鋼鐵企業(yè)智能變電站研究

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1智能變電站概述

智能變電站是集合了當(dāng)前多項(xiàng)高新技術(shù)的產(chǎn)物，較傳統(tǒng)變電站而言，智能變電站依靠先進(jìn)可靠的硬件設(shè)備和智能集成的軟件系統(tǒng)構(gòu)成。智能變電站實(shí)現(xiàn)了“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”的高度一體化，借助智能設(shè)備及智能網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)可自動(dòng)完成信息的測量、采集、保護(hù)、控制、監(jiān)測等基本功能，不僅能夠?qū)﹄娋W(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)檢測控制，還能結(jié)合設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)提供供配電系統(tǒng)的在線運(yùn)行分析，協(xié)助調(diào)度員對(duì)系統(tǒng)做出決策導(dǎo)向控制等功能。智能變電站以IEC61850標(biāo)準(zhǔn)為支撐，其主要特征是信息傳輸媒介使用了光纖傳導(dǎo)技術(shù)手段，較常規(guī)變電站節(jié)約了70%左右的控制電纜，測量設(shè)備使用了大量的電子式電壓、電流互感器，提高了電壓、電流測量精度。IEC61850通信規(guī)約的使用，使智能變電站的網(wǎng)絡(luò)化通信平臺(tái)形成了“三層兩網(wǎng)”結(jié)構(gòu)。實(shí)現(xiàn)了不同廠家二次設(shè)備的直接通訊與全面對(duì)接，設(shè)備間的信息傳遞效率大幅提升，解決了設(shè)備的后期維護(hù)難題。

2智能變電站基本結(jié)構(gòu)

目前，智能變電站的建設(shè)基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，在建設(shè)過程中一般采用“三層兩網(wǎng)”的結(jié)構(gòu)，將變電站系統(tǒng)分為三層，最底層為過程層，中間層為間隔層和位于最上層的站控層。位于過程層和間隔層之間的為過程層網(wǎng)絡(luò)，位于間隔層和站控層之間的為站控層網(wǎng)絡(luò)。智能變電站的“三層兩網(wǎng)”體系中各層之間通信采用光纖組網(wǎng)方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)電纜連接方式，傳輸數(shù)據(jù)量更大，傳輸速率更高。

2.1IEC61850標(biāo)準(zhǔn)

變電站建設(shè)過程中會(huì)采用多個(gè)廠家的設(shè)備，以前不同廠家都有自己相應(yīng)的私有協(xié)議，這樣造成了變電站不同設(shè)備之間的信息交互需要經(jīng)過規(guī)約轉(zhuǎn)換才能實(shí)現(xiàn)。為了解決站內(nèi)設(shè)備的通信及兼容性問題，國際電工委員會(huì)頒布了應(yīng)用于變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)是變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的一種通信標(biāo)準(zhǔn)，此標(biāo)準(zhǔn)的制定參考了多種電力通信標(biāo)準(zhǔn)，是目前電力系統(tǒng)的唯一國際標(biāo)準(zhǔn)。

2.2“三層兩網(wǎng)”構(gòu)架

按照智能變電站的設(shè)計(jì)，變電站通信平臺(tái)采用開放、分層分布。智能變電站的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架在物理上由站控層、間隔層、過程層組成，層與層之間通過站控層網(wǎng)絡(luò)和過程層網(wǎng)絡(luò)通信連接。過程層處于“三層兩網(wǎng)”結(jié)構(gòu)的最底部，該層主要包括一次設(shè)備及其配套智能裝置，一般有斷路器、電壓/電流互感器、智能終端、合并單元等設(shè)備。在過程層不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)一次設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集與狀態(tài)監(jiān)測，還能夠執(zhí)行對(duì)刀閘斷路器等設(shè)備的分合閘控制。該層將采集到的信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字量通過過程層網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給間隔層，并執(zhí)行間隔層下達(dá)的控制命令。間隔層位于三層的中間位置，主要設(shè)備包括有網(wǎng)絡(luò)記錄分析、計(jì)量、保護(hù)、測控、故障錄波等裝置組成。該層接收過程層上傳的信息，并完成對(duì)變電站系統(tǒng)及設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)診斷。同時(shí)，該層還通過站控層網(wǎng)絡(luò)接收站控層信息，執(zhí)行站控層下達(dá)的操作指令。站控層為三層的最上層，主要設(shè)備有監(jiān)控主機(jī)、服務(wù)器、數(shù)據(jù)通信遠(yuǎn)動(dòng)裝置、繼電保護(hù)故障分析系統(tǒng)、管理終端等。該層主要實(shí)現(xiàn)的是人機(jī)交互作用，該層還對(duì)過程層、間隔層的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)，以便隨時(shí)調(diào)閱。

