常規變電站數字化改造的關鍵技術分析

杜小飛

(深圳供電局有限公司，廣東深圳518000)

1 過程層數字化改造

1.1 常規合并單元

通常，對常規變電站互感器的數據單元進行合并時需要嚴格按照就地安裝的原則來展開，采用就地采樣電纜的方式來對模擬信號進行傳輸，同時把采集到的數據經過處理以后，使用、或協議，利用光纖通道將數據發送到網絡交換機，從而保護該模擬量，滿足裝置檢測數據共享的需要［1］。

1.2 變壓器智能單元

傳統變壓器的制造方式會對變壓器的智能單元造成影響與束縛，變壓器不是通過電氣量的形式來進行保護，傳輸過程中的本體信號與有再調壓需要利用電纜來連接，同時要通過驅動繼電器的方式來完成相關工作。在數字化變電的環節中，采用光纖網來實現過程層與間隔層之間信息的轉化。由于變壓器具有非電氣量這種較為獨立的特性，憑借變壓器結構中的本體智能單元，能夠實現非電氣量保護、有載調壓以及測控的一體化。

1.3 智能操作箱

智能操作箱是指數字化變電站中一次開關設備的智能終端。智能操作箱能夠有效解決變電站一次設備和數字化信息網絡之間的接口問題。智能操作箱利用光纖網絡將一次設備、保護與測控等裝置連接在一起，并實現刀閘與斷路器之間的分合。這個智能操作箱能接收來自保護、保護劑測控等裝置設備通過GOOSE 網絡下達出的斷路器或刀閘的分、合及閉鎖的命令，之后轉化成與之相對應的繼電硬接點進行輸出［2］。

2 間隔層數字化改造

2.1 SWV

常規變電站的數據采集系統是按照特定的采樣率來采集電氣的模擬量，并通過網絡實現GPS 對時系統的同步采樣。一般情況下，是采用SWV 報文的形式對模擬量信息進行傳送，SWV 實現了對全站模擬量的傳輸服務。數字化變電站的采樣數據經過合并單元之后，可以通過協議發送給交換機，進而能夠在網絡上進行測控，實現多個保護及其他裝置的共享。

2.2 GOOSE

GOOSE 在標準中的定義，是在比較快速的以太網絡播報文傳輸的基礎之上，代替了傳統智能電子設備相互之間電纜接線通信的一種方式，發揮著保護傳輸數據信息的作用，例如斷路器位置、跳閘及連鎖等具有較高實效性的信息。同一個GOOSE 網絡中的任意一個智能電子設備都能夠成為一個訂閱端，進而來接收數據，與此同時，也成為發布端，能夠為其他不同的智能設備提供相關信息數據，從而能夠更好地實現智能設備之間通信數據的變更。在接收數據的過程中，能夠對鏈路中斷等情況進行檢測，根據檢測標志進而對裝置進行相應處理，從而可以提高GOOSE 服務的靈活性與可靠性。

3 站控層數字化改造

MMS 是在開發和維護網絡環境下，電子計算機或一些智能化電子設備之間對監控信息及實時性數據進行交換的一套相對獨立、較為完善的國際化標準報文規范，以下介紹MMS 的主要功能。

3.1 信號上送

有緩沖報告控制塊能夠實現開入、報警、危險事件等信號類別的數據上送功能。通過BRCB 能夠完成遙信與開入的周期上送、變化上送以及事件的緩存。

3.2 測量上送

無緩沖性的報告控制模能夠實現遙測與保護測量類數據的上送功能，并且能夠映射到MMS 的服務報告中。

3.3 控制

控制種類繁多，比如，PCS 系列裝置實現了增強型SBO 和直控的功能，而且還具有持檢同期、閉鎖檢測及檢無壓等多種控制功能。

4 實際案例

某個110 kV 變電站原先是一普通的常規變電站，其主要設備結構如下:傳統型的電磁型設備是一次設備，使用的是保護和自動化系統，電纜連接著過程層和間隔層之間，而站控層是通過采用以太網和間隔層裝置來實現數據之間的交換，整個變電站中110 kV 的兩圈變壓器共有2 臺，并且采用線變組的接線方式，其中10 kV 的接線為單母分段，每個主變壓器各自帶有一個10 kV 的母線，并且10 kV 分段500A 熱備用。101 和102 是主變壓器高壓側開關;501 和502 是變壓器的低壓側開關;701 和702 是10 kV 饋線小車的開關。該電站的主接線情況如圖1 所示。

按照標準體系，使用PCS 系列常規合并單元、智能單元以及保護測控等一體化的裝置來對該變電站系統進行現代信息數字化改造。根據變電站的實際運行情況，當改造工作完成之后，要建起相關的數字化網絡系統，采用光纖網絡來對過程層與間隔層之間進行有效連接，并采用SMV 與GOOSE 的形式來對模擬量和開關量進行有序傳送;憑借雙重化MMS 網絡實現了間隔層與過程層之間的信息共享。

圖1 某110 kV 變電站主接線圖

通過對變電站的數字化改造，使得10 kV 的設備之間以GOOSE/SMV 的網絡形式進行信息傳輸。由于間隔層設備之間可以彼此進行配合，因而減少了電纜與繼電器的使用數量。同時，由于GOOSE 網絡具備實時自檢的功能，因而可以有效解決之前繼電器因出現問題而不能得到及時檢測和有效解決的問題，從而使變電站的安全性有了保障，提高了其運行的平穩與可靠性。綜合多種運行方式，能判斷出母線是否出現故障，同時也能夠傳達出跳閘命令，提高了繼電保護的運行速度，可在短時間內迅速排除故障，有效保護一次設備的安全。網絡化信息采集降低了信息采集的重復率與定值分散的重整程度，使操作簡潔快速，確保了供電穩定性。

5 常規變電站改造中需要注意的技術問題

5.1 非常規傳感器的穩定性

電氣量測系統是否穩定直接影響到變電站的運行情況，因而在變電站的改造過程中一定要確保系統的穩定性。測量精度不夠和穩定性不強是無源式互感器普遍存在的問題，主要原因是線性雙折射現象及發光源器件發光強度下降、不同材料的維爾德常數受外界溫度的影響而發生變化。激光供電器件的穩定性影響互感器的使用效果。光學互感器自身具備線性度優異、測量精度等優點，同時抗電磁干擾能力極強，因而逐漸受到國內外相關研究人員的廣泛關注。通過改進工作原理、提高制造工藝等措施，使其穩定性得到了提升，國內對于光學互感器的研究和應用也取得了較大進展。

5.2 信息的安全性

由于并未對變電站網絡系統安全方面做出明確規定，而協議自身的開放性在一定程度上也給電力系統的運行帶來了安全性問題。要對信息安全有足夠重視，需要確保二次系統中信息的保密性、完整性以及精確性。要對數字化變電站技術有清晰認識，尤其是要慎重考慮與分析二次系統的安全防護問題。

需要根據電力系統實際運行情況與特征，同時要嚴格按照安全標準中的要求來制定出有效的信息安全防護策略，比如可以通過采用閉環網絡訪問、只讀訪問及防火墻等措施來提高信息的安全性。

［1］錢肖. 變電站項目改造方案及評價［D］.保定:華北電力大學，2013.

［2］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，2006(12).