數字化變電站智能化改造關鍵技術研究

鄭海涯 楊程 何承濤 楊萬錦 錢程

摘 要：隨著科技的發展，數字化變電站逐漸成為變電站技術發展的方向。數字化變電站的結構層次分明，自動化程度高，檢修維護方便，因此將傳統變電站改造為數字化變電站是當前研究的一個熱點。本文針對數字化變電站智能化改造關鍵技術進行分析，研究了數字化變電站智能化改造過程中的問題。

關鍵詞：數字化變電站;智能化改造;技術優勢

全球資源、環境、經濟等問題日益突出，需要用智能化的技術和手段來應對目前面臨的各種挑戰[1]。數字化變電站的實現具有非常深遠的經濟和技術價值，不僅可減少設備的檢修時間和檢修次數，綜合提高設備的使用效率，還可以減少自動化設備的數量，簡化二次接線，提高電力系統的可靠性，使設備具備互操作性，方便了設備的更新和維護。

1關鍵技術

1.1 智能化斷路器

數字變電站使用了數字互感器，而常規的變電站使用傳統的電磁互感器，前者輸出的是數字量，而后者輸出的是模擬量。智能和常規斷路器的不同點是，在采取相應的操作之前，智能斷路器會根據從上層接收到的操作指令，并結合其采集到的相關信息，依據一定的規則進行電網狀態的判斷，然后采取某些動作[2]。如圖1所示，除了具體一二次設備的區別，數字變電站所采用的通信協議和傳統變電站的也不一樣，數字變電站的通信協議遵守 IEC61850 標準，通信的機制為 GOOSE，并且交換的信號是數字量而不是模擬量。智能斷路器融合了新型傳感器，可以有效地采集有關信息，與控制裝置密切配合，在檢測到異常信息時可以以報警的方式提醒工作人員，避免故障影響變電站的運行。

1.2 非常規互感器

電壓、電流變換器是測量系統中的核心部分，根據不同的實現原理，可以將其分為多種類型。根據變換原理，非常規互感器可以分為有源和無源兩種，下面分別進行分析。

（1）有源電子式互感器。有源電子式互感器包括電流式和電壓式兩種。電流式依據的是羅科夫斯基線圈原理，電壓式依據的是電阻或者電容分壓原理。

（2）無源電子式互感器。無源電子式互感器根據原理分為法拉第效應光學測量原理的電流互感器和普克爾效應和逆壓電效應的電壓互感器[3]。傳統的無源互感器穩定性不好、制造工藝復雜、電路比較復雜，還沒有形成大規模生產，只是處于預研階段。光電式互感器的傳感頭部件的能量供應可以使用兩種方式：激光發生器供能和感應電流供能。這兩種方式可以根據需要進行切換。

1.3 合并單元（MU）

電子式互感器、一次設備、二次保護、測控和計量設備等變電站組件之間需要進行連接，連接所使用的單元就是合并單元。合并單元用來接收由一次設備傳遞過來的信息，并進行匯總處理，還可以依據二次設備的指令，輸出信號和開關信號，也可以將二次設備的指令輸出給一次設備。

1.4 IEC61850協議

IEC61850 協議是變電站的通信網絡和系統的標準，為變電站內智能設備的信息交互行為提供了標準，該協議包含十個部分的內容。IEC61850 標準是國際電工委員會制定的，該協議基于最先進的技術，并且大量引入其他領域的相關技術和標準，綜合了多個方面和領域的行業發展標準。IEC61850 標準將面向對象的建模思想貫徹于整個標準中，提出了一種全新的變電站自動化手段，使得系統的統一性、規范性大幅度提高，有利于系統的維護和拓展升級。

2 關鍵問題

在實施數字化變電站改造過程中，可以對變電站中一次設備的檢測功能進行適當的改造，并且可以讓其他高級功能輔助系統得到智能化改造。相應數字化變電站當中，對其進行智能化改造，可以保障已有過程層的數字化水平，同時保護網絡挑戰合閘，首先無需對其進行改造。在具體改造過程中，重點是進行智能高級應用，一次設備以及輔助設備等方面的智能化改造。對變電站實施一次性改造，其中存在的關鍵一次設備，可以將其添加到智能單位當中去，通過這種方式，對這一設備進行比較全面的分析。當分析結果滿足DL/T 860 標準的服務后便進行上傳，此后將其和相關系統之間進行互動。針對二次系統而言，在對其進行具體改造過程中，需在間隔層對設備進行優化和整合，針對二次接線網絡進行相應的整合。并且針對站控層的功能、智能高級應用等實時相應的改造，要求其和常規性質的改造相同。

3 智能化改造后的優點

數字化變電站智能化改造后具有很多優點，具體如下：

1、IEC61850 協議所帶來的優點：（1）通過網絡來實現數據共享，避免了常規變電站智能設備之間的數據交互不便所帶來的一些問題;（2）將信息打包成為一個整體進行傳輸，使得信息量更大、更全面，為全面數字化通信打下基礎; （3）統一的協議為整個系統的無縫通信提供了有利條件，使得設備之間的互操作性大大提高，而且降低了調試的難度;（4）協議使得變電站的配置實現了標準化，對于確保調試過程中的安全性和可靠性提供了保障;

2、改造后的變電站采用光纖通信，不在使用電纜，為施工帶來較大的便利;

3、信息交互平臺是面向整個變電站系統的，可以為各個部分使用，避免傳統變電站中的各個部分都有自己的信息平臺的情況出現;

4、智能化的數字設備相對于傳統的一次和二次設備，結構上更加緊湊，占用空間更小，傳輸的信息更加全面、高效;

5、數字化變電站的安裝比較方便，調試也比較容易，可以較容易地實現在線檢測和檢修。

6、數字化變電站智能化改造后將大大降低成本。

4 結語

數字化變電站是目前我國電力企業積極進行實用化研究的重點領域之一，它可提高電網企業的經濟效益和管理水平。因此我們要注重數字化變電站的智能化改造，進而提高電力系統的自動化水平和可靠性。

參考文獻：

[1] 石磊. 數字化變電站保護調試[J]. 電工技術， 2009（04）：64-65.

[2] 張鳴帥， 吳雪龍， 申任邦. 淺談智能化斷路器的發展[J]. 城市建設理論研究：電子版， 2014（5）.

[3] 劉海鋒， 李秦， 灣世偉. 無源電子式互感器研究與應用進展[C]// 全國保護和控制學術研討會. 2013.