数字化变电站自动化系统升级改造方案探讨

杨敏

(内蒙古包头市供电局,内蒙古 包头 014030)

国民经济的进一步发展和智能电网工程建设步伐的不断加快，加上区域电能资源和电力负荷分配不均匀等因素的共同影响，发展结构清晰可靠、运行高效经济、清洁环保、以及调度运行灵活性较强的智能电网是我国解决供配电网自身问题的重要研究内容，同时也是我国电力系统安全稳定、节能经济的高效建设发展的主要方向。数字化变电站自动化系统是智能电网远程调度操控自动化系统的重要组成部分，进行变电站自动化系统智能数字化升级改造是将常规变电站内部的测控、保护、远动、以及后台监控系统等利用以光纤为主的通信网络有机互联起来，集变电站保护、测控、监视、以及远程调度管理等功能为一体，实现对整个变电站内部所有电气一、二次设备运行状态自动监视、特征数据采集、数据远程传输分析、以及微机保护调度通信等智能自动化功能。数字化变电站是智能电网建设的重要技术支撑，是智能电网中重要的变电、配电单元，其自动化系统的技术升级改造具有非常大的研究意义。

1数字化变电站自动化系统升级改造建设要求。为了配合我国大参数、高电压等级复杂大智能电网工程的建设发展，充分挖掘出电网系统中的节能潜力，创造出更大的社会经济效益，有必要结合先进的自动化技术、电力电子技术、电力通信技术等先进技术对现有常规变电站自动化系统进行升级改造，促进智能电网工程的快速稳定建设发展。

数字化变电站自动化系统是指按照变电站IEC61850国际标准，将整个变电站自动化系统划分由间隔层、过程层、变电站层三大部分组成。其中变电站自动化系统改造中主要采用电子式电压（电流）互感器、智能控制终端等具有数字化功能接口的智能电气一次设备，利用智能化IED电子装置实现设备现地数据信息的实时采集、远程传输，然后结合网络通信平台，利用IEC61850中的相关通信服务协议，实现特征电参量数据、控制信号、保护跳闸命令等数据信息的采集、远程传输、动态运算分析、和数据资源的实时共享互操作。同时利用光纤等通信传输媒介代替常规的控制（信号）电缆，实现变电站自动化系统的集成化、网络化、操作程序化、智能化等二次功能。由计算机、智能IED电子设备等按照相关操作标准要求规划操作条件和操作顺序，利用智能自动模式代替传统手工操作模式完成对电气设备倒闸等操作任务。

2数字化变电站综合自动化系统建设改造方案。变电站电气一次设备操作控制智能自动化、二次设备测控保护集成网络化、以及变电站综合调度运行管理节能经济化是常规变电站进行自动化系统数字智能化技术升级改造的重要要求。基于IEC61850国际标准的智能数字化变电站自动化系统与常规基于IEC60870标准的变电站自动化系统其虽然都是将变电站自动化系统划分为过程层、间隔层和变电站层三层，但是基于IEC61850的数字化变电站自动化系统采用智能一次设备代替了常规变电站自动化系统中的感应式互感器，实现了就地将模拟电参量的采集并向数字量的转变，并利用GOOSE通信总线等实现了不同智能IED电子设备间数据信息的实时共享。基于IEC61850标准的数字化智能变电站综合自动化系统与常规变电站综合自动化系统逻辑架构比较如图1所示：

a)IEC60870常规通信规约的常规变电站b)IEC61850国际通信规约数字化变电站

图1 变电站自动化系统逻辑网络架构

从图1可知，数字化变电站自动化系统是基于网络通信媒介的基础上，通过变电站电气设备现地智能终端等实现变电站信息数字化、信息资源的集成共享互操作等智能自动化功能。

3数字化变电站综合自动化系统建设改造技术要点

3.1 过程层设备技术要点。对110kV及以上电压等级变电站在进行自动化系统升级改造过程中，要用带有数字信号输出的独立的智能电子式互感器设备代替传统的感应式互感器；对于10/35kV电压等级互感器而言宜采用低功耗的智能数字一体化互感器。并采用双重化保护装置使用电子式互感器内部传感模块与智能合并单元进行冗余搭配，采用多回路供电电源提高变电站自动化系统过程层智能终端运行可靠性。变电站中特征电参量等数据信息的采样是实现变电站数字智能化功能的重要基础保障。常规变电站自动化系统进行模拟量采样时，由于受到当时技术水平等因素的制约，只能根据自动化系统的不同功能和业务需求利用对应独立的设备完成。而在数字化变电站自动化系统中，由于要系统变电站数据信息的集成共享智能网络化功能，就需要考虑适用不同业务功能的智能自动化设备。智能终端设备利用其内部相关功能单元，实现就地将模拟信号转换成数字量，实现特征电参量采样值的一致化和归一化实时动态采样转换，为数字化变电站自动化系统升级改造提供了重要的基础保障。

3.2 间隔层设备技术要求

数字化变电站自动化系统中间隔层设备应选用模块化、集成化、标准化的保护、测控、以及其它智能IED电子设备，不仅便于操作维护，同时可以是实现不同智能IED电子设备间互操作和服务节点资源的实时共享。数字化自动化系统中间隔层测控保护等智能自动化设备应均按照变电站IEC61850国际标准进行系统建模，并能与站控层相关通信管理主机设备实现实时动态通信。所有间隔层中的智能IED设备均具有同一的语言描述，同时可以实现不同服务节点间动态连接数据资源共享服务等功能，即所有间隔层设备与过程层设备间的网络通信规约均需按照IEC61850标准进行对象抽象化描述和数据形式转换。间隔层应具有非常稳定的运行特性，任何网络运行工况条件下得流量冲击等，间隔层单元的装置均不能出现死机或重启现象，确保整个自动化系统运行高效稳定性。

3.3 变电站层设备技术要求。站控层是整个数字化变电站自动化系统的核心，其设备应包括主机、操作员工作站、工程师工作站、远动GPS通信装置、远动操作站、保信子站、五防子系统、以及其它服务功能的智能IED接口设备等。变电站层通过2级高速通信网络汇总整个变电站自动化系统中的实时数据信息，并通过内部相关程序不断刷新实时数据库。

结束语。数字化变电站自动化系统的升级改造是一个涉及专业多、技术强的复杂大系统。建设以光电式互感器、智能终端设备、集成网络系统的数字化变电站自动化系统，可以实现变电站自动化系统层与层以及层间的数据信息无缝通信智能服务操作，最大限度地满足变电站自动化系统数据信息资源的时尚共享和系统集成智能化要求。

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