技术革新的挑战

技术革新的挑战（通用3篇）

技术革新的挑战 篇1

0 引言

随着智能化开关、电子式互感器等新设备的推广应用以及计算机通信网络技术、一次设备状态在线检测等技术的不断成熟,基于IEC 61850标准的数字化变电站大范围建设必将成为现实[1]。自2006年全国首座数字化变电站在云南曲靖投入运行以来,广东、广西、贵州等省市相继有数字化变电站建成投运。其试点建设及运行表明,数字化变电站彻底改变了二次系统的模式,鉴于二次系统在数字化变电站中的重要地位,而且目前数字化变电站在国内各大电网公司还处于试运行的起步阶段,有关的试验、验收、技术标准及管理制度等的发展完善相对滞后,在业界尚未形成规范的运行管理体系,因此有必要基于现实技术基础、实现手段,着眼于继电保护专业,兼顾先进性、经济性、继承性,对现有数字化变电站设计、建设、运行及维护等方面给继电保护专业带来的革新与挑战进行分析总结。

1 数字化变电站关键技术的工程应用

目前,业界对于“数字化变电站”还没有严格完整的定义。从某种程度上来讲,数字化变电站是指变电站的信息采集、传输、处理、输出过程全部数字化,基本特征是设备智能化、信息传输网络化、模型和通信协议标准化、运行管理自动化[2]。数字化变电站三个主要的特征就是“一次设备智能化、二次设备网络化、符合IEC 61850标准”,即数字化变电站内的信息全部做到数字化,信息传递实现网络化,通信模型达到标准化,使各种设备和功能共享统一的信息平台[3]。

目前,国内各大电网省公司都开展了数字化变电站试点工程,用以推广验证数字化实现技术、IEC 61850标准的理论体系与实现过程。110 k V三江变电站是南方电网公司、广东电网第一座全数字化变电站,是自动化程度最高、设备水平最先进的110 k V变电站。该站2007年12月正式投入试运行,站内有二台40 MW主变,110 k V进线2回,采用线路变压器组接线方式,10 k V馈线24回,4组4 000 k VA无功补偿电容器组。10 k V系统采用单母线分段接线方式。经过一年多的运行表明,数字互感器及数字保护运行稳定,通过与常规综合自动化变电站相比较,其特点主要表现在:

(1)简化二次接线,减小变电站、集控室面积。(2)光电隔离,采用数字信号传输和处理,提升测量精度,无附加误差、无电压互感器(P T)短路、电流互感器(CT)饱和、CT开路、铁磁谐振、电磁兼容、传输过电压和两点接地等问题。(3)数据集成度高,监控、远动、保护信息子站,电压无功控制(VQC)和“五防”等可以共享统一的信息平台。

总体来说,数字化变电站的全数字化二次设备可以小型化、标准化、集成化灵活布置,节约了电缆等设备投资以及相应的施工投资,在变电站的设计、安装、调试、验收和运行等方面发挥了很大的优势,消除了如变电站直流接地、CT特性不一致等引发继电保护误跳闸等长期制约继电保护稳定运行的瓶颈。然而,在实际运行中也发现一些问题:

(1)短期内无法保证全站统一采用电子式电流互感器ECT、电子式电压互感器EPT时系统的稳定性与可靠性。由于ECT、EPT使用电子器件,所以设备的寿命和可维护性,以及电子设备对环境的适应性(如温度、湿度和电磁干扰等)等因素都需要时间的考验。(2)目前,国内智能化开关研究应用还没有成熟,如果全部采用进口设备,价格太昂贵,对常规综合自动化变电站的改造与升级成本太高。若采用智能终端加常规开关方案,总体来说运行稳定,但在极端炎热的天气情况下,曾经出现过因就地汇控柜内温度过高,下放到就地汇控柜的智能终端误发告警信号的情况。(3)各供电公司对数字化变电站的研究应用相对滞后,在运行与维护的过程中还没有形成统一的标准与规范,虽然现场安装调试简单,但需要依赖厂家,尤其是ECT、EPT的精度及极性测试等需要厂家提供专用设备。

