随着科学家的不懈努力,变电站逐渐自动化!

   电子分析员        

随着全球变电站自动化系统数字化的趋势,国际电工技术委员会定义的通信协议--国际电工技术委员会61850备受关注,以确保变电站高压一次设备资产,如仪表变压器、断路器和电力变压器与各种智能电子设备的一致通信和集成,成为一个分级的层次。伴随着这一过渡,开关站内的一次设备,如非常规仪表变压器,以及包括合流装置在内的二次系统,由于其在宽频带内的快速瞬变响应,有望发挥关键作用。


相关论文以题为“Toward a Substation Automation System Based on IEC 61850”与2021年01月28日发表在《Electronics》上。


随着科学家的不懈努力,变电站逐渐自动化!


识别和快速隔离电力系统网络中的故障区是智能保护系统的基本功能之一。一个合适的智能保护系统必须以极快的速度响应,恢复被隔离的故障区,以减少非计划停电,提高网络可靠性。受影响的馈线、进线和母线段必须恢复到健康状态,同时保持网络的稳定性。


这可以通过在保护系统和开关站的主要资产之间采用强大的通信协议来实现。到目前为止,目前的高压(HV)开关场设备大多通过监督控制和数据采集(SCADA)系统、远程终端单元(RTU)和人机界面(HMI)与控制室进行通信,采用分布式网络(DNP3)协议,如图1所示。


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图1. DNP3利用HMI与控制室内的HV设备进行通信。


RTU是一种微处理机设备,它是现场设备和控制室人机界面之间的网关。它整理开关厂的信息,并将遥测信息传播到控制室。但是,这些通信模式表现出一些缺点,限制了其在未来数字化变电站自动化系统中的广泛应用。基于IEEE 1379-2000的DNP3通信协议容易受到网络安全性差的影响,使其更容易被黑客攻击,而且由于应采取严格的网络安全措施,实现起来也很复杂。


此外,这种传统的通信方式比基于IEC 61850标准的光纤(FO)或以太网模式慢得多。与传统的保护方案相比,IEC 61850具有多个优点,包括数据传输速度更快、减少二次电缆和降低工程工作量。


与CIT不同的是,在NCIT端子箱二次接线不慎断开的情况下,工厂不会遇到灾难性的故障。这些特点使NCIT适用于未来电力系统的保护、测量、自动化和控制。带FO的NCIT换能器的基本原理如图2a所示。


在该系统中,载流导体周围产生的磁场被一个传感器窃取,该传感器将光数据通过FO传播到另一个传感器,该传感器将光数据重新转换为电信号,并将其馈送到IED执行元件。与CIT不同,功率容量对NCIT的物理尺寸没有影响。因此,NCIT的整体尺寸和重量比CIT低30%左右。图2b所示为空气绝缘变电站(AIS)中典型的高压NCIT。


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图2. (a)NCIT的框图(b)轻质NCIT在运行开关站的安装。


罗戈夫斯基线圈和NCIT技术在气体绝缘和空气绝缘变电站中已被成功采用。此外,FO技术的使用减少了二次系统中的电缆和电线,有利于可靠运行和快速故障诊断。凭借卓越的技术和可忽略不计的占地面积,NCIT利用FO和过程母线技术有可能消除大部分结构、电气和机械故障,而这些故障目前都归咎于CIT物理结构。


然而,为了对该技术有坚定的信心,并使其在输配电变电站中大规模部署,NCIT以及辅助外围设备和拓扑结构需要经过广泛的性能评估和有效性检查。


图3显示了一个过程母线保护系统的框图,该系统从高压开关站的电流互感器(CT)和电压互感器(VT)中获取信号。这些模拟输入被送入MU,MU将其转换为数字数据包,通过FO通过开关和IED传送到继电器控制室。采样值(SV)和面向对象的通用变电站事件(GOOSE)在健康场景下携带具有适当字节大小的数据包。


然而,在发生故障时,字节大小的状态会发生变化,从而激活对CB的跳闸命令。SV是以多播模式向多个IED发布的加密数据,在一定的时间间隔内,有两个依赖因素:测量信号频率和每周期样本(SPP)。


IEC 61850-9-2 LE中定义的两个SPP值为80和256。例如,如果频率为50 Hz,时间间隔为80 ms,SPP应记录为1/50/80,相当于250 µs。SV在局域网(LAN)内发布和接收数据包。


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图3. 包含NCIT和MU的过程总线架构。


结论


在未来的数字变电站模式中,NCIT技术比CIT技术得到了广泛的认可。然而,NCIT在保护方面的性能包含了一些限制,需要在其大规模部署于工业领域之前得到充分解决。NCIT和MU设备互为补充,是SAS数字网络中不可或缺的一部分。


实验结果表明,与CIT相比,NCIT在过程总线实现中的性能更优越。采用OPNET仿真软件对变电站内的物理设备进行建模,并评估其在过程总线系统中SV的延迟与ETE延迟的性能。


仿真结果表明,132 kV的NCIT在ETE、延迟、直流偏移和频率响应等关键性能指标上比CIT表现更好。所开发的模型和表列的结果鼓励公用事业和行业用户在现有和未来的变电站中用NCIT取代CIT。


论文链接:https://www.mdpi.com/2079-9292/10/3/310/htm



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