2.3智能設(shè)備

智能設(shè)備是智能變電站區(qū)別于傳統(tǒng)變電站的最顯見之處，這些設(shè)備是智能變電站高級(jí)與智能的基礎(chǔ)。通常所說的智能設(shè)備主要是指合并單元、智能終端、保護(hù)測控、智能斷路器和電子式電壓/電流互感器等。

2.4智能檢測手段

智能變電站與傳統(tǒng)變電站最核心的區(qū)別之一，就是采用了智能設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)。因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)高壓帶電設(shè)備所處的環(huán)境比較復(fù)雜，如設(shè)備出現(xiàn)問題則會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成巨大影響，為強(qiáng)化對(duì)智能設(shè)備的管控，對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測并及時(shí)排除隱患顯得十分必要。智能變電站在建設(shè)過程中將對(duì)聲表面波測溫技術(shù)、GIS在線局放檢測、變壓器泄漏電流檢測、變壓器油在線色譜分析等進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)和安裝、調(diào)試，為后繼生產(chǎn)提供保障。

3智能變電站一體化監(jiān)控平臺(tái)

一體化監(jiān)控平臺(tái)作為人機(jī)交互的最重要手段，完全能夠達(dá)到站內(nèi)監(jiān)控信息的全部上傳與顯示，基本上實(shí)現(xiàn)了變電站少人值守甚至無人值守的效果。與此同時(shí)，在各主要變電站內(nèi)配置了大量的在線監(jiān)測、分析設(shè)備，如變壓器油在線色譜分析、設(shè)備溫度在線監(jiān)測等，能夠最大化地幫助運(yùn)行人員掌握設(shè)備運(yùn)行情況，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患?；赑CS-9000電力系統(tǒng)調(diào)度集成平臺(tái)系統(tǒng)是整個(gè)電力能源管理系統(tǒng)的智能管理中心，綜合數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)耦合了數(shù)據(jù)采集、處理、通信、控制等功能，實(shí)現(xiàn)EMS系統(tǒng)的遙測、遙信、遙控、遙脈功能，完成對(duì)變電站系統(tǒng)程數(shù)據(jù)集中監(jiān)控和調(diào)度管理，能適應(yīng)多種情況下的運(yùn)行，可根據(jù)不同狀況在最短時(shí)間內(nèi)做出準(zhǔn)確可靠的響應(yīng)，以便操作人員及時(shí)處理，協(xié)調(diào)各系統(tǒng)工作，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)搭建過程中按照國家標(biāo)準(zhǔn)的命名規(guī)范對(duì)設(shè)備進(jìn)行命名，以統(tǒng)一管理。系統(tǒng)預(yù)留有多種標(biāo)準(zhǔn)接口，這樣在今后的系統(tǒng)優(yōu)化及后續(xù)功能建設(shè)中能以統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)種各擴(kuò)展功能模塊與系統(tǒng)的無縫連接。目前系統(tǒng)對(duì)外拓展ETAP電力電氣分析電能管理的綜合分析軟件系統(tǒng)，ETAP系統(tǒng)的接入極大地提高了智能變電站運(yùn)行、模擬、預(yù)測的能力。智能變電站一體化監(jiān)控平臺(tái)不僅具備良好的人機(jī)交互功能，還可以借助高級(jí)應(yīng)用功能輔助變電站管理人員進(jìn)行調(diào)度決策、設(shè)備維護(hù)管理、人員培訓(xùn)等。

4結(jié)語

智能變電站在鋼鐵企業(yè)的建設(shè)與投運(yùn)不僅能夠大大提高變電站的勞產(chǎn)率，促進(jìn)和發(fā)展鋼鐵企業(yè)微電網(wǎng)系統(tǒng)，強(qiáng)化鋼鐵企業(yè)電力系統(tǒng)安全可靠、高質(zhì)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的水平，實(shí)現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”的高度一體化，也能夠進(jìn)一步降低鋼鐵企業(yè)電力系統(tǒng)的成本，保證企業(yè)電力系統(tǒng)的發(fā)展能夠滿足新時(shí)代鋼鐵企業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展新目標(biāo)新要求，助力鋼鐵企業(yè)早日實(shí)現(xiàn)智慧工廠的目標(biāo)。

作者：趙迎龍 湯明磊 張功 胡大為 單位：首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司