數(shù)字化變電站的實用化研究

周佺

（鄭州供電公司，鄭州450006）

數(shù)字化變電站的實用化研究

周佺

（鄭州供電公司，鄭州450006）

隨著數(shù)字化變電站技術(shù)不斷的發(fā)展，IEC61850體系的逐步完善，越來越多的數(shù)字化變電站投入到了電力系統(tǒng)的運行中。論文從數(shù)據(jù)采集、一次智能設(shè)備、數(shù)字化通信網(wǎng)絡(luò)、建模標(biāo)準(zhǔn)化4個方面闡述數(shù)字化變電站與常規(guī)變電的不同，并分析數(shù)字化變電站具備的優(yōu)勢及實用化。

IEC61850；數(shù)字化變電站；IED；數(shù)字網(wǎng)絡(luò)

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.11.130

1 引言

隨著光電技術(shù)和計算機通信技術(shù)的不斷發(fā)展，以及電子式互感器、智能型開關(guān)、數(shù)字化保護測控裝置、相應(yīng)的數(shù)字化后臺監(jiān)視設(shè)備的出現(xiàn)和其技術(shù)的不斷完善，數(shù)字化變電站的發(fā)展已初具規(guī)模。在目前無人值守變電站大規(guī)模推廣的背景下，對變電站的安全、可靠、穩(wěn)定、信息交互與通信以及遠(yuǎn)動控制等方面的要求進一步提高，同時，提出對變電站智能化的議題，在此環(huán)境下，數(shù)字化變電站更凸顯出其獨特的優(yōu)勢，數(shù)字化變電站的發(fā)展已成為當(dāng)下變電站建設(shè)的一種趨勢。

2 數(shù)字化變電站在國內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r

目前，數(shù)字化變電站在國內(nèi)的發(fā)展處于起步階段，正在建設(shè)或已投入使用的數(shù)字化變電站已有百余座，但由于智能化開關(guān)技術(shù)尚不成熟等問題，目前，較為成熟的數(shù)字化變電站有2種形式：（1）由常規(guī)開關(guān)和電磁式電互感器結(jié)合就地安裝的合并單元、智能單元以及數(shù)字化的保護測控設(shè)備共同構(gòu)成，由就地合并單元完成自互感器二次側(cè)電流對交流量的采集和A/ D轉(zhuǎn)換，通過光纖將測量數(shù)據(jù)發(fā)送至保護測控設(shè)備，并由智能單元完成自過程層光纖網(wǎng)絡(luò)及保護測控裝置與傳統(tǒng)斷路器控制回路間的操作及信號的傳輸；（2）在前者的基礎(chǔ)上，將常規(guī)的電磁式互感器替換為電子式互感器，電子式互感器在本地完成對交流量的采集和A/D轉(zhuǎn)換工作，并發(fā)送至合并單元，由光纖完全替代了常規(guī)互感器的二次電纜。

3 數(shù)字化變電站的基本功能和基本特征

數(shù)字化變電站依然承擔(dān)著變換電壓和分配電能的任務(wù)，在此基礎(chǔ)上，數(shù)字化變電站實現(xiàn)了各類信息的采集、傳輸、處理和控制，完全以數(shù)字化的形式進行，并以變電站一、二次系統(tǒng)為數(shù)字化對象，依據(jù)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)等規(guī)范，依托一、二次智能設(shè)備及電子式互感器，對數(shù)字化信息進行統(tǒng)一建模，將物理設(shè)備虛擬化，采用標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)通信平臺，實現(xiàn)信息共享和相互操作[1]，實現(xiàn)設(shè)備的智能化、通信的網(wǎng)絡(luò)化、模型和通信協(xié)議的統(tǒng)一化、運行管理的自動化。

4 數(shù)字化變電站的特點及優(yōu)勢

4.1 數(shù)據(jù)采集

相對于常規(guī)互感器，電子式互感器采用非磁性線圈，避免了磁飽和以及磁滯現(xiàn)象的發(fā)生，具有良好的線性度和暫態(tài)特

性，其保護復(fù)合誤差滿足5TPE級要求；并且其體積很小，在超高壓和特高壓等級，電子式互感器的體積造價均遠(yuǎn)小于常規(guī)互感器[2]。

電子式互感器在高電位互感器中，完成一次電流變換、二次電流的輸出采集、光電的轉(zhuǎn)換和光信號輸出。光纖從互感器中引出，通過絕緣瓷瓶和支柱引出至地電位，并通過光纜引入合并單元后，上傳于過程層SV網(wǎng)絡(luò)，再發(fā)送至相關(guān)設(shè)備。由于光纖是絕緣體，相對于常規(guī)變電站二次的金屬導(dǎo)線，其高低電位之間的絕緣距離有了極大的擴充，顯著地提高了互感器的絕緣性能。

電子式互感器的額定誤差為常規(guī)互感器誤差項目所沒有計入的數(shù)字信號與標(biāo)準(zhǔn)一次信號之間的比差和角差，其電子式電流互感器輸出后直接供給保護、計量、測量設(shè)備使用，從而降低了系統(tǒng)誤差，進一步提高了系統(tǒng)的可靠性。

電子式互感器二次數(shù)字信號經(jīng)一次設(shè)備本地調(diào)解后，相別的保護、測量數(shù)據(jù)均可通過同根光纖電纜發(fā)送至合并單元，上送于網(wǎng)絡(luò)，再由交換機尋址后，發(fā)送給相對應(yīng)的設(shè)備，其二次設(shè)備基本無損耗，無負(fù)載要求，避免了CT二次開路和PT二次短路的情況，同時也免去了常規(guī)變電站設(shè)備為了得到所需的相關(guān)電流或電壓的測量值，需從互感器各二次線圈處引出專門敷設(shè)電纜至相關(guān)設(shè)備的復(fù)雜過程。且光纖造價低廉，過程層SV網(wǎng)絡(luò)的運用，使數(shù)字化變電站的造價大幅度地降低，同時又提高了其可靠性。

