智能变电站中的数字化数据采集及传输系统

孙晓明

（山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南 250013）

智能变电站中的数字化数据采集及传输系统

孙晓明

（山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南 250013）

智能变电站中在电流、电压的采集环节采用数字化电气测量系统，实现了电气量数据采集的智能化应用，模拟量采集方式实现了全数字量化后通过光纤线路传输，利用点对点或高速以太网方式传输，构成变电站数据采集及传输系统。针对这一变革，系统介绍了智能变电站数字化数据采集及传输系统。

智能变电站；电子互感器；采样值；数字化测量

0 引言

随着电子互感器技术的发展和IEC61850标准的推广，变电站间隔层智能设备的交流采样技术由传统的对模拟信号A/D转换技术变革为以太网通信技术。智能变电站在模拟量采集方式上有了很大变化，传统变电站内表计的采样传感器一般采用是高功率输出的电流互感器和电压互感器，而新型智能化变电站内模拟量采样实现全数字量化后通过光纤线路传输，利用高速以太网构成变电站数据采集及传输系统。并且一次侧的传感器采用了低功率输出的电子式互感器，它具有测量准确度高、无饱和、动态范围宽、无二次开路危险等优点，为智能变电站内电能计量提供了准确、可靠数据来源，系统的EMC性能得到了很大提升，同时也将智能化变电站内电能采集与管理融入了IEC61850标准体系。

1 系统组成

智能变电站过程层采样数据的数字化和网络传输如图1所示，过程层设备采用电子式互感器、光纤输出，电子式互感器汇总到合并单元，合并单元经点对点或以太网方式发送采样数据至位于间隔层的智能设备。变电站智能设备的交流输入信号将由电缆从传统电压、电流互感器输入的模拟信号转变为通信电缆或光纤输入的数字信号。

图1 智能变电站过程层采样数据的数字化和网络传输

2 电子式互感器

电力系统中传统TA、TV存在磁饱和问题,测量误差较大；而且TA测得的模拟量在传输过程中易受干扰。随着电力系统容量越来越大，电压等级越来越高，导致 CT体积庞大，绝缘难、造价高、可靠性差等问题日益突出。电子式互感器克服了这些缺点，它无需铁心，无饱和问题，电气绝缘性好，抗干扰能力强。此外，还有体积小、重量轻及安全可靠等一系列优点。

电子式互感器可实现交直流高电压大电流的传变，并以数字信号形式通过光纤提供给保护、测量等相应装置；合并单元还具有模拟量输入接口，可以把来自其它模拟式互感器的信号量转换成数字信号，以100base－FX或10Base-FL接口输出数据，简化了保护、计量等功能装置的接线。

图2为有源电子式互感器原理框图。

图2 有源电子式互感器工作原理框图

电子式互感器通常由传感模块和合并单元两部分构成，传感模块又称远端模块,安装在高压一次侧，负责采集、调理一次侧电压电流并转换成数字信号。合并单元安装在二次侧，负责对各相远端模块传来的信号做同步合并处理。

2.1 远端模块

电子式互感器的远端模块用来对模拟量输入进行采样、模数转换并通过光纤传送数据到合并单元，与合并单元仅通过两根光纤进行能量和数据的传递。图3为远端模块的原理框图。

图3 远端模块原理图

2.2 合并单元

合并单元是低压侧数据处理系统，并且为高压侧远端模块提供能源。图4为合并单元功能框图。

合并单元主要包括三种功能：1）接收多路远端模块的采样光信号，汇总之后按照IEC-61850规约以光信号形式对外提供采集数据；2）以光能量的形式，为远端模块提供工作能源；3）接收来自站级或继电保护装置的同步光信号，实现远端模块间的采样同步功能。

图4 合并单元主要功能框图

高压侧远端模块单元的工作电源同时由取能线圈和激光电源提供，两者动态自检，互为热备用。取能线圈就地采集一次电能后经整流滤波提供直流电源；位于集控室的激光电源提供高能激光，经由光缆传输到远端模块单元后经光电转换提供直流电源。

合并单元还可以通过辅助CPU和扩展开入开出直接提供保护、测量等功能，同时通过光纤以太网接口给监控、测量等装置提供数据。

3 数字化采样数据的传输

智能变电站中数字化采样数据的传输采取点对点及网络两种方式。出于对继电保护可靠性的考虑，智能变电站中保护应直接采样，即采用点对点的方式传输数据，协议采用 IEC60044-7/8或IEC61850-9-1/2标准。而对于测控装置、故障录波、计量等二次设备，其采用数据可通过搭建过程层网络的方式传输，从而实现数据共享。

过程层传输采样值的网络称SMV采样值网，其主要功能是实现电流、电压交流量的上传。SMV采样值网络协议采用IEC 61850-9-1/2标准。对于保护双重化要求的间隔，网络按照双重化配置，物理上做到相互独立；对保护单重化要求的间隔，网络按照单重化配置。

图5为以3/2接线线边断路器合并单元的接口说明。

图5 为3/2接线线边断路器合并单元的接口

4 结语

智能变电站中的电流、电压采集采用光电式互感器或电子式互感器，实现了电气量数据采集环节的数字化应用，实现了一、二次系统电气上的有效隔离，电气量测量范围大、测量精度高，其采用数据可通过搭建过程层网络的方式传输，从而实现数据共享。为实现常规变电站变电站装置冗余向信息冗余的转变，实现信息集成化应用提供了基础。

［1］高翔.数字化变电站应用技术［M］.北京：中国电力出版社，2008.

［2］李开成.数字化光纤电流测量技术研究［J］.仪器仪表学报，2004（8）.

［3］周斌.一种新型变电站职能设备采样值接口方案［J］.电网技术，2006（10）.

The Digital Electrical Energy Measurement System of Smart Substation

In smart substation,the digital acquisition system is used in the sample of voltage and electric current.In this way,analog data acquisition is digitized,and the digital acquisition data is transferred to digital electric energy meter via fiber with point to point protocol or Ethernet.This constitutes the digital electrical measurement and transmission system.

smart substation；electronic instrument transformer;data acquisition；digital measurement

book=18,ebook=12

TM63

B

1007－9904（2010）04－18－03

2010－03－17

孙晓明（1979－），硕士研究生，研究方向为电力电子技术及其应用，现主要从事电力系统自动化、电力系统继电保护的设计工作。