數字化變電站的調試問題及其關鍵內容研究

董 晴

(寧夏送變電工程公司，寧夏 銀川750001)

0 引言

在變電站自動化領域中，智能化電氣的發展，特別是智能開關、光電式互感器，變電站自動化技術進入了數字化的新階段。 盡管在全國各地不斷有數字化變電站工程項目的投運，但電力建設的調試作業卻沒有跟上數字化變電站的建設步伐，調試項目不清楚，調試方法不統一，仍然處在探索研究階段。

1 數字化變電站結構

1.1 物理結構

1.1.1 智能化的一次設備

智能化的一次電氣設備主要包括：電子式電流/電壓互感器、智能型斷路器/隔離開關、智能型變壓器，以及其它電氣輔助設備。 一次設備被檢測的信號回路和被控制的操作驅動回路采用微處理器和光電技術設計。 簡化了常規機電式繼電器及控制回路的結構，數字程控器及數字公共信號網絡取代傳統的導線連接。

1.1.2 網絡化的二次設備

變電站內的二次設備，如繼電保護裝置、防誤閉鎖裝置、測量控制裝置、遠動裝置、故障錄波裝置、電壓無功控制、同期操作裝置以及正在發展中的在線狀態檢測裝置設備等全部基于標準化、模塊化的微處理機設計制造，設備之間的連接全部采用高速的網絡通信，而不再出現常規功能裝置重復的I/O 現場接口，通過網絡真正實現數據共享、資源共享。 常規的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。

1.2 邏輯結構

1.2.1 過程層

1）電力運行的實時電氣量檢測

電力運行的實時電氣量檢測主要是電流、電壓、相位以及諧波分量的檢測，其他電氣量如有功、無功、電能量可通過間隔層的設備運算得出。 與常規方式相比所不同的是傳統的電磁式電流互感器、電壓互感器被光電電流互感器、光電電壓互感器取代； 采集傳統模擬量被直接采集數字量所取代，這樣做的優點是抗干擾性能強，絕緣和抗飽和特性好，開關裝置實現了小型化、緊湊化。

2）運行設備的狀態參數在線監測

變電站需要進行狀態參數檢測的設備主要有變壓器、斷路器、刀閘、母線、電容器、電抗器以及直流電源系統。 在線檢測的內容主要有溫度、壓力、密度、絕緣、機械特性以及工作狀態等數據。

3）操作控制的執行與驅動

包括變壓器分接頭調節控制，電容、電抗器投切控制，斷路器、刀閘合分控制，直流電源充放電控制。 即按上層控制指令動作，比如接到間隔層保護裝置的跳閘指令、電壓無功控制的投切命令、對斷路器的遙控開合命令等。 過程層的控制執行與驅動大部分是被動的， 即按上層控制指令而動作，在執行控制命令時具有智能性能判別命令的真偽及其合理性，還能對即將進行的動作精度進行控制， 能使斷路器定相合閘，選相分閘，在選定的相角下實現斷路器的關合和開斷，要求操作時間限制在規定的參數內。 又例如對真空開關的同步操作，要求能做到開關觸頭在零電壓時關合，在零電流時分斷等。

1.2.2 間隔層

數字化變電站的間隔層設備在自動化方面比現在有很大的變化，主要表現為對象的統一建模、通信信息的分層、通信接口的抽象化和自描述規范等技術的應用。 數字化變電站的站級層除實現變電站與控制系統的無縫通信外，基于信息共享的站級層運行支持功能可以與變電站運行功能協調工作。

1.2.3 站控層

數字化變電站的站控層除實現變電站與控制系統無縫通信外，基于信息共享的站控層運行支持功能可以與變電站運行功能協調工作。

2 數字化變電站網絡

2.1 數字化變電站通信網絡的要求

2.1.1 功能要求

在IEC 61850 中， 數字化變電站可以抽象為一個分層的網絡體系。 通過面向對象統一建模，每一個變電站對象(包括所有一、二次設備)可以分解為一個或多個邏輯節點(如斷路器，在IEC 61850 中被視為一個邏輯節點)。 變電站的功能(如斷路器操作)是通過不同層次的多個邏輯節點共同完成的。邏輯節點間的信息交互是通過網絡來完成的，也就是說數字化變電站的各種功能應用都依賴于網絡。 通信網絡必須具備傳輸各種節點信息的功能，包括站控層MMS、過程層G00SE、采樣值網等。