所以要经过已经投产或以后陆续投产的基于IEC 61850的数字化变电站运行经验的积累,ECT、EPT可靠性得到进一步验证,国产智能化开关的研制和应用得到突破,再加上有基于IEC 61850数字变电站标准化示范工程的推动,基于IEC 61850的数字化变电站才能在国内全面推广应用。

2 数字化变电站给继电保护专业带来的革新

数字化变电站与目前综合自动化变电站有很大差别,二次回路中常规的继电器及其逻辑回路被可编程软件代替,常规的控制电缆被光缆代替,常规的模拟信号被数字信号代替后,现有的设计、施工、试验、维护的所有方法都将不再适用,继电保护专业将从装置型向系统型转变,这是继电保护专业的一次革命。

2.1 数字化二次系统的运行与维护

对于常规变电站二次系统的运行与维护,继电保护专业人员已经形成了完整的规范与标准,但由于数字化变电站二次设备组态上发生了变化,所以数字化二次系统运行与维护也将发生相应的变革。

1)定期维护内容的调整。在常规变电站中,继电保护定期维护的主要目标是通过对交流电流、电压回路、直流回路进行电气测量,对继电器等元器件进行运行试验来发现缺陷,规避设备风险。数字化变电站二次系统从电气量的采集、信息的传输、跳合闸控制命令的实现等均具备了全面监视的可能,设备缺陷基本可以通过自检告警来发现,定期维护的目标会更侧重于运行中的维护,比如保护压板状态核对、铭牌核对、清灰等。

2)运行维护对象的调整。常规变电站中,继电保护专业主要针对保护类继电器,交、直流电源等进行巡视检查。数字化变电站由于电子式设备、通信设备的大量应用,这些设备的完好性对实现继电保护动作准确率起到了至关重要的作用。所以,在巡视时还要特别注意光纤以及其他网络通信设备的完好性。

3)运行维护周期的调整。目前常规变电站的继电保护专业巡视采用一年巡视4次,半年进行测量试验的周期模式。数字化变电站提高了设备故障自我监测报警的能力,所以也可适当考虑调整二次设备巡视的周期,以减少巡视维护的人工量。

4)运行维护工作量降低。数字化变电站用光纤代替了常规变电站中的控制电缆和模拟电缆,减少了因电缆老化或绝缘降低引起的短路火灾或直流接地等问题,降低了事故、缺陷报警的概率,有利于日常的运行维护。数字化的通信,可以通过网络实时监控互感器等的工作状态,及时发现不良隐患,减少因电流互感器等故障造成的电网事故。

2.2 网络化二次系统的保护与控制

传统变电站综合自动化系统的发展,使微机保护与控制水平不断提升,二次设备进入相对成熟阶段。然而这种成熟局限于传统二次系统结构体系,快速发展却难以消除各种问题的存在,发展与问题并存,已成为常规变电站二次系统保护与控制难以摆脱的现实。

1)智能化程度低,扩充成本高:二次设备现场操作、故障手工查找、状态无法监控,每增加一项保护功能,就须增加相应的二次设备和电缆,造成设备种类繁多,信息重复采集,初建成本高。

2)兼容性差,设备接口不统一:通信标准不统一,设备规约需转换,不同应用之间缺乏统一建模规范,设备间不具有“互操作性”,信息难以共享。

3)模拟量采集:传统互感器体积大、绝缘复杂、维护量大;其动态测量范围小、铁芯饱和、剩磁问题等均给CT和继电保护设计带来困难;铁磁谐振、暂态特性也容易造成二次设备异常。

