數(shù)字化電能站的應(yīng)用與瞻望

摘 要：目前我國(guó)正在大力建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家，國(guó)網(wǎng)公司高度重視科技進(jìn)步和自主創(chuàng)新，掌握一批擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和核心技術(shù)，占據(jù)世界電力科技發(fā)展制高點(diǎn)。國(guó)外也剛剛開展，可以說(shuō)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化變電站是智能電網(wǎng)的發(fā)展需要，是電力系統(tǒng)趕超世界水平的一個(gè)契機(jī)。對(duì)黑龍江電網(wǎng)的數(shù)字化建設(shè)工作將產(chǎn)生積極影響。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化電能站；應(yīng)用；瞻望

變電站自動(dòng)化經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，提高了智能電網(wǎng)建設(shè)的自動(dòng)化水平，增強(qiáng)了變電站和電網(wǎng)調(diào)度的可靠性。然而傳統(tǒng)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)目前仍然存在著：

多數(shù)變電站都沒(méi)有自動(dòng)化設(shè)備，缺乏一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視信息，只能采用計(jì)劃?rùn)z修實(shí)現(xiàn)設(shè)備檢修。傳統(tǒng)斷路器設(shè)備也不能實(shí)現(xiàn)按形波控制合閘和在線監(jiān)測(cè)的功能。

傳統(tǒng)電磁式互感器存在鐵芯飽和，暫態(tài)特性差電壓互感器容易引發(fā)鐵磁諧振過(guò)電壓等問(wèn)題，體積又龐大，難以滿足現(xiàn)代自動(dòng)化技術(shù)的需求。

制造廠家的自動(dòng)化系統(tǒng)采用不同通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，造成各產(chǎn)品之間缺乏配合性，降低了可靠性。

長(zhǎng)距離電纜、層間電纜，投資較大，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較高。為了自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的需要，數(shù)字化變電站成功地解決了上述存在的問(wèn)題，是發(fā)展的必然趨勢(shì)，是通訊技術(shù)、信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)發(fā)展的必然結(jié)果。隨著電子式電流、電壓互感器、一次運(yùn)行設(shè)備在線狀態(tài)檢測(cè)，網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的開發(fā)應(yīng)用，使數(shù)字自動(dòng)化系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用，提高了變電站自動(dòng)化安全穩(wěn)定運(yùn)行。

數(shù)字化變電站與傳統(tǒng)變電站相比，主要需對(duì)過(guò)程層和間隔層設(shè)備進(jìn)行升級(jí)，將一次系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字化，用光纖代替電纜連接，實(shí)現(xiàn)過(guò)程層設(shè)備與間隔層設(shè)備通信。

對(duì)于不同的一次電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)形式（GIS和AIS）數(shù)字化變電站與傳統(tǒng)變電站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)比如圖1和圖2，對(duì)于GIS特別是室內(nèi)GIS運(yùn)行環(huán)境條件較好，可將保護(hù)和控制裝置就地安裝，解決互感器和通信標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題。

一座網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)數(shù)字化變電站可以分為站控層、間隔層、過(guò)程層三層設(shè)備。站控層設(shè)備由后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)、工程師站、遠(yuǎn)動(dòng)服務(wù)器等構(gòu)成。間隔層設(shè)備由按間隔對(duì)象配置的測(cè)控裝置、保護(hù)裝置、計(jì)量裝置以及與接入其它智能設(shè)備的規(guī)約轉(zhuǎn)換設(shè)備。單間隔設(shè)備有線路保護(hù)、測(cè)控裝置、計(jì)量裝置，跨間隔設(shè)備包括母線保護(hù)、故障錄波、變壓器保護(hù)等。

過(guò)程層設(shè)備主要包括電子式電流電壓互感器、智能一次設(shè)備等。現(xiàn)階段智能化開關(guān)由傳統(tǒng)開關(guān)和智能終端方式來(lái)實(shí)現(xiàn)開關(guān)設(shè)備智能化，電子式電流電壓互感器采用羅氏線圈和激光供能的光電電流電壓互感器來(lái)實(shí)現(xiàn)互感器設(shè)備的數(shù)字化，過(guò)程設(shè)備具有自我檢測(cè)，自我描述功能，支持IEC61850過(guò)程層協(xié)議，傳輸介質(zhì)采用光纖傳輸。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)圖見圖3。

此方案圖中站控層與間隔層網(wǎng)絡(luò)采用雙星型網(wǎng)絡(luò)。過(guò)程層與間隔層網(wǎng)絡(luò)，智能操作箱與間隔層間通信采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸。合并單元與間隔間通信也采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信協(xié)議。跨間隔傳輸采用高速串行FT3通信協(xié)議。

黑龍江延壽220kV變電站220kV、66kV電氣設(shè)備戶外敝開式布置。220kV和66kV互感器均采用數(shù)字輸出的電子式互感器，10kV互感器采用模擬輸出的電子式互感器，主變中性點(diǎn)采用常規(guī)互感器，380kV采用常規(guī)互感器。

電子式互感器可分為有源型和無(wú)源型兩種，有源型指?jìng)鞲胁糠蛛娮与娐沸枰娫础o(wú)源型是指在傳感部分不需電源。電子式互感器可分為基于光學(xué)材料的光電式和基于非光學(xué)材料的繞圈式兩類。光電互感器是利用光學(xué)玻璃或光纖傳感技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓，電流測(cè)量的新型互感器。繞圈電子式互感器主要是采用空芯線圈或小磁芯材料感應(yīng)一次電流原理，如羅式線圈。其原理如圖4。

電流互感器利用空芯線圈或低功率線圈傳感被測(cè)一次電流。低功率線圈（LPCT）的工作原理與常規(guī)CT原理相同，只是LPCT的輸出功率要求很小，因此其鐵芯截面較小，空芯線圈是一種密繞于非磁性骨架上的螺線管。空芯線圈不含鐵芯具有很好的線性度。空芯線圈的輸出信號(hào)e與被測(cè)電流i有如下關(guān)系：

e（t）=dф/dt=-M·ns di/dt

光學(xué)電子式互感器現(xiàn)處于實(shí)用化研究階段。羅式線圈原理具有頻率相應(yīng)好，線性度好，暫態(tài)特性好，無(wú)磁滯等優(yōu)勢(shì)，投運(yùn)后經(jīng)驗(yàn)豐富較成熟。

電壓互感器利用電容分壓器測(cè)量電壓。為提高電壓測(cè)量的精度，改善電壓測(cè)量的暫態(tài)特性，在電容分壓器的輸出端并一精密小電阻。電容分壓器輸出信號(hào)Uo與被測(cè)電壓V大有Uo（t）=RC1du（i）/dt （R<<1/wC2） 式中C1為高壓電容，C2低壓電容，其原理如圖5。

合并單元是將電子式互感器的數(shù)字信號(hào)匯總后分發(fā)給保護(hù)和測(cè)控裝置。

智能單元是采集一次設(shè)備的狀態(tài)通過(guò)GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸至保護(hù)和測(cè)控裝置，同時(shí)接受保護(hù)和測(cè)控裝置的命令對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行操作。

延壽220kV變電站影星狀態(tài)良好，優(yōu)點(diǎn)已明顯的顯現(xiàn)出來(lái)，具有推廣和應(yīng)用價(jià)值。