基于數字技術的變電站電氣自動化系統設計

戴小祥

[摘 ? ?要 ]隨著工業電氣自動化的發展，數字化技術通過改進電氣自動化操控系統，提高工業電氣自動化工作效率。數字化技術應用范圍涵蓋醫療業、出版業等，電力工業向電力技術數字化方向發展。數字技術在變電站電氣自動化中應用有很大開發空間，變電站電氣自動化應用數字技術包含計算機通信技術等多種專業技術領域，變電站電氣自動化向數字化方向發展。介紹數字化變電站建設架構，闡述基于數字化的變電站自動化技術的應用優勢。

[關鍵詞]數字技術;變電站;電氣自動化系統

[中圖分類號]TM76 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）06–00–02

[Abstract]With the development of industrial electrical automation， digital technology improves the efficiency of industrial electrical automation by improving electrical automation control systems. The application scope of digital technology covers the medical industry， publishing industry， etc.， and the power industry is developing in the direction of digital power technology. The application of digital technology in substation electrical automation has a lot of room for development. The application of digital technology in substation electrical automation includes computer communication technology and other professional technical fields. Substation electrical automation is developing in the direction of digitalization. Briefly introduce the construction framework of digital substation， and explain the advantages of digital substation automation technology application.

[Keywords]digital technology; substation; electrical automation system

20世紀70年代，變電站自動化技術開始引入數字技術，由于通信帶寬低，計算機性能差。數字技術僅用于調度站及遠方采集控制單元。隨著計算機技術的快速發展，計算機技術發揮突出作用。變電站是我國電力系統的重要部分，為電力系統運行提供保障。數字化變電站實現系統標準化，提高變電站運行安全性。隨著現代化科技的發展，數字化變電站應用大規模集成電路，運用先進技術實現變電站電氣設備智能化。許多地區變電站實現無人值守工作模式。電氣自動化應用數字技術成為電力行業發展趨勢。

1 數字技術在變電站電氣自動化系統中的應用優勢

變電站數字技術可以提高運行效率，充分發揮數字技術的作用，使數字技術推動電氣自動化快速發展。數字技術具有邏輯表達水平高、成本低廉等多種優點，具備對數據信息準確分類歸納分析等擴展功能。數字技術應用于變電站自動化中滿足自動化運行要求，減少人力物力的投入。應用數字技術變電站電氣自動化裝置操作簡便。

數字化變電站建設站控層采集調度中心相關數據信息保存于數據庫，可在站控層進行在線編程，基于變電站系統網絡在線修理出現運行故障。間隔層通過匯總系統數據信息控制線路繼電保護，各種電氣設備實現信息共享功能。過程層通過檢測諧波分量電壓，匯總數據信息傳送到數字化變電站系統服務器。

數字技術在變電站自動化中應用具有可靠性好、可操作性強等優勢。數字技術采用網絡系統智能化電氣系統，減少冗余傳統設備、數字化互感器與光纖網絡共用解決變電站應用安全性。數字技術的應用保障變電站自動化在診斷等方面更加有效、標準化程度高、決策信息量豐富。開放性的系統為變電站應用與技術改造創造條件。變電站電氣自動化與數字技術結合具有良好性價比。數字化技術應用簡單，操作流程自動化進行，經電纜、網絡等傳輸媒介進行傳輸，可有效識別信息正誤。平臺開放式發展導致編程接口標準化，縮短編程周期。

2 數字技術變電站電氣自動化系統的發展

變電站是輸配電系統的信息源，在電力建設中占據重要地位，設計方法隨著系統發展不斷更新。目前分層分布式變電站自動化系統在500 kV以下電壓變電站得到普遍應用，隨著行業標準提高，分布式變電站自動化系統不足逐漸暴露，如設備間互操作性不夠，一二次設備間需要大量二次控制電纜實現連接;大量二次電纜帶來電磁兼容等問題，成為制約變電站技術進步的瓶頸。

隨著智能化高壓電氣設備的發展，電氣設備在線狀態檢測等技術日趨成熟，使變電站自動化技術迎來突破性發展契機。數字化變電站概念提出，其支撐技術包括IEC61850標準，光學互感器等技術應用，對變電站綜合自動化系統發展瓶頸帶來技術突破，數字化變電站是智能電網的基礎，滿足可持續發展戰略，數字化變電站是向智能變電站過渡關鍵環節，其設計經驗對智能電網建設具有重要意義。隨著計算機網絡技術、光電技術的發展，變電站運行方式變革，產生數字化變電站。數字化變電站是智能電網的重要基礎，為智能電網提供標準可靠節點支撐，實現基于狀態的綜合優化管理，實時信息共享，支撐各級電網安全穩定運行。