4)通信依赖电缆,施工不便且安全隐患多:调试通信协议问题使得二次系统设计、施工周期较长,大量二次电缆产生的电磁干扰、信号衰耗、过电压以及直流接地等均可能造成继电保护等二次设备运行异常。另外,复杂的二次回路维护量大、查找缺陷困难,电缆老化、绝缘损坏等易引起火灾事故。变电站大量电磁幅射破坏环境、影响健康;互感器二次开路、爆炸事故一旦发生,将严重影响社会用电及人身安全。

网络化二次系统的保护与控制,由于二次电缆少,在不增加硬件设备、不重复采集交流信息的前提下,将相应功能分散到各间隔保护单元中,实现网络化母线保护、网络化备自投和网络化低频低压减载功能,可以基本消除以上限制继电保护运行水平继续提高的瓶颈,同时保护定值、控制字简化,保护压板、按钮和把手大大减少,也可以显著减少运行维护人员的“三误”事故。对于装置缺陷,由于直接采用数字量,能真实反映系统一次电气量信息,装置可采用更先进的原理算法,其集成度可以更高,抗干扰能力大大增强,再加上在线监测、在线检修自动化,装置运行将更加稳定。

2.3 数字化变电站二次系统验收

数字化变电站中,所有电流、电压以及控制、保护等信号的传输都基于网络,通信网络的性能对控制保护系统的功能起了决定性作用。由于采用装置配置文件实现系统通信和互操作,因此相应的ME及GOOSE配置将成为验收重点和难点,现有的保护加量试验和对点试验方式将不再适用。目前,针对数字化变电站的检测设备尚不多见,其检测手段相对于传统方法还十分有限,验收范围及内容也大有不同。

1)数字化变电站过程层是与综合自动化变电站最显著的区别,智能化电气设备包括数字式互感器、智能断路器或断路器智能单元与二次系统的联系更加密切,应该纳入二次系统的检验范围。

2)ECT与EPT精度、变比、极性和同步性检测。本项检测意在规避传统特性对保护可靠性影响,保持跨间隔的数字式电流、电压信号同步,提高继电保护特别是母差保护、变压器差动保护等“四性”要求。

3)网络性能测试,主要包括光纤以太网、ME、面向通用对象的变电站事件(GOOSE)网络测试。本项测试主要是为了检验网络的传输衰耗和误码率,检测保护装置或者测控装置接收采样值及收发控制、驱动报文内容的正确性及一致性。

同常规变电站工程项目相比,数字化变电站工程调试中减少了大部分电缆接线及现场调试工作,但增加了系统集成和测试工作。由于系统集成和测试工作依赖于专用的检测设备及检测技术,这对继电保护工作人员提出了更高的要求。

3 继电保护专业迎来的挑战

3.1 数字化变电站二次系统检验规范及方法

在数字化变电站技术推广应用过程中,迫切需要解决的问题就是检验缺乏作业标准和技术规范,数字化二次系统的运行与维护中还是只能参考综合自动化的标准和规范执行,既没有充分体现数字化变电站网络化二次系统优势,又没有针对数字化二次系统的检测手段。这是目前困扰继电保护专业人员的难题,在这个问题没有解决之前,难以全面实现数字化变电站,毕竟二次系统的可靠性直接关系着电网的安全运行。

长期以来变电站二次系统实行定期检验,尽管目前国内已经开始尝试在变电站二次系统开展状态检修,但是由于二次回路是由大量电缆和端子组成的,对二次回路在运行中出现绝缘破坏、接触不良等问题还没有有效的在线检测手段,因此综合自动化变电站由于技术条件的限制只能做到状态评估与定期检验相结合的状态检修。数字化变电站由于数字式互感器和智能化电气设备的使用,智能化程度大大提高,除了电源仍然需要电缆供电,其余的二次回路都被光纤和网络替代,无论是数字式互感器还是断路器智能单元都随着保护、自动化装置进行网络通信,一旦出现中断或者异常工况都能及时报警,也就是说实现了二次回路的在线监测,因此数字化变电站可以真正实现状态检修。在变电站正式投运前进行一次全面地检验后,运行中不再需要进行检验和调试,当设备出现元器件损坏时,由于不需要复杂的二次接线,只要把电源和光纤转接到备用装置上就可以迅速恢复设备运行,换下的故障设备再返厂进行修理,避免了二次设备故障引起的一次设备停电,不仅提高了电网的供电可靠性,而且减少了检修维护工作量。

