數字化變電站自動化技術的應用

梁 京 周建超 何金朋

（煤炭工業鄭州設計研究院股份有限公司，河南 鄭州 450000）

一、概述

隨著我國經濟的快速發展，對電力資源需求量越來越大，對電力質量要求越來越高。變電站作為我國供電網絡中的重要環節，擔負著電能轉換及電能重新分配的重要任務。目前，一般多采用傳統變電站，主要采用人工抄表、記錄及操作為主，隨著大容量發電機組的不斷投運，加上大電網及超高壓遠距離輸電網的出現，傳統變電站已經無法滿足發展需要。數字化變電站中自動化技術的應用促使變電站更加適應現代電力系統管理模式的需求，成為變電站重點發展項目。

二、數字化變電站概述

1 數字化變電站的基本結構

變電站體系結構趨向于分層分布式，數字化變電站系統是由過程層（設備層）、間隔層和變電站層（站控層）三層組成，如圖1所示。

過程層直接采集電力系統實時電氣量，檢測母線、斷路器及變壓器等設備的狀況。間隔層包括安全自動裝置、保護裝置、測控裝置、保護裝置、電能計量裝置以及故障錄波器等設備。間隔層能夠實時實現信息數據傳輸，能夠對設備進行一次保護。變電層主要包括遠動裝置、操作員站、主機和五防工作站等設備。變電站層需要匯總全站實時數據，向調度中心接收或發送數據，在接收命令后執行過程層，實現站內的人機聯系，從而對過程層設備和間隔層設備修改參數、在線維護。

圖1

2 數字化變電站的特點及相關技術支撐

（1）一次設備智能化。采用數字輸出的電子式互感器、智能開關等智能一次設備。電子式互感器不含鐵芯的結構消除了磁飽和，智能高壓電器實現了自動控制、自動檢測自身故障、自動調節與遠方控制中心的通信等，如：智能化組合電器實現了自動控制。一次設備的避雷器將泄漏電流、動作次數、絕緣污穢等信息送往測量單元，還將避雷器對應的電壓互感器的電壓信號送至測量單元。

（2）二次設備網絡化。通過合并單元采集非常規互感器的輸出信息，然后發送給保護測控設備；一二次設備用光纖傳輸信息；二次設備間用通信網絡交換信息。

（3）自動化的運行管理系統。變電站運行管理自動化系統應包括電力生產運行數據、狀態記錄統計無紙化；數據信息分層、分流交換自動化；變電站運行發生故障時能及時提供故障分析報告，指出故障原因，提出故障處理意見；系統能自動發出變電站設備檢修報告，即常規的變電站設備“定期檢修”改變為“狀態檢修”。

3 數字化變電站的優點

（1）實現光纖數字通信，實現間隔層（網絡化的二次設備）和站控層（自動化綜合心理管理系統）的數字化通信，并以數字終端形式代替過程層（智能化的一次設備）。實現二次回路中常規的繼電器及其邏輯回路被可編程序代替，常規的強電模擬信號和控制電纜被光電數字和光纖代替。常規的控制電纜被光纜代替，電磁兼容性得到提高。采用光纖傳輸方式后，變電站一次回路和二次回路實現了有效的隔離，長期以來在變電站因電纜感應，傳導的過流、過壓現象得以消除。從根本上解決抗干擾問題，不怕雷擊、電磁場輻射、串擾，也沒有二次回路兩點接地的可能性。

（2）提高了經濟效益，實現節能減排。節約了大量的電纜等耗材，具有節能、環保、節約社會資源的多重功效。采用光纖數字終端的方式實現了開關的智能化控制，進一步提升了自動化和管理水平，為狀態檢修創造了條件。設備在線監測，將大大提高設備的使用效率，縮短停電時間，帶來良好的經濟效益。

（3）規范通信協議。由于數字化變電站以后即將采用的是IEC61850標準，即實現統一接口，統一標準，不同廠家設備可無縫對接。

三、數字化變電站自動化技術的應用

1 集中處理數據信息與調控命令

變電站的數字化建設時使用的網絡構架主要是集中分散式的結構，此結構使用的運算分析核心是采取可以運行IEC61850標準的的站控層設備，另外該機構還需要符合IEC61850標準的間隔層IED設備與網絡通信、過程層的MU合并單元等執行及時數據及信息的通信、共享。在變電站中針對那些220kV及110kV高壓進出線及主變等可以運行IEC61850通信標準的一套、幾套的保護、集中式測控及各組依據冗余模式來組網配置的記錄裝置，構建起完整的以IEC61850標準為基礎的自動化的數字化變電站。對于35kV及以下的中低壓單元，由于基本采用室內開關柜形式，因此可以在開關柜中分布裝設滿足IEC61850標準的間隔層IED電子設備，分散采集開關柜中的相關數據信息，且要進行統一的通信網絡規定，將設備與站控層進行及時有效的通信交流，保證完成數字網絡化的遠程操控、保護和測控等功能。

2 動態仿真系統在數字化變電站的應用

在數字電網建設的主要內容中，它要求數字化變電要具備一定的自動化、數字化、信息化、人性化的特性。而目前我國國內正在運行中的數字化變電站，其繼電保護技術中的二次設備并不存在一個完善的檢查與檢測方法，對于數字化變電站來說，這遠遠落后于數字化設備的發展。動態仿真系統在數字化變電站的應用，不僅能夠對故障的發生以及操作演練或者是數字化變電站的運行方法有一個仿真模擬的前提，這就能夠對包括繼電保護設備、故障錄波設備、自動測控系統、智能儀表等在內的二次設備發送模擬信號，從而實現對母線、線路、變壓器的監控與保護。

3 分散式設計結構的應用

隨著計算機技術、通信技術的不斷發展完善，分散式結構設計是繼集中式結構設計的一個大進步。在分散式結構的設計中，將變電站中各種輸入輸出單元元件安裝在中低壓開關柜中，或者安裝在高壓一次設備附近，單元部件能夠實現保護和監控的雙重功能，可以有效的對現場單元部件進行繼電保護和安全監控，其中信息通信的方式基本都是通過RS-422/RS-485通信接口進行連接通信的，隨著網絡技術的不斷完善，在分散式結構中逐漸加大了網絡技術的應用力度，比如LON EORKS和CAN等現場總線型網絡，使得變電站的自動控制更加完善同步。對于分散式結構的自動化控制系統，隨著科學技術的不斷發展，更是將遙測、遙信、采集與處理、遙控命令執行和繼電保護功能集中體現在現場的單元部件上，在工作中單元部件將信息數據通過網絡傳輸到后臺主計算機上，此時后臺主計算機則會對變電站內的工作進行自動處理控制。總體上來說，這種結構設計方式對主控制室的要求不那么苛刻，能夠有效的降低主控制室的面積，大大的降低了檢修工作的難度，減小了工程造價以及工程難度，并且在工作中，使變電站運行的安全性更高、穩定性更高、工作性更強。

結語

當前，傳統變電站的發展存在較大瓶頸。為滿足不斷增長的電力資源需求，通過應用自動化技術，加快數字化變電站的深入發展，提高變電站工作效能，從而提供穩定、高效、高質量的電能，為我國經濟發展做出貢獻。

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