新型關鍵技術在數字化變電站建設中的應用

李海亮

摘 要：伴隨數字化變電站技術的快速進步，數字化變電站的建設工作取得了實質性地進展。文章對電子式互感器以及變電站信息通信技術等自動化系統中新型核心技術的運用情況進行了深入分析與探討。

關鍵詞：數字化變電建設；信息通信技術；自動化；電子式互感器

中圖書分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）32-0120-02

伴隨科技的快速進步，中國的數字化變電站技術已日趨成熟，數字化變電站指的是變電站內的一次電子裝置、二次電子裝置全部實現數字化，并建立統一的數據建模以及通信平臺，從而使得智能設備間的互操作性得到提升。智能化開關技術、一次運行設備在線檢測技術、電流電壓互感器（光電式）以及變電站運行操作仿真技術的快速發展，加上自動系統中計算機網絡技術的運用，對于變電站的數字化發展十分有利。

1 網絡化的信息通信技術

所謂數字化變電站指的是利用先進的代通信技術及其通信媒介取代普通的通信電纜，從而進一步簡化了分層組網技術，使得二次系統變得更加簡捷。變電站內的所有二次設備都是基于標準化、模塊化的微處理機進行設計制造，而設備間的互聯利用的是高速通信網絡，通過局域網達到數據、資源的高度共享，省去了普通功能裝置的接口，傳統的功能裝置被邏輯上的功能模塊所替代網絡通信技術的運用，數字化變電站能夠達到跨變電站、自動協調控制以及跨區域的保護目的。

數字化變電站相互之間的通信通過以太網交換機（工業級IEC61850），充分利用光纖環網實現互聯，所有變電站間信息實現了高速連接。變電站內部主保護與測控裝置、直流以及電量計費系統（IED）則充分利用變電站高速以太網交換機（IEC61850）對信息進行匯總，變電站、變電站監控中心相互的通信都是通過IEC61850 通信協議標準來完成。變電站內配置了一種高性能的通信管理機，這種通信管理機與主機一體化的工業級嵌入式計算機相連。利用多模式通信接口將站內其他設備信息進行匯總，并綜合考慮未來擴展的需要，匯總之后的信息在高速以太網上進行交換。系統利用全站SNTP網絡統一對時模式，各站擁有各自獨立的全球定位系統GPS。

數字化變電站的站控層主要包括監控、事件日志、告警以及遠動服務器等設備；間隔層主要繼電保護、測控、計量以及與接入其他智能設備規約轉換等設備；過程層主要包括合并單元、智能開關以及數字互感器等設備。站控層通信全部選用IEC61850 標準，可直接接入IEC61850裝置的主要包括監控后臺、遠動通信管理機以及保護信息子站等。間隔層通信網選用的是一種星型網絡架構，這種網絡能夠使得跨間隔的橫向聯鎖功能得以實現。電壓不超過110 kV 及的變電站自動化系統都可以選用單以太網，電壓超過110 kV的變電站自動化系統必須選用雙以太網。網絡選用的是IEC61850國際標準，而非IEC61850規約的設備必須經過規約轉換之后才能接入。

GOOSE機制指的是面向通用對象的變電站事件，能夠對由數據集組織的公共數據交換獲得支持，是實現分布式保護或者分布式自動化的前提，能夠運用在間隔層以及過程層設備之間的縱向聯系，比如跳閘信息等，還可以運用在間隔層設備之間的橫向聯系，保護以及測控等IED 相互之間也能夠實現信息的交換，從而使得未來數字化變電站的互操作以及功能自由分布等功能得以實現。伴隨數字化變電站發展的日益成熟，將來的遠方調度中心不需要經過遠動裝置進行轉發，通過直接接入變電站綜自系統的網絡從而獲得所需要的相關信息。

2 自動化運行管理

數字化變電站運行管理必須按照標準化、科學化以及現代化的要求進行管理。為了有效貫徹落實“安全第一，預防為主”的安全生產方針，嚴格遵守“保人身、保電網、保設備”的電力生產工作原則，嚴格控制班組異常以及未遂為安全生產目標，進一步強化設備運行管理工作，理順變電運行管理。從而確保電網持續供電以及變電站安全、經濟、穩定運行。

2.1 設備管理

2.1.1 設備和專業劃分發生的變化

電子式互感器所代替了普通的電磁型TA、TV，一次設備和二次設備之間實現了有效融合，從而使得傳統的一次設備與二次設備之間界定更模糊；而網絡和通信技術取代了傳統的二次回路的概念，繼電保護以及自動化專業人員對回路的維護工作已經變成對光纖通信網絡以及系統軟件的維護，使得傳統的繼電保護以及自動化專業之間的界限也是變得更加模糊。所以，伴隨數字化變電站的快速發展，對一次設備、二次設備重新進行界定早已提升議事日程，預計很快會有相關的文件加以明確。繼電保護以及自動化兩個專業密切相關，部分供電局已開始嘗試建立大二次的基層班組，從而進一步推動數字化變電站的快速發展。

2.1.2 維護管理

智能化、網絡化是數字化變電站的基本特點，其維護工作量與綜合自動化變電站相比更少，而事實上，維護工作顯得非常關鍵。在數字化變電站中必須高度重視合并單元、智能終端以及交換機等工作電源以及環境，并需要制定相應的維護作業指導書。針對ODF箱上光纖的熔接以及接口位置，必須仔細檢查，保證光纖連接可靠。同時必須高度重視相關軟件的升級工作，必要的時候應聯系廠家來完成軟件的升級工作，準確記錄當前運行的軟件版本號。

