數(shù)字化變電站研究現(xiàn)狀與應用展望

摘要：介紹了數(shù)字化變電站概念、主要特點、相關技術研究和工程應用進展，再根據(jù)電子式互感器、智能終端技術、網(wǎng)絡通信技術和IEC 61850的具體使用情況，具體介紹了一些關于現(xiàn)階段開展數(shù)字化變電站建設的情況，而且認為它將是未來變電站技術發(fā)展的新趨勢。隨著微機保護裝置、自動化二次設備的普及和變電站綜合自動化系統(tǒng)的不斷推廣，目前的變電站已經初步表現(xiàn)出了數(shù)字化和自動化的趨勢。

關鍵詞：數(shù)字化變電站 關鍵技術研究 應用展望

1 數(shù)字化變電站的概念

隨著微機保護裝置、自動化二次設備的普及和變電站綜合自動化系統(tǒng)的不斷推廣，目前的變電站已經初步表現(xiàn)出了數(shù)字化和自動化的趨勢。“數(shù)字化變電站”主要是指以現(xiàn)有變電站技術為基礎，進一步實現(xiàn)其數(shù)字化、自動化、智能化和網(wǎng)絡化。數(shù)字化變電站的特征主要有：

1.1 一次設備的數(shù)字化和智能化

變電站之前使用的都是傳統(tǒng)的電磁式互感器，現(xiàn)在我們改用電子式互感器，站內使用的智能斷路器、變壓器等設備可以向外進行數(shù)字通信，還可以在這些一次設備就地加裝智能終端，這樣就能夠進行信號的數(shù)字式轉換，還能進行狀態(tài)監(jiān)測，從而實現(xiàn)了一次設備的數(shù)字化和智能化。

1.2 二次設備的數(shù)字化和網(wǎng)絡化

實踐表明，傳統(tǒng)數(shù)字式設備已經落伍了，數(shù)字化變電站的二次設備應運而生，它有對外光纖網(wǎng)絡通信接口，不再是傳統(tǒng)變電站那樣以電纜為媒介傳輸信息，而是借助光纖以太網(wǎng)。

1.3 變電站通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)實現(xiàn)IEC61850標準統(tǒng)一化。

1.4 管理系統(tǒng)實現(xiàn)了自動化。

2 數(shù)字化變電站的結構

數(shù)字化變電站按照DL/T860標準分為：站控層、間隔層、過程層。以IEC61850標準建造變電站架構體系，以網(wǎng)絡通信平臺為基礎，實現(xiàn)變電站監(jiān)測信號、控制命令、保護跳閘命令的數(shù)字化采集、傳輸、處理和數(shù)據(jù)共享。其關鍵核心是實現(xiàn)滿足上述特征的通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)，即實現(xiàn)IEC61850標準。數(shù)字化變電站的一、二次設備均應為智能設備，具有與其他設備交換參數(shù)、狀態(tài)和控制命令等數(shù)字化信息的通信接口。設備間信息傳輸?shù)姆绞綖榫W(wǎng)絡通信或串行通信，取代傳統(tǒng)的二次電纜。站內設計在線自動監(jiān)測系統(tǒng)，對各個設備進行實時檢測，并根據(jù)情況提出檢修要求，從而實現(xiàn)狀態(tài)檢修。

2.1 過程層

過程層包括電子式互感器和智能開關設備，其主要功能分為以下三類：

2.1.1 運行電氣量檢測：檢測的內容主要是電流、電壓、相位以及諧波分量。跟常規(guī)站的差別就是不再使用傳統(tǒng)的電磁式互感器，取而代之的是電子式互感器，模擬量被直接采集的數(shù)字量取代。具有較好的抗干擾性，絕緣性能很好，而且具有不錯的飽和特性。

2.1.2 設備狀態(tài)檢測：變電站需要進行狀態(tài)參數(shù)檢測的設備主要有變壓器、斷路器、隔離開關、母線、電容器等在線檢測的主要內容是它們的工作特性及狀態(tài)的數(shù)據(jù)。

2.1.3 控制命令執(zhí)行：包括斷路器分、合；電容、電抗器投切；隔離開關分、合等。過程層的控制命令執(zhí)行大部分是被動的，如接到保護裝置的跳閘指令，并能判斷指令的合理性。

