數字化變電站的主要特征和關鍵技術分析

摘要：數字化變電站智能輸電網的物理媒介是促進智能電網發展的一個關鍵技術。首先介紹智能電網系統組成結構，主要包括過程層、間隔層的變電站層。在此基礎上，討論了數字化變電站的主要特性和關鍵技術。可為數字化變電站設計和相關科研與運行人員提供參考。

關鍵詞：數字化變電站；組成結構；主要特征；關鍵技術

作者簡介：趙敏（1982-），女，河南漯河人，漯河供電公司變電檢修部，助理工程師。（河南 漯河 462000）

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）33-0138-02

隨著高速以太網的網絡技術的發展，非常規的高級電子式傳感器和職能智能開關技術的改進和工程應用以及IEC61850標準的實施，系統實時性高、可靠性高、可擴展性強和靈活性好的數字化變電站得到了快速發展。數字化變電站將成為智能電網背景框架下變電站建設的新特點，也是智能電網實現高級應用和無人值班運行技術的關鍵與核心。

數字化變電站的技術將引領未來變電站自動化系統的發展方向，其建設的運行不僅對電力系統具有重要影響，而且對世界經濟和社會發展也具有劃時代意義。在此背景下，本文對數字化變電站進行研究。首先本文介紹智能電網系統組成結構，在此基礎上討論了數字化變電站的主要特性和關鍵技術。

一、數字化變電站的組成結構

數字化變電站按照其結構組成可以看成三層結構，由上至下分別為變電站層、間隔層和過程層。其具體的結構如圖1所示。

1.過程層

變電站的底層是過程層，主要由一次設備、互感器、智能綜端和MU合并單元組成。

過程層是一次設備與二次設備的結合體，其功能主要分為三部分：一是電力運行過程中的電氣量的檢測，主要包括電流幅值和電壓幅值、電流電壓的相位和地電流電壓的諧波成分；二是運行設備的狀態參數檢測，主要針對變電站內的設備包括電力主變電壓器、廠內安裝的電抗器和電容器等無功設備、隔離開關盒斷路器等開關設備、母線和直流電源等設備，需要監測這些設備的運行狀態是否正常運行，監測的內容包括設備運行的溫度和壓力設備的絕緣情況、設備的運行狀態是否在其機械特性下以及設備的工作狀態是否正常等等；三是操作控制執行與驅動，主要的操作有主變的分接頭的檔位調節、無功設備的投與切、開關設備的分與合以及直流電源設備的充放電等。

2.間隔層

變電站的中間層是過程層，主要由數字式保護測控裝置、低壓保護裝置、計量裝置以及接入的其他設備組成。間隔層與變電站層的通信規約采用IEC61850的通信標準，在100M的交換以太網內進行信息的交換。

間隔層的主要功能是對過程層的實時信息進行收集和整理，進行一次設備的保護和控制，發出具有優先級別的數據采集和控制命令，同時協助實現變電站層和過程層之間的通信功能。

3.變電站層

變電站三層結構的最上層是變電站層，也叫站控層，主要由變電站內的監測設備和遠動服務器構成。

變電站層的主要作用主要包括以下幾個方面：收集變電站內的實時數據信息；通過一定的通信協議將相關的數據信息送到電網調度系統或者控制中心，同時接受調度系統或者控制中心的命令，并將相關的命令轉發給間隔層和控制層；變電站層具有在線可編層的全站操作閉鎖控制功能。

二、數字化變電站的主要特性

一個高級完整的數字化變電站具有以下幾個方面的特征：

1.數據采集的數字化

數字化變電站通過數字化設備對變電站內的主要電氣量，如電壓、電流等的測量實現數字化測量，實現了一次系統和二次系統的有效電氣隔離。這種電氣隔離能增加電氣量測量的精度，為實現信息的集成化應用奠定了基礎。

2.系統分層的分布化

網絡通信技術的成熟化和通信規約的開放化使變電站自動化系統由原有的集中式向分布式發展。以IEC61850為代表的通信規約提出了變電站的三層層次結構，同時以面向對象建模、高速以太網和嵌入式以太網等高新技術的采用，使電力系統的實時性和可靠性得到了滿足，同時有效解決了系統之間信息的相互通信，為實施變電站分層分布式提供了技術保證。

3.信息應用集成化

數字化變電通過對分散的二次系統裝置進行整合，同時對不同裝置的不同功能，如保護功能、監測功能、計量功能和控制功能等整合到一臺或者兩臺設備上進行功能優化處理，避免了設備的重復購買，節約了投資成本。

4.設備檢修狀態化

常規的變電站的二次系統狀態檢修很難實現，而數字化變電站由于設備電氣量的采集沒有盲區，因此能夠實時獲取電網的實時運行狀態，實現對操作及信號狀態回路的有效監測，進而能夠實現對二次系統的狀態檢修。

5.系統結構緊湊化

由于數字化測量裝置本身比較輕便，同時體積很小，能將其集成在智能開關設備中，按照變電站機電一體化設計理念進行優化組合和設備布置。

6.設備操作智能化

數字化變電站的新型高壓斷路器二次系統是通過現代化先進電力電子技術和傳感器建立起來的，因而能夠準確地控制開關器件的跳閘、合閘，同時能實現設備的自檢等功能。

三、數字化變電站的關鍵技術

數字化變電站的發展、建設與IEC 61850標準的應用、電子式互感器及其接口技術、智能斷路器技術和計算機網絡技術密切相關。這些關鍵技術的提高是數字化變電站發展的技術保證。

1.IEC 61850

IEC 61850采用無縫通信技術大大改善了自動化技術和信息技術的數據集成量，減少了設備運行維護等費用，同時能減少工作人員的建設、診斷和維護的時間，大大提高了變電站自動化系統的靈活性。由于它獨特的優勢，IEC 61850成為自動化系統的通信標準，實現了電力自動化產品的“統一標準，統一模型和互聯開放”格局，實現了變電站信息的標準化建模和信息的共享。

2.電子式互感器及其接口技術

合并單元和傳感器單元是電子式互感器的主要接口設備。合并單元主要用于對多路輸出的數字信號進行采集，然后按照標準的規約將采集到的數字信號發送給測量控制設備和監控保護設備。由于這類電子式互感器接口設備同時具有將模擬量進行數字化處理的功能和將數字量進行模擬化的功能，使得基于電子式互感器的接口設備具有較高的靈活性，因此很容易與系統接口配合使用。

3.智能斷路器技術

以計算機技術和新型傳感器建立起來的智能斷路器以具有自動實現重合閘、調整斷路器的動作特性和自動進行斷路器的選象合閘、對應的同步分析功能而成為數字化變電站發展的技術關鍵。此外，智能斷路器技術能對斷路器的狀態進行在線監測。

4.計算機網絡技術

支撐數字變電站發展的核心技術還包括計算機網絡技術的光纖通信技術。特別是以太網為代表的高科技新型技術的不斷成熟和嵌入式以太網技術在工業控制領域的廣泛應用與普及，使得數字化變電站能夠使用價格低廉和成熟的以太網作為其網絡。

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（責任編輯：王祝萍）