3.2 数字化变电站二次系统的集成与兼容

由于现有的综合自动化系统和其他的控制系统相互独立,其可靠性来源于自身硬件平台和逻辑结构。考虑到IEC 61850标准的全面实施将是一个较长的过程,在这一过程中,如何将目前运行着的常规微机保护、测控单元与变电站自动化系统经过不太复杂的改造后即可运行于IEC 61850标准中,无疑具有重要的现实意义。现有系统下保护装置可以通过加装IEC 61850协议转换器统一通信接口,将各装置的自身协议转换为IEC 61850协议,实现保护装置与IEC 61850间隔层其它单元、变电站层设备的集成和互操作。由于IEC 61850过程层的电子式互感器取代了现有系统下保护测控装置模拟量采样的功能,而且输入保护测控装置的一次侧采样值是数字量,而不是传统的由电缆传送的模拟量,这就为数字化变电站二次系统中保护装置和测控装置带来了一些新的问题:

(1)线路两侧分别配置常规电流互感器和电子式互感器时的纵联保护解决方案。(2)各出线间隔既有常规电流互感器,又有电子式互感器时的母线保护解决方案。(3)变压器各侧分别配置常规电流互感器和电子式互感器时的变压器差动保护解决方案。(4)母线和线路分别配置常规电流互感器和电子式互感器时的同步检测问题解决方案。

3.3 继电保护专业管理模式的调整

目前,在广东省综合自动化变电站中,专业划分界限以信号输出端口、端子排、测控回路等为界,测控单元、VQC遥调、后台监控均由自动化专业维护。数字化变电站将网络通信技术、综合自动化技术、继电保护技术紧密融合在一起,继电保护与自动化专业的界限变得模糊,现有的专业管理模式将被彻底打破。只是继电保护专业仍然要侧重电网故障的系统分析、电网整定配合、继电保护的“四性”把握、保护装置的功能检验和日常维护等。自动化专业仍然要侧重“四遥”功能的实现及调度自动化系统和监控系统的正常维护,为电网调度运行服务。为此保护、自动化专业应加强工作配合和技术互学、融合,加强新技术的应用和研究,加强复合型管理、技术人才的培养,同时在制度上对2个专业的融合和进步予以促进。

4 结语

目前,数字化变电站的建设还处于功能实现的初步阶段,继电保护运行管理工作要与数字化变电站技术同步进步。这要求变电站的继电保护人员不仅要掌握继电保护专业技能,还要掌握相关通信、自动控制技术。这也对变电站继电保护专业的管理提出了更高的要求,继电保护专业应不断的积累管理经验和进行各项相关标准的完善,逐步改变传统的专业管理模式以适应数字化变电站的运行管理需要。

摘要：目前国内数字化变电站的相关试验、验收、技术标准及管理制度等发展完善相对滞后。着眼于继电保护专业,介绍了数字化变电站关键技术在工程中的应用,对现有数字化二次系统的运行与维护、网络化二次系统的保护与控制及数字化二次系统的验收进行了阐述,总结了继电保护专业迎来的新挑战,并对继电专业技术与管理提出了新的发展要求。

关键词：数字化变电站,继电保护,IEC61850

参考文献

[1]高翔.数字化变电站应用技术[M].北京:中国电力出版社,2008.

[2]王璐,王步华,宋丽君,等.基于IEC61850的数字化变电站的研究与应用[J].电力系统保护与控制,2008,36(24):90-92.

[3]高翔,张沛超.数字化变电站的主要特征和关键技术[J].电网技术,2006,30(23):67-71.