2.2 間隔層

間隔層包括測控裝置、保護裝置、安全自動裝置、故障錄波器、電能表等設備。其主要功能是：

①對本間隔過程層實時數(shù)據(jù)信息進行匯總。

②保護控制一次設備。

③實施本間隔操作閉鎖功能。

④實施操作同期及其他控制功能。

⑤對數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)運算及控制命令的發(fā)出具有優(yōu)先級別控制。

⑥執(zhí)行數(shù)據(jù)的通信傳輸功能，告訴完成與過程層及站控層的網(wǎng)絡通信。

2.3 站控層

站控層包括主機、五防工作站、保護信息子站、遠動裝置等設備，其主要任務是：

①在兩級高速網(wǎng)絡的協(xié)助下，對全站的實時數(shù)據(jù)信息進行匯總。

②由調度或控制中心來管理某些數(shù)據(jù)。

③接收相關的控制命令，然后由間隔層、過程層來執(zhí)行。

④具有在線可編程的全站操作閉鎖控制系統(tǒng)。

⑤可以對站內進行當?shù)乇O(jiān)控，還可以實現(xiàn)人機聯(lián)系。

⑥可以在線維護間隔層、過程層設備，在線組態(tài)，在線修改參數(shù)。

2.4 IEC61850標準

為了更好地推動變電站自動化和數(shù)字化技術進步，1995年國際電工委員會便著手制定變電站通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)規(guī)范體IEC61850標準，現(xiàn)在變電站自動化領域已經在普遍使用這種標準，這對于數(shù)字化變電站實現(xiàn)無縫通信和互操作性是非常有利的。

3 相關技術研究及可行性分析

過程層設備研究及工程應用情況：

3.1 電子式互感器

數(shù)字化變電站的突出特征就是使用的是電子式互感器，而不是傳統(tǒng)的電磁式互感器。國外不少知名的電氣設備商都有相應的電子式互感器產品，國產OET700系列電子式電流和電壓互感器也已在國網(wǎng)公司變電站成功應用。

3.2 一次設備的智能化與數(shù)字化實現(xiàn)

數(shù)字化變電站內一次設備智能化和數(shù)字化，不僅要求一次設備要有傳統(tǒng)功能，還要有在線狀態(tài)監(jiān)測、智能控制和數(shù)字接口等功能，也就是說可以對設備運行進行實時評估，而且還可以根據(jù)IEC61850標準，讓它跟其他設備的數(shù)字式信息交互，從而實現(xiàn)設備的互操作性。以智能斷路器裝置為例，ABB的PASS比較典型，除了斷路器設備外，目前其他一次設備還實現(xiàn)不了完全智能化。我們在使用了智能終端技術之后，就更方便實現(xiàn)一次設備的智能化和數(shù)字化了。現(xiàn)在國內已生產了與常規(guī)一次設備配備的一系列智能終端產品，這樣就為一次設備智能化和數(shù)字化帶來了許多的好處，解決了現(xiàn)階段完全智能化一次設備型號不多的問題。

3.3 間隔層設備的研究現(xiàn)狀和在工程中的應用

間隔層設備主要包括數(shù)字式保護、測控與電能計量、故障錄波、安全穩(wěn)定控制等二次系統(tǒng)。因為數(shù)字化變電站的數(shù)據(jù)傳輸模式已經不是原來的模擬量，而是數(shù)字量，這就要求我們盡快的研發(fā)基于光纖接口和IEC61850通信協(xié)議相應二次系統(tǒng)，以便更好地滿足全站數(shù)字化發(fā)展趨勢。傳統(tǒng)二次設備使用的是模數(shù)轉換插件，而數(shù)字化變電站二次設備與之最大的不同就是使用的是光電轉換接口插件。其他環(huán)節(jié)沒有什么根本上的不一樣。

3.4 站控層系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和在工程中的應用

在過去很長的一段時間，變電站自動化系統(tǒng)通信、站內設備描述等規(guī)約標準的不一致，最終使設備間不具備較好的互操作性。到現(xiàn)在為止，IEC61850標準已成為變電站自動化系統(tǒng)領域權威的標準體系。為促進數(shù)字化變電站和數(shù)字化裝置的發(fā)展起到了非常重要的作用。

