數字化變電站主要技術特征及其發展前景探析

叢培杰 魏長春

（1.廣州供電局有限公司變電管理二所，廣東 廣州510160；2.廣州思唯奇計算機科技有限公司，廣東 廣州510663）

0 引言

作為構建在IEC61850標準上的全數字化變電站，其對站內信息進行統一建模，通過報文來實現運行操作的網絡通信、通過網絡通信來實現信息的交換等，因此完全顛覆了傳統變電站的信息應用模式，具有無可比擬的優勢。

1 數字化變電站采用的主要技術

1.1 通信網絡

數字化變電站通信網絡涵蓋的內容比較多，其將變電站的各層次都包括在內，在構建時除考慮技術可行性外，還要衡量經濟承受能力。一般而言，數字化變電站通信網絡主要包括以下幾個方面：（1）站控層網絡。目前主要有單星型以太網、雙星型以太網和單自愈環網等模式，其中單星型以太網適合110kV及以下等級的數字化變電站，它取消了保護管理，將保護直接連到主網上；雙星型以太網適合220kV及以上等級的數字化變電站，它不需要單獨設置錄波網，并且將保護和自動裝置二次回路直接連到主網上；單自愈環網在國外的應用較多，但在我國應用較少。圖1為單星型以太網模式的結構圖。（2）過程層網絡。目前主要有SV采樣值網絡和GOOSE網絡等模式，其中 SV 采 樣 值 網 絡 可 采 用 IEC61850－9－1、IEC60044－8 和IEC61850－9－2組網來實現傳輸；GOOSE網絡的應用模式有雙星型以太網單出口、雙星型以太網雙出口、單星型以太網和GOOSE網分段配置，每種模式都有其優缺點和應用范圍，在工程應用時要尤為注意。（3）網絡結構冗余。數字化變電站網絡拓撲結構的實現方式有環型、星型和總線型，其中環型的優點是可靠性較高，缺點是造價高且網絡延遲較大；星型的優點是網絡延遲小且造價相對較低，缺點是可靠性較低；總線型的優點是造價最低，缺點是網絡延遲較大且可靠性最低。

圖1 單星型以太網模式的結構

1.2 非常規互感器

按照工作原理，非常規互感器可以分為電子式互感器和光電式互感器2大類。其中，基于羅科夫斯基線圈的電子式互感器應用于空氣絕緣、戶外變電站時，旨在解決高電位電子設備的供電問題和信號從高電位向低電位的傳輸問題；光電式互感器利用法拉第效應，其優點是不需要向傳感頭提供電源。

將非常規互感器應用于數字化變電站中，具有傳統互感器所無法比擬的優點，如非常規互感器沒有使用鐵芯耦合，因此不會產生鐵磁諧振和磁飽和等問題，從而提高了數字化變電站的可靠性；非常規互感器利用光纖將高壓側信號傳輸給二次設備，因此可以極大地降低數字化變電站的造價；非常規互感器不存在磁飽和現象，能夠實現大范圍的測量，同時滿足繼電保護需求，并且測量精度較高；非常規互感器使用光纖來進行低壓側和高壓側的通信，二次回路和高壓回路在電氣上完全隔離，因此提高了數字化變電站的安全性。

1.3 繼電保護

繼電保護能對數字化變電站二次設備的工作狀態進行實時監測，將各種異常信息傳輸給用戶，從而確保技術人員準確掌握變電站的運行狀態，確保其安全有序運行。

目前，數字化變電站繼電保護的配置有2種實現方式：第一種是常規保護配置方式，它不考慮保護邏輯的改變，按照對象進行配置，保護的對象是單個元件，缺點是結構復雜且不能充分發揮數字化變電站的優勢；第二種是集成保護配置方式，它采用雙重化配置原則，保護對象是多個元件，結構簡單且能夠充分發揮數字化變電站的優勢。

2 數字化變電站的主要技術特征

相較于傳統的常規變電站，數字化變電站具有如下技術特征：（1）設備檢修策略由定期檢修轉變為狀態檢修。數字化變電站能夠對各種設備的運行狀態、故障信息等進行實時監測，從而確保工作人員及時掌握故障信息并采取處理對策，這對于提高變電站的可用性是非常重要的。（2）數字化變電站的自動化系統趨向于標準化。IEC61850標準的實施，使得數字化變電站各種智能設備之間能夠互相操作、互相通信，真正實現了變電站內、控制中心和變電站間的無縫對接。（3）數字化變電站布置更為緊湊。通過將隔離開關、斷路器、TV和TA等組合在一個SF6絕緣密封殼體內，數字化變電站的布置變得更為緊湊。數字化變電站能根據先進的設計理念來布置非常規互感器、智能斷路器和集成自動化系統，極大地縮小占地面積，減少站內設備和元件數量，降低土建成本。（4）數字化變電站采用分層結構。數字化變電站一、二次設備分為變電站層、間隔層和過程層，每層的功能和結構都不相同，以此實現系統對所有裝置的監測和控制功能。（5）數字化變電站使用非常規互感器來采集電流和電壓信息。利用非常規互感器，數字化變電站實現了電氣量數據采集的數字化應用，從而提高了測量精度，實現了一、二次系統電氣上的有效隔離。

3 數字化變電站的發展前景

從前文分析可知，數字化變電站是智能電網建設的基礎，它具有傳統變電站所不具備的優勢，因此在我國具有良好的應用前景。目前，國內各省份和地區均在積極探索數字化變電站的建設，例如南方電網投運的110kV沙坪數字化變電站、110kV翠峰數字化變電站、500kV桂林數字化變電站等都取得了良好的應用效果。

在未來，隨著我國堅強智能電網建設的不斷推進，數字化變電站必然向著智能化變電站的方向發展。在對現有變電站進行智能化改造的過程中，尤為需要重視以下工作：（1）在全面掌握和分析變電站一、二次設備的基礎上，對相關系統進行智能化改造，包括開關柜故障預警系統的智能化改造、視頻監控系統的智能化改造、光伏發電系統的智能化改造、變壓器風機投切系統的智能化改造、交直流一體化切換系統的智能化改造等；（2）在變電站智能化改造的過程中，要注意使用集設備運維管理、倒閘操作、安全措施設置等為一身的安全措施與設備管理仿真系統，以提高變電站設備的運行可靠性和安全性；（3）轉變運維人員的工作方式和理念，根據智能化變電站運行工作的實際需求來組織運維人員的培訓。

作為數字化變電站的發展方向，智能化變電站是智能電網不斷完善的必然趨勢，并且能夠推動我國智能電網與國際先進水平接軌。

4 結語

總而言之，數字化變電站是智能電網建設不可或缺的組成部分，它能提高智能電網運行的效率和可靠性，促進我國資源節約型和環境友好型社會的構建。依靠非常規互感器、通信網絡技術和繼電保護配置的不斷發展，數字化變電站在我國很多省份和地區已進行了摸索和建設，目前投入運行的數字化變電站都取得了不錯的應用效果。因此，數字化變電站是我國智能電網建設的必然要求，具有良好的發展前景。

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