥地推進(jìn)電力企業(yè)變電站的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

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