當前以數字化為形式的信息革命深入到人們生活各領域，深刻改變人們的生活方式。隨著電氣設備在線狀態檢測等技術日趨成熟，計算機網絡技術快速發展，智能電子裝置等在變電站系統中推廣應用，國家標準《變電站通信網絡系統》系列推出實行，推動數字化變電站建設發展。數字化變電站是由智能終端、數字化計量儀表等按分層分布式實現站內設備間信息共享的現代化變電站。其主要特點體現在通信平臺網絡化、全站信息數字化、信息共享標準化。數字化變電站主要對過程層設備升級，用光纖代替電纜連接。

3 數字技術在變電站電氣自動化中的應用

數字技術廣泛應用于科學計算等方面。變電站電氣自動化系統中應用計算機輔助系統，利用計算機進行自動化測試工作，具有實踐性、發展性等特點。數字化技術應用于變電站電氣自動化系統有效提升變電站運行可靠性，建立統一的信息共享平臺，更新變電站的功能。

數字技術在變電站電氣自動化中應有需要應用電子式互感器將電流轉換為數字信號，應用網絡裝置將信號數據傳輸至合并器，為智能化終端提供信息共享。變電站電氣自動化中數字技術應用主要包括一次設備智能化，運管系統自動化等。以Microsoft Windows NT系統為主體的控制界面具備操作方便，數據直觀等特點，界面維護方便快捷，符合變電站發展數字化技術標準需求。變電站電氣自動化裝置應用光電技術對一次設備檢測實行規劃設計，應用數字程序控制設備替換原有導線連接模式。應用光電數字技術替代模擬信號，將原有回路結構應用程序替換，如圖1所示。

變電站電氣自動化設備，如測量檢測設備等應用標準化規劃設計方案，裝置應用性能強大的網絡通信技術連接，滿足對資源共享的標準要求。部分常規功能為主的裝置連接應用高速網絡，簡化變電站電氣設備結構。變電站中電氣自動化裝置涉及系統運行參數，變電站中電氣設備出現故障可以及時分析，系統形成故障報表實時維修電氣裝置。

4 數字技術在變電站電氣自動化中的發展

數字技術應用推動變電站電氣自動技術的發展，由于技術制約仍存在一些問題，如數字化技術在變電站自動化系統應用時間較短、相關專業人才稀缺等。變電站電氣自動化運行中數字技術應用標準模式不統一，網絡技術落后，數字化技術在變電站電氣自動化系統中應用需要不斷創新。變電站電氣自動化系統應用數字技術創新要加強程序化操作理念，采用光纖連接，運用GOOSE虛端子。

數字化變電站系統過程層引進很多電氣設備，變電站應用中合并器交換數據影響變電站運行穩定性。數字化變電站系統采用數字化信息傳輸，電子式互感器工作方式具有特殊性，使得變電站無法對互感器進行角差現場試驗，電氣設備帶電運行后影響接線檢驗可靠性。數字化變電站運行中部分線路間隔保護復雜，變電站系統所需電壓量無法從常規繼電保護裝置中獲得，實驗中需提供標準電壓量，實現數字化變電站誤差保護。當前數字化變電站通過基于IEC61850通信協議實現一次設備信息通信，但數字化接口存在一些問題。IEC61850通信協議未明確變電站安保設置，為數字化變電站系統留下安全隱患。

變電站電氣自動化實踐中，借助光纖連接裝置進行數據傳遞。應用隔層技術實時收集信息，變電站電氣自動化系統工作需要標準化程序端口，為實現制造企業生產執行管理系統良好對接，基于網絡通信協議傳輸標準提供標準程序端口，需注重制定調度滿足程序化操作要求。需要將計算機審核資料保存，實行隔離開關等裝置規劃設計。培養程序代碼控制理念，程序化操作可以確保變電站無人值守工作。工作中與外部裝置連接，確保實時自動化控制程序化操作，切實提高工作效率。

GOOSE虛端子理念應用是設計的革命，GOOSE虛端子改良二次回路，GOOSE技術用于變電站電氣自動化中有效控制全站線路，開啟跳合閘功能。GOOSE對傳統二次回路改良依靠系統設置，使得信號管理等非電量信息得到便捷操控。GOOSE網采用雙網配置，將相關接口組屏集中，對IED與主機間通信管理，實現測控遙控。虛端子技術是數字技術在變電站電氣自動化中應用的主要方面，虛端子技術應用實現數字變電站設計重大革新，滿足對變電站電氣自動化一次回路優化要求。主變壓器進行精確高效監控，保障變電站電氣自動化裝置的安全;虛端子技術中針對MMS網絡協議對主機電路通信進行模擬管理。

5 結束語

數字技術在變電站電氣自動化中被廣泛應用。工業電氣自動化滲透到電力系統等領域，計算機技術包含系統開發設計等多方面研究。數字化變電站自動化技術推動電網自動化發展，變電站自動化中應用數字化技術，提高變電站系統運行穩定性。有關科研人員要明確數字技術的優勢，基于變電站需求針對數字技術優化，提升變電站運行水平。

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