技术革新的挑战 篇2

摘要：“智慧水利”具有感知性、传递性和智能性的特征，有助于促进水利信息化的发展，促进水资源管理能力和公共服务能力的提升，全面推进水利的可持续发展，实现水资源的有效管理和合理配置。智慧水利是一项复杂、周期长的系统工程，想要提升水利信息化水平，必须对“智慧水利”实行统一规划。本文对“智慧水利”的背景和现状进行了分析，然后阐述了“智慧水利”的发展和应用的技术。

关键词：智慧水利;水利信息化

城市的发展和信息技术水平的提升促进了“智慧水利”的产生，体现城市水资源管理现代化水平的标志之一是“智慧水利”，给国计民生提供了重要保障。“智慧水利”的有效实施有助于推进水利系统的信息化建设和提高水利信息化水平，实现水资源的有效管理和合理配置。

1“智慧水利”产生的背景

1月28日IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”的概念，提出了加强智慧型基础设施建设。“智慧地球”又称为“智能地球”，将感应器嵌入到电网、铁路、桥梁、供水系统等各种基础设施中，然后将其连接好，推动了“物联网”的形成。其次，将“物联网”与已有的互联网进行优化整合，有助于人类社会与物理系统之间相互联系和整合。“物联网”与现有互联网的整合过程中，需要强大的中心计算机集群，这样有助于对整合网络内的工作人员、设备和基础设施实施有效的管理和控制。在全球信息化的新形势下，人们开始对“智慧水利”有所了解和注。因为全球气候变化和人类大肆破坏生态环境，导致自然灾害频繁出现，比如常见的洪涝灾害、干旱缺水、水资源污染等，比较严重的灾害有山体滑坡、泥石流等，这些自然灾害会危害到人类的人身安全。为了防治这些灾害，我国水利工作者因此借鉴“智慧地球”的理念提出了“智慧水利”的概念，“智慧水利”是将“物联网”与现有的互联网结合所形成的“水联网”，有助于促进水利信息化水平的提升。

2我国“智慧水利”发展的现状以及存在问题

成立了我国首个“水利部物联网技术应用示范基地”，我国水利信息化建设正在快速地发展。我国陆续实施了各种水利信息化建设战略，给水利建立提供一系列政府扶持。10月，广东省水利部门与广东联通签署战略合作协议，共同建设“智慧水利”无线应用平台，构建广东全省水利三防联集群网，将水利业务信息、视频监控等重要信息系统部署到无线应用平台上，让人们可以通过手机登录到平台上，然后就能随时随地查询相关信息。“智慧水利”的快速发展，有助于实现水资源的有效管理和优化配置，提高水利工程管理水平，促进水利信息化水平的`提高，推进社会经济的全面发展。虽然我国“智慧水利”的发展非常迅猛，在各领域中的应用也非常广泛，但是在“智慧水利”的建设和应用过程中还是存在一些问题。最为常见的问题是比较重视“智慧水利”，对“智慧水利”的应用有所忽视，应用效率普遍较低;重视“智慧水利”的硬件设施装备，忽视应用软件的开发。随着“智慧水利”项目在浙江、广东等地逐渐流传开来，不少省市为了追赶“潮流”，不惜花费大量的财力、物力和人力，加强“智慧水利”建设，配备先进的设备建立“智慧水利”，却忽视了应用平台的开发和利用。各单位呈现一种各自为营的局面，各单位信息资源不愿意与其他单位共享，造成信息孤岛现象的产生，信息应用效率非常低，甚至出现综合应用为0的尴尬局面。有些“智慧水利”项目建设完成后，没有及时更新信息内容，辅助决策类和统计分析类系统的配备不足，工作人员的专业水平不高，不能满足水利工程管理的需求，这些“智慧水利”项目几乎成了摆设，不仅浪费时间，还浪费了大量的投入资金。