2.1.2 性能要求通信網絡的性能要求主要體現在以下幾個方面。1）快速的實時響應能力

測量數據、保護信號、控制命令等都要求實時傳送。 特別是出現故障時要求信息能在站內通信網絡上快速傳送，保證嚴格的時限要求。 實時性要求有以下3 個方面：①傳輸速度快：指單位時間內傳輸的信息多。 ②響應時間短：指事件發生時， 傳輸到網絡上及執行器接收到該信息馬上執行所需的時間。 響應時間由4 個方面的因素決定：執行器控制中斷的能力； 信息在通信協議的應用層與物理層之間的傳輸時間；等待網絡空閑的時間；避免信息在網絡上碰撞的時問，這個時間對大多數通信協議是一個隨機數。 ③巡回時間短： 指系統與所有通信對象都至少完成一次通信所需要的時間。

2）高可靠性

網絡的可靠性表示網絡連續無故障工作的能力，主要從網絡設備、鏈路、網絡拓撲結構等方面來保證。 由于電力生產的連續性和重要性， 站內通信網絡的可靠性是第一位的，應避免一個裝置損壞導致站內通信中斷。

（1）作為鏈路層，保證網絡可靠性主要是向網絡提供可靠的數據傳送基本服務，使用戶免去對丟失信息、干擾信息及順序不正確的擔心，將物理層的可能出錯的物理連接改造成為邏輯上無差錯的數據鏈路，使之對網絡層表現為無差錯的線路。

（2）網絡拓撲結構對確保網絡可靠性有很重要的意義，可根據需要由星型、總線型和環型網絡結構派生出負荷可靠性需要的網絡結構。 同時，也可以采用網絡冗余的手段，對比較重要的網絡使用雙網結構。

（3）以太網接口一般有兩種：一種，是BASE T，雙絞銅線；一種，是BASE F，光纜。 一般場合基本選擇光纜，主要是考慮其信號傳輸能力強、抗干擾能力強等因素；有時選擇銅纜主要基于費用少、接口簡單等考慮因素。

3）良好的開放性

站內通信網絡為調度自動化的一個子系統，除了保證站內智能設備互連、便于擴展外，它還應服從電力調度自動化的總體設計，硬件接口應滿足國際標準，選用國際標準的通信協議，方便用戶的系統集成。

4）支持優先級傳輸

數據有輕重緩急之分，重要的數據須優先于其他數據傳輸，要求支持優先級調度，以提高時間緊迫性任務的信息傳輸可確定性。

5）良好的電磁兼容性能

變電站是一個具有強電磁干擾的環境，存在電源、雷擊、跳閘等強電磁干擾，通信環境惡劣，數據通信網絡必須注意采取相應措施消除這些干擾的影響。

2.2 數字化變電站網絡選擇

根據數字化變電站特點，現階段數字化變電站的實施是在傳統綜合自動化變電站基礎上進行的，其實施方案主要分三方面：站控層與間隔設備間通信，采樣數據的傳輸及開關智能終端與間隔層設備間的連接。 站控層與間隔設備間通信主要體現在協議層， 現在有IEC 6l850 協議和IEC 61870-5.103 協議。 后臺系統應能同時支持這兩種協議的的間隔層設備接入， 并能將一些不能走IEC 61850 協議的設備通過規約轉換器轉換后接入后臺監控系統。 采樣數據傳輸采用IEC 61850-9-1 點對點傳輸協議， 跨間隔采用IEC 60044-8 傳輸協議中規定的高速串行FT3 傳輸協議。

3 結束語

總之，變電站自動化系統的研究和生產工作之所以會引起這么多的科研工作者和生產廠家的注意，其根本原因在于變電站實現自動化后， 能夠全面提高變電站的技術水平，提高運行的可靠性和管理水平。

［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］楊奇遜.變電站綜合自動化技術發展趨勢[J].電力系統自動化，1997，21(10).