數字變電站設計探討

李寧　李國平

內蒙古超高壓供電局

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數字變電站設計探討

李寧李國平

內蒙古超高壓供電局

摘要：變電站是電力系統中不可缺少的重要環節，擔負著電能轉換和重新分配的任務，對于電網的安全、可靠和經濟運行起著舉足輕重的作用。數字化變電站就是將信息采集、傳輸、處理、輸出過程完全數字化的變電站。全站采用統一的通訊規約構建通信網絡，保護、測控、計量、監控、遠動、VQC等系統，均用同一網絡接收電流、電壓和狀態信息，各個系統實現信息共享。數字化變電站技術意味著變電站自動化系統將邁入一個新的發展平臺。

隨著電力系統容量、輸電電壓等級的提高，使得電力系統的測量與控制更加復雜，傳統變電站的缺陷日漸突出，主要體現在安全性，可靠性已不能滿足現代電力系統的要求；供電電能質量缺乏保證；不適應電力系統快速計算和時實控制的要求；維護工作量巨大，設備可靠性差，不利于提高運行管理水平和自動化水平；占地面積大，增加了征地投資等缺點。數字化變電站技術將逐步引領未來變電站自動化系統技術發展的趨勢。

1　數字變電站總體設計

數字變電站的信息采集系統的主要由高壓側部分、光纖傳輸部分還有低壓側部分三部分組成。采用的是光纖傳輸信號，不但提高了精度而且起到了良好的高、低隔離效果。

2　系統硬件設計

2.1羅氏線圈

采用的測量元件是羅氏線圈，它的運用已經很成熟。羅氏線圈是一種較為理想的敏感，特別是進行大電流的測量時非常適用。它可以在不接觸被測電路的情況下對高壓電路進行隔離測量。

2.2信號調理電路

羅氏線圈感應出的電動勢要進行信號調整，這是因為電動勢不但與被測電流有90度的相位差而且是十分微弱。調整電路主要由前置放大電路、有源積分電路、低通濾波和隔直電路等部分組成。

2.3傳感信號的處理方式

調整電路通過不同的方式進行傳輸信號，即把調整的信號傳輸到低壓側。傳感信號處理的方式分別是調幅式、壓頻轉換式、數模轉換式3種方式。根據信號及調制方式的不同選擇不同的傳輸方式。隨著科技的發展現在最常用的是A／D轉換式，因為調幅式和壓頻轉換式都存在缺點。A／D轉換時其芯片的選擇要符合的條件是，為了方便信號在光纖中傳輸采用串行輸出，為使轉化的電壓范圍為最大限度采用輸入電壓盡可能是雙極性輸入。

2.4光纖傳輸系統

纖傳輸系統的組合成主要包括電光轉換、光電轉換、以及接口電路組成經過A／D調制后，輸出的數字信息就可以不失真地通過光纖傳輸到低壓側進行數字信號處理。因此，電信號首先要經過電光轉換，變成光脈沖信號才能在光纖中傳輸，到達低壓端還要經過光電轉換才能送人單片機系統進行信號的處理。因此，光纖傳輸系統主要包括電光轉換、光電轉換、以及接口電路組成。

2.5低壓側的單片機處理

低壓側單片機雙重責任：一是通過光纖傳輸產生同步時序波形，控制AD采樣：二是通過光纖傳輸接收高壓端采集的信息。本設計采用兩根光纖連接高、低壓側。低壓側單片機的控制采用MSP430。MSP430單片機是一個16位的、具有精簡指令集的、超低功耗的混合型單片機。為了滿足電力系統l3次以上諧波的要求，AD采樣速率為每工頻40個點。定時的目

的是用來控制AD采樣的速率。采樣AD用MAX187芯片，首先要進行初始化，AD轉換完畢后，將數據取出、發送。MSP430單片機內部含看門狗定時器，它的作用是為了防止發生死循環。

3　網絡化的二次設備

變電站內常規的二次設備，如繼電保護裝置、防誤閉鎖裝置、測量控制裝置、遠動裝置、等以及正在發展中的在線狀態檢測裝置全部基于標準化、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，二次設備不再出現常規功能裝置重復的I／0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。而數字變電站系統結構在邏輯結構上可分為3個層次，根據IEE61850通信協議草案定義，由下至上分別稱為“過程層”、“間隔層”、“站控層”。各層次內部及層次之間采用高速網絡通信。過程層的主要功能是：電力運行實時的電氣量檢測；運行設備的狀態參數檢測；操作控制執行與驅動。間隔層設備的主要功能是：匯總本間隔過程層實時數據信息；實施對一次設備保護控制功能；實施本間隔操作閉鎖功能；實施操作同期及其它控制功能；對數據采集、統計運算及控制命令的發出具有優先級別的控制；承上啟下的通信功能，即同時高速完成與過程層及站控層的網絡通信功能。必要時，上下網絡接口具備雙口全雙工方式，以提高信息通道的冗余度，保證網絡通信的可靠性。

4　數字變電站的信息采集

信息采集采用光電電流互感器，它的輸出是數字化的，能方便地通過計算機來控制，實現了信息采集的數字化等諸多優點，成為當今數字變電站信息采集的主要使用對象。

5　結語

雖然數字化變電站技術已經基本達到了滿足工程化應用的水平，但在技術上尚存很多待改進的空問，對于運行規程方面帶來的變化也有待于進一步研究及積累經驗，因此近兩年內仍將是數字化變電站試運行積累經驗的階段。

關鍵字：數字化 變電站設計