3“智慧水利”的发展

“智慧水利”建设是全国性的问题，水利行业是我国基础产业，需要优先发现并实现可持续发展，从而有利于保障国民经济建设。“智慧水利”建设应在国家、水利部门的统一规划、统一领导的前提下进行联合建设，遵循“智慧水利”建设的基本方针，实现水利信息共享，推动水利事业的发展和水利建设技术的优化，促进我国社会经济建设和公共服务水平。“智慧水利”的建设要适应社会经济基础建设和基础产业的地位。构建统一、协调的水利工程管理机制，加强水资源保护工作，对各区域的防洪、排涝、供水、水土保持、地下水回灌等实施有效的规划和管理。在对“智慧水利”建设进行规划时要结合当地实际需求，同时要考虑到长期发展的目标。提高“智慧水利”建设项目的服务水平，重视水资源保护，通过利用已有资源，循序渐进地完善水资源管理体系。“智慧水利”项目建设中结合现代信息技术的合理应用，保证水利工程的正常和稳定运行。利用现有的信息资源，将其进行优化整合，建立共建共享机制，实现信息资源共享，不断提高工作人员的专业水平和综合素质，加强专业人员队伍建设，推进水利事业的可持续发展。

4“智慧水利”的关键技术

4.1智能感知技术

利用先进的信息传感系统和设备，比如无线传感器网络等，实时监测、采集和分析防洪、排涝、水利工程等各类信息。想要获取水工建筑物的数据或是水文测站的信息，可以通过射频识别技术的应用对水工建筑物和水文测站设备等装备进行射频标签，就能够自动获取系统所需的相关数据。将无线传感器网络嵌入到各区域的集成化微型传感器，然后就能进行实时监测、感知和采集有关区域的各方面信息，采集的数据会通过无线网络传播出去。智能感知技术的应用有助于人们及时掌握和了解关于水利方面的信息。

4.2物联网技术

物联网又称IOT，是互联网、传统电信网等信息承载体，能够在所有具有独立功能的普通物体之间实现互联互通、资源共享的网络，就是物物相连的互联网。物联网的应用范围十分广泛，在水利流域中的主要作用就是将装备和嵌入到水质监测断面、供水系统、输水系统、水文测站等水利工程中，将互联网相互连接，就会形成“流域物联网”。

4.3云计算与云存储技术

大数据时代的背景下，云计算与云存储技术在各领域的应用十分广泛。通过虚拟化、宽带网络等技术将互联网资源转换到所需的无线应用平台上，然后用户根据个人需求登录平台，就能够获取自己所需的信息。通过云计算的应用，可以将涵盖范围广的流域模拟程序分解为很多小的子程序，然后通过计算机网络进行系统搜索、计算、处理，将处理结果回传给用户。通过云存储技术的应用，水利流域中海量的数据，如实验数据、历史数据和实时数据，还有流域中的自然、环境等数据，这些海量的数据存储就不用局限于硬盘空间。

5结语

综上所述，防洪、排涝、供水、污水处理和水环境保护等水利工作，这些工作环节之间是紧密联系的，需要利用先进的科学信息技术进行智能化的分析、判断、处理。需要处理的数据信息是非常庞大的，这些海量的信息会通过无线传感网络、物联网等传送到数据中心，然后数据中心会通过仿真模拟等技术对传输过来的数据进行分析处理，并提出相应的解决措施，对水利事件进行实时的智能监控。将传输过来的数据信息和处理结果需要及时上报给政府和有关单位。水利信息化在水利工程建设中起着非常重要的作用，加强“智慧水利”建设，推进物联网技术、现代化通信技术等信息技术的应用，在水资源管理、水利工程运行管理等方面充分发挥信息化具有的效能，促进“智慧水利”的全面发展。

参考文献：

[1]李德仁，龚健雅，邵振峰.从数字地球到智慧地球[J].武汉大学学报：信息科学版，

[2]蒋云钟，冶运涛，王浩.智慧流域及其应用前景[J].系统工程理论与实践，

[3]王礼仁，陈波，杨阳，等.3S技术在数字水利中的应用[J].测绘科学，，33(3):210-

技术革新的挑战 篇3

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