4.2 一次設(shè)備的智能化

IEC61850標(biāo)準(zhǔn)體系在原先常規(guī)變電站綜自所具有的間隔層和設(shè)備層間增加過程層，使數(shù)字化變電站綜自形成了站控層、間隔層、過程層的3層配置。

過程層的增加可以看做是一次設(shè)備的延伸和在二次系統(tǒng)中的映射，使跳合閘控制和設(shè)備的狀態(tài)檢修變得更加精確，同時過程層也融合了傳統(tǒng)間隔層的模擬量A/D的轉(zhuǎn)換、開關(guān)量的輸入輸出以及電壓并列等功能，并將信息通過過程層網(wǎng)絡(luò)上送和接收。

根據(jù)IEC62063—1999的定義，嚴(yán)格意義的智能開關(guān)是將斷路器內(nèi)的集成電壓、電流轉(zhuǎn)換裝置和其電子互感器測量系統(tǒng)由微機控制的二次系統(tǒng)及回路、智能單元和相配套的軟件實現(xiàn)集成的智能型開關(guān)設(shè)備，其不但具有常規(guī)開關(guān)設(shè)備的原有功能，還具有在線監(jiān)測、智能控制，數(shù)字化接口和開關(guān)的電子操作等一系列的智能化功能[3]。

不過由于技術(shù)原因，較多采用的是常規(guī)開關(guān)加智能終端的方式，智能終端通過光電隔離的觸點來進行一個間隔單元內(nèi)一次設(shè)備位置和狀態(tài)信息的采集和監(jiān)視，并通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)與相應(yīng)的保護測控設(shè)備間完成信號交換，實現(xiàn)對一次設(shè)備的智能控制和檢測，并具有防誤操作功能，實現(xiàn)了對傳統(tǒng)開關(guān)的智能化。

4.3 通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字化

相對以往的通信系統(tǒng)，數(shù)字化變電站在過程層和間隔層之間以數(shù)個本地交換機和1個主干網(wǎng)交換機以及其連接光纖為載體，形成過程層網(wǎng)絡(luò)總線，過程層以IEC 61850-9-1或IEC 61850-9-2LE標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，將合并單元采集到的電壓和電流量通過光纖輸出到過程層SV網(wǎng)絡(luò)，再由過程層交換機發(fā)送給相應(yīng)的間隔層智能設(shè)備，而智能終端的開入開出也是以GOOSE服務(wù)通過過程層網(wǎng)絡(luò)交換機上傳開關(guān)量和各類告警事件，并接受操作命令。由于二次設(shè)備間通信網(wǎng)絡(luò)化的實現(xiàn)，原先間隔層的的功能裝置變成了功能模塊，不再出現(xiàn)功能重復(fù)的I/O接口，同時間隔層具有符合IEC61850接口，并通過高速以太網(wǎng)的形式與站控層和過程層進行信息交互與共享，從而實現(xiàn)了設(shè)備間的互操作性，進而可通過若干間隔層設(shè)備間的通信和互操作使自動化功能在間隔層設(shè)備間自由分布，代替了傳統(tǒng)的備用電源自動投入、低周減載等自動裝置，大量傳統(tǒng)的電纜被數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)所取代，裝置冗余被信息冗余取代，降低了工程造價的同時也提高了系統(tǒng)的可靠性。

4.4 系統(tǒng)建模的標(biāo)準(zhǔn)化

在數(shù)字化變電站中，各設(shè)備間的通信采用統(tǒng)一的通信協(xié)議，以全部智能裝置采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)建模及數(shù)據(jù)通信平臺為基礎(chǔ)，高速網(wǎng)絡(luò)連接為載體，實現(xiàn)各設(shè)備間的無縫通信，以達(dá)到設(shè)備之間信息交互共享和設(shè)備的互操作性。所以，數(shù)字化變電站簡化了系統(tǒng)維護、工程配置和工程實施工作，最大限度地利用了用戶原先的軟硬件建設(shè)，實現(xiàn)了不同廠家的產(chǎn)品集成，降低了變電站生命周期的成本。

5 結(jié)語

雖然目前數(shù)字化變電站還存在一些技術(shù)上的問題，但其相對于常規(guī)變電站所具備的優(yōu)越性已開始逐漸展現(xiàn)，相信隨著數(shù)字變電站技術(shù)的發(fā)展，會得到更廣泛的應(yīng)用。

【1】王玉瑋,王蘭.淺析數(shù)字化變電站[J].江蘇電機工程，2008,27(2)：50-52.

【2】徐大可，湯漢松，孫志杰.電子式互感器在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用[J].高電壓技術(shù)，2007,33(1):78-82.

【3】徐大可，湯漢松，孫志杰.數(shù)字化變電站的現(xiàn)實與未來[R].廣州：第六屆輸配電技術(shù)國際會，2007.

Analyses of Digital Substation's Practical Use

ZHOU Quan
(Zhengzhou Power Supply Company,Zhengzhou 450006,China)

With rapid development of digital substation technology and IEC61850 system gradually come to be completely，more and more digital substation are operating in the Power System.This paper expounds the difference between digital substation and traditional substation from the data collection、smart device、digital communication network and standardized modeling,and analyses the advantage and practical using of digital substation.

IEC61850;digital substation;IED;digital network

TM933

A

1007-9467（2016）11-0062-02

2016-10-27

周佺（1987～），男，河南鄭州人，助理工程師，從事電力工程生產(chǎn)及研究。