变电站信息化与智能化

陈 刚

(河南省南阳市淅川县电业局设计院，河南 南阳 474450)

一 变电站自动化

变电站自动化系统的功能是指变电站必须完成的任务。这些功能包括:控制，监视，保护变电站的设备及其馈线。维护功能，即系统组态、通信管理和软件管理等功能。

变电站综合自动化是按无人值守站设计，经过功能的优化设计和重新组合，将变电站的二次设备应用微机及网络通信技术，自动控制技术，组成计算机的软硬件设备代替人工实现对整个变电站的重要设备和输配电线路的测量、自动控制、自动监视和微机保护以及与调度通信等综合性的整合自动化功能。综合自动化变电站是集保护、监视、测量、控制和远动等功能为一体，通过数字通讯及网络技术来实现信息共享的一套计算机化的系统及二次设备，实现变电站的遥测、遥控、遥信、遥调和遥视。

综合我国的情况，变电站综合自动化系统的基本功能体现在以下五个方面:监控，微机保护，电压、无功综合控制，低频减负荷控制，备用电源自动投入控制。

变电站的二次网络通讯结构:现场层由微机线路保护装置，微机电容器保护装置，变压器保护和控制装置，直流屏和计量屏(电度表)等组成，微机线路保护装置集自动监视、测量、控制和微机保护于一体，每条线路采用一个独立的微机线路保护装置，对应一次设备形成独立的控制单元间隔。监控层由前置机，操作员工作站，通讯接口Aport等构成c/s结构局域网。现场层和监控层之间的通讯是通过现场总线和串行通讯来实现的。

二 变电站综合自动化存在的问题

1.目前，用于电力系统的崹信规约种类很多，主要有以下通信协议:部颁 CDT循环通信协议、IEC60870－5系列(IEC60870－5－101，用于电力系统远动通;IEC60870－5－103，用于继电保护设备信息接口配套标准)等，而且目前采用的规约都是面向点的，而不是面向设备的。

目前已经实施缺乏统一系统规范的变电站自动化系统中，IEC60870一5一103规约广泛应用，但这只是变电站内传输规约，缺乏对变电站整个系统模型以及二次功能模型的综合描述，并没有将通信技术与系统应用进行分层处理，使得应用受到通信规范技术的制约，缺乏统一的测试标准，这些使得103规约不适用作为数字化变电站的统一信息平台。

2.在变电站综合自动化系统的集成过程中面临的最大问题是厂家使用不同的IED，甚至同一厂家不同型号的IED所采用的通信协议和用户界面的不相同，因而难以实现无缝集成和互操作。因为需要额外的硬件(如规约转换器)和软件来实现IED互联.设备之间的互操作性差，系统的扩展、升级困难。

主要原因是缺乏统一的通信标准和信息模型规范的二次设备。要实现不同厂家设备的信息互连，就要求设置大量的规约转换器，这就增加了系统复杂程度及调试、设计、运行和维护中的难度，也使得通信系统的性能大大降低。

3.变电站综合自动化系统中，变电站由于二次设备和一次设备间用电缆传输模拟信号和电平信号，这就需要消耗大量的电缆。也就存在电缆的管道面积、成本以及信号在电缆传输过程中受电磁干扰的问题。

三 智能化变电站

建立在(IEC61850)通信规范基础上，由各种电子式互感器、智能化开关或断路器等(智能化一次设备)，以及用来分层构建过程层、间隔层、站控层(网络化的二次设备)，这样来实现变电站内智能电气设备间信息传输共享和相互操作的现代化变电站，就是本文论述的智能化变电站。

过程层设备包括:(1)将电流电压模拟量实现数字化:电子式互感器;(2)使得电子式互感器的数字信号汇总后分发给间隔层的保护和测控装置:合并单元;(3)采集一次设备的状态并通过GOOSE网络传输至间隔层的保护和测控装置，同步接收间隔层的保护和测控装置的命令对一次设备进行操作:智能单元。

智能开关设备包括智能断路器、智能隔离开关及具有对主变相关部件进行数字化信息采集、控制等功能的智能操作箱。

电子式互感器的构成:(1)一次结构的主体部分，包括互感器的罐体、绝缘盆子、变径法兰及一次导体等，还有内装三相电流电压传感器部分，互感器罐体接地等部件。(2)一次传感器部分，要求每相配置一个空芯线圈、一个低功率CT以及一个同轴电容分压器。其中空芯线圈用于传感保护使用电流信号，低功率CT用于传感测量使用电流信号，电容分压器用来电压信号的传感。(3)一次转换器，也就是远端模块。远端模块的作用地接收并处理空芯线圈、电容分压器及三相LPCT输出的信号，并由光缆将远端模块输出的数字信号传送至合并单元。

通过上面的描述总结下智能化变电站特点:

实现一次设备的数字化和智能化。用电子式器来替代传统变电站内的电磁式互感器，这样可以直接向外提供数字式光纤以太网接口;变电站内使用具备信号数字话转换的智能断路器、变压器等新型设备。

二次设备的网络化和数字化(数字信号)。数字化变电站的特点就是数字信号的全面传输，因此二次设备的数字化除了具有传统式设备的特点外，还应该与传统变电站信息传输以为媒介不同，要求具备对外光纤网络的通信接口，使得对数字化变电站二次信号的数字化传输，以基于光纤以太网实现。

实现使用IEC61850标准统一化的变电站通信网络和系统。也就是说数字化变电站要求全站通信网络和系统实现均采用IEC61850标准，该完整的系统性标准具有的开放性可以保障数字化变电站站内新型设备具备互操作性的优势特征。

数字化变电站在变电站内设备的信号的光纤传输、互操作性、光纤网络通讯平台的信息共享等方面可以更一步体现了自动化特点的运行管理。

在现有综和自动化系统已经具备较大程度的自动化的基础上，可以同时实现运行管理系统的自动化。

智能化变电站的投运，填补了我国数字化变电站建设的空白，吹响了变电站向数字化方向发展的号角。更为难得的是关键设备均为具有自主知识产权的国产设备，使我们得以真正意义上赶超国际先进水平。