2.2 技術資料管理

技術資料的管理工作對于數字化變電站顯得特別重要，必須高度重視如下資料的保存以及更新工作。參數整定表、合并單元的軟件版本號。網絡VLAN 的劃分原則及其詳細狀況；接收聯系表、GOOSE 報文發送；測控、保護、智能終端、故障錄波、交換機等GOOSE 網設備等相關文件；GOOSE 網光纜以及尾纖聯系圖；后臺系統數據庫備份；系統規范定義文件（SSD）、配置IED 描述文件（CID）、變電站配置文件（SCD）、IED 能力描述文件（ICD）；設備的告警或者出現故障之后的處理方式。

2.3 運行管理

2.3.1 巡視檢查

數字化變電站設備運行班組必須嚴格遵守相關管理規定要求對相關設備進行巡視檢查，具體內容包括：{1}合并單元：定期對合并單元采樣情況進行檢查，同時應對激光電源的使用情況進行檢查，各通道數據的“中斷”以及“異常”數值的統計狀況進行檢查；②智能終端：對于智能終端的指示是不是正確以及有沒有告警等狀況進行檢查；③智能終端柜：詳細記錄柜內溫度以及濕度值，對加熱器以及風扇是不是正常工作等進行檢查；④交換機：對交換機的運行溫度，指示燈以及各接口是不是正常進行檢查。

2.3.2 “五防”管理

由于在線式五防得到了快速發展，結合在線式五防系統的基本特點以及在程序化操作的優勢，當前大部分的新建數字化變電站都運用了在線式五防系統。需要高度重視的是在線式五防系統中接地樁的穩定性以及刀閘電機電源的電動操作性。在程序化操作過程中主要是依靠五防邏輯及操作票順序從而保證操作的正確性，所以，對于五防邏輯的正確性已經合理性就有了更加嚴格的要求，在投運之前的驗收環節必須進行重點把關，對邏輯表進行仔細審核，努力搞好所有閉鎖試驗。

2.3.3 倒閘操作

數字化變電站中的倒閘操作具有自動化程度非常高的特點，特別是實現了程序化操作之后，工作效率得到很大的提高，操作的準確性也得到了進一步提高。這些全部是建立在設備穩定、五防正確以及操作票正確的前提下。所以，在數字化變電站中，對設備的維護以及對五防及操作票的審核是重中之重。

3 電子式互感器的運用

根據電子式互感器的不同原理，可以將其分成電原理型和光學型，光學型電子互感器是指充分利用光線在電場或者磁場中的偏轉現象，結合偏轉角度計算出電場或者磁場的強度，從而推算出系統的電流以及電壓值，該類型的電子式互感器的最大特點是其靈敏度高、絕緣性能好，但也存在一定的局限性，比如檢測信號微弱、容易受到周邊環境的影響、光學傳感材料的長時間穩定性比較差以及封裝技術等等，有關研究人員已經在檢測方法上采取了一定的措施，然而在短期內光學型互感器仍然無法實現工程上的推廣與應用。所以，國際上當前能夠實現商業化運行仍然是以電原理型的電子互感器為主，這種類型的電子互感器具有穩定性好，性能可靠等優點，我們國家對于光學型互感器的研究較為深入，因而這種類型的電子式互感器已經在商業運行中得到了推廣應用。

最近幾年以來，由于我們國家變電站電壓等級的快速提高，電子式互感器的優勢得到進一步凸顯，特別是在特高壓以及超高壓的電力系統，電子式互感器的優點更加凸顯，主要表現在絕緣性能以及暫態特性優異，適應強電磁環境能力強，能夠承受比較高水平的動熱，與普通的互感器相比優勢非常明顯。德國在特高壓試驗場電子式互感器得到了大量運用，而我們國家也有幾十個數字化變電站成功運用，這些都選用了電子式互感器，可以預計的是，這將成為我們國家數字化變電站實現自動化運行管理的一場重大的技術變革，具有十分深遠的意義。

在技術方面，電子式互感器的應用能夠進一步提升設備的安全穩定性，進一步提高保護、測量以及計量系統的精確度，能夠有效防止信號傳輸、處理工作等產生的附加誤差，使得自動化設備數量減少了，二次接線也更簡化，變電站系統的穩定性進一步提高，此外，數字化變電站設備的互操作性比較強，從而實現前臺運行系統以及其他后臺支持系統相互之間的內部數據能夠高度共享，從而進一步降低了通道重復建設以及投資，工程周期進一步縮短，便于各種變電站的擴、改建工作，縮短了設備投運時間，電力設備的退出次數以及時間，有利于設備的更新以及維護工作，電力設備的工作效率得到提高，變電站工作周期內的總投資成本也降低了。

4 結 語

建設數字化變電站的周期比較長，盡可能符合信息共享、系統集成的要求，建設基于數字化電力設備以及智能電子技術設備（智能變壓器、電子式互感器）的數字化變電站，從而實現數字化變電站站內各層間的無縫通信需要，這也是我們國家數字化變電站的發展趨勢。

參考文獻：

[1] 高翔.數字化變電站應用技術[M].北京：中國電力出版社，2008.

[2] 方麗華.數字化變電站技術叢書運行維護分冊[M].北京：中國電力出版社，2010.

[3] 高翔，張沛超.數字化變電站的主要特征和關鍵技術[J].電網技術，2009，30（23）.