4 關于數(shù)字化變電站的可行性分析

4.1 數(shù)字化變電站的建設符合科技進步的要求

繼電保護和安全自動裝置的實現(xiàn)原理由最初的電磁型、晶體管型、集成電路型逐漸發(fā)展到現(xiàn)在的微機型原理，體現(xiàn)了科學技術的不斷進步和發(fā)展，也體現(xiàn)了從模擬化向數(shù)字化、從操作化向智能化轉變的發(fā)展過程，而數(shù)字化變電站相關技術的應用與推廣，讓我們加深了對這種發(fā)展規(guī)律的認識。科技在不斷的進步，電子式互感器、智能化一次設備、在線監(jiān)測技術等也越來越發(fā)達，數(shù)字化變電站已經開始進入工程實用化時期。

4.2 電子式互感器技術的發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件

傳統(tǒng)變電站通過電磁式互感器和電纜傳遞信息的方式，還是有很多的不足之處的，可以說在二次設備的技術層面上，傳統(tǒng)的電磁型互感器技術以及二次回路的電纜傳輸模式已不能滿足現(xiàn)在二次設備技術的發(fā)展要求，而電子式互感器卻能滿足二次設備技術的發(fā)展要求，使二次系統(tǒng)具備了更高的可靠性。電子式互感器技術越來越進步，進一步推動了數(shù)字化變電站的普及。

4.3 智能終端技術推動了一次設備的智能化

現(xiàn)在，盡管完全智能化的一次設備型號還不是很充足，但是采用“常規(guī)一次設備加智能終端”來實現(xiàn)一次設備智能化的策略得以逐步施行。從這一領域的實際來看，完全智能化的一次設備選型還是很不容易的，智能終端設備為實現(xiàn)一次設備智能化和數(shù)字化提供了一個很好的方法。

4.4 數(shù)字化變電站設備間互操作性要求的滿足

基于IEC61850的變電站自動化系統(tǒng)和二次系統(tǒng)網(wǎng)絡通信協(xié)議與數(shù)字化變電站互操作性要求是一致的，基于IEC61850數(shù)字化變電站系統(tǒng)和設備的研究成績比較顯著，不少的變電站已經在使用基于IEC61850的變電站自動化系統(tǒng)。

4.5 先進的數(shù)字式保護、監(jiān)控、計量和錄波等裝置的推動

具備光纖以太網(wǎng)接口和IEC61850通信協(xié)議標準的數(shù)字式保護、監(jiān)控、計量和錄波等二次設備，為數(shù)字化變電站過程層設備的成型奠定了良好的基礎。

5 結論

在電子式互感器技術、一次設備智能化和數(shù)字化技術、變電站通信協(xié)議及網(wǎng)絡技術等一系列設備已經大體上可以滿足數(shù)字化變電站的要求，還在很多運行經驗的條件下，深入推進數(shù)字化變電站工程建設，能夠幫助我們進一步實現(xiàn)技術革新，能夠有效地解決常規(guī)變電站技術的不足，從而提高變電站運行的安全性和自動化水平。現(xiàn)在國內已建成了幾個數(shù)字化變電站試點，實踐表明，在當前的情況下開展數(shù)字化變電站的試點建設的技術已經達標。但是，目前數(shù)字化變電站建設中相關環(huán)節(jié)的技術標準和檢驗規(guī)范的制定還不夠先進，統(tǒng)一規(guī)范的數(shù)字化變電站建設規(guī)范和數(shù)字化變電站的檢修試驗規(guī)范都在不斷制定和完善中，從而能夠更好地推動數(shù)字化變電站技術的普及。數(shù)字化變電站的建設和發(fā)展，也會像是微機保護替代集成電路保護一樣發(fā)展起來。

參考文獻：

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作者簡介：洪武東，男，（1983-）本科。新疆哈密人，現(xiàn)任寧夏電力公司石嘴山供電局保護一班班長，職稱為繼電保護專業(yè)技師。