數字化變電站設備技術功能與應用研究

湯東儒

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201722057

摘要：智能電氣設備的發展促使變電站自動化設備進入數字化、自動化發展新階段。本文以數字變電站設備與研究現狀分析作為出發點，探討了數字化變電站關鍵設備的技術特點，以期為建設數字化變電站提高設備運行效率提供一些參考和意見。

關鍵詞：數字化；變電站；智能設備；技術特點；制造應用

隨著科學技術的不斷發展和網絡通信技術發展腳步的加快，對變電站設備運行的安全性和穩定性要求逐漸提高。對于未來變電站發展方向和趨勢而言，主要以智能化設備和網絡設備為主。尤其是IEC61850標準的出現，對數字化變電站站控層、過程層的自動化要求更高。對于加快傳統變電站發展步伐具有積極意義。

一、數字變電站現狀分析

相對我國數字變電站研究情況而言，國外諸多國家最先對IEC61850標準的應用和研究進行了研究與分析。相關研究人員結合IEC61850標準制定了相關示范工程執行方案。除此之外，國外廠商針對IEC61850和相應示范工程標準，開發和研究了相關智能電子設備，這些設備符合IEC61850標準。這些智能電子設備不僅符合IEC61850制定的標準與要求，還安裝有保護裝置，比如智能斷電器、光PT等。從標準制定初期和智能設備研究取得初步成效時，就有國內外大型公司開始引入這項先進技術和設備，開始展開設備互操作實驗活動。

中國市場開始關注和研究IEC61850是在2001年。在這一時期，中國電力科學研究院和國內的各大電力設備制造商從國外引進IEC61850標準，并對其進行翻譯。目前，已經出版了多個標準正式版。

隨著社會經濟的快速發展以及世界各國之間的聯系逐步加強，我國無論是在智能設備研究方面還是在數字化變電站設備研究方面，其研究水平不斷提升，且取得了一定的成果。比如光電互感器，已經通過鑒定和實踐。

二、 技術特點分析

（一） 非常規互感器

非常規互感器主要包括兩種類型：第一，有源電子式互感器。其二，無源光學式互感器。前者主要借助電磁感應技術的支撐，無論是檢測信號還是檢測電阻、電容量，都是以電磁感應原理作為理論研究基礎。對于電流互感器一般是采用羅柯夫斯基線圈。

有源電子式互感器的特點是：抗干擾能力強、絕緣性能好、電壓互感器體積小、成本低等。這種技術主要是建立在傳統互感器原理基礎之上，通過分析光纖系統結構和特點，提高了互感器的穩定性。

無源光學式互感器的特點是：系統結構不復雜、結構靈活、線路運行的安全性較高、絕緣性能高等。但是這種互感器容易在高溫環境下影響其穩定性。究其原因是溫度是影響光纖穩定性、晶體精度的關鍵因素。因此在對晶體進行加工時，要著重注意外界溫度的影響。由此可見，在光學互感器實踐中，要想進一步滿足產品實用化和產品化要求，需要著重關注產品長期運行中的穩定性問題。

根據內部結構特點可以將無源光學式互感器分為磁光玻璃型和全光纖型互感器。前者具有操作程序簡單、技術要求低、穩定性較好等優點，但是這種互感器的內部結構較為復雜，在長期運行中容易受外界環境因素的變化，抗振能力差。另外，磁光玻璃型互感器的光學元件間主要是借用光學膠粘結而成，因此在加工制作方面會花費工作人員大量的時間，且元件加工具有一定的難度。后者無需加工光學元件，無分立元件，內部結構簡單，不易受外界環境因素的影響，抗振能力相對要強。光纖直接用焊接設備進行熔接，在長期運行中的穩定性較好。但是這種互感器的技術難度大，原理復雜。

（二） 基于IEC61850標準的測控設備

在測控系統中，其設計原則是面向對象原則。所謂面向對象是在測控系統設計過程中，以面向對象的線路、電容器等電器安裝單位。換而言之，測控設計特點是“一對一”服務。一個模塊在測控系統中的功能與作用是完成電器設備的安裝。使各種保護系統和智能裝置在數據傳輸層面上保持一致性，并借此作為一個模塊的基本單元組成。各個模塊在原則上是相互獨立，互不影響，但是各個模塊中的單元成分處于一種相輔相成的關系。以基本單元作為研究對象，不僅可以提高系統的運行效率，還可以提高整個系統的安全性和穩定性。

（三） 以太網交換機

變電站自動化系統包括光纖系統和基本通信網絡系統，以網絡作為變電站自動化網絡通信系統的設備之一。因此變電站自動化系統的建設與管理要以以太網交換機作為關鍵部件。根據IEC61850規定要求，對于變電站系統而言，其總線數據傳輸延遲時間不得小于4ms。以這個標準作為依據，未來計算機監控系統會對太網系統進行改造，傳統的計算機監控系統是以一層以太網系統作為關鍵部件，未來將會由一層太網系統改造成兩層太網系統。第一層作為變電站總線，采用100MBps交換機作為相關要求。過程總線穿插在第二層。根據IEC61850規則要求，需要把過程總線分成兩個網絡結構處理龐大的數據信息。一是IEC6185091，用來保護系統和設備的安全性。

三、結語

實現變電站的數字化改造和自動化改造是一項艱巨的任務。相較于國外發達國家而言，我國對于變電站的數字化設備研究和技術還不夠成熟，從真正意義上實現數字化產品只是占一小部分。這就需要引入國外先進理論和相關技術，從真正意義上為建設智能變電站奠定堅實的基礎。

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