新型关键技术在数字化变电站建设中的应用

李海亮

摘 要：伴随数字化变电站技术的快速进步，数字化变电站的建设工作取得了实质性地进展。文章对电子式互感器以及变电站信息通信技术等自动化系统中新型核心技术的运用情况进行了深入分析与探讨。

关键词：数字化变电建设；信息通信技术；自动化；电子式互感器

中图书分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2012）32-0120-02

伴随科技的快速进步，中国的数字化变电站技术已日趋成熟，数字化变电站指的是变电站内的一次电子装置、二次电子装置全部实现数字化，并建立统一的数据建模以及通信平台，从而使得智能设备间的互操作性得到提升。智能化开关技术、一次运行设备在线检测技术、电流电压互感器（光电式）以及变电站运行操作仿真技术的快速发展，加上自动系统中计算机网络技术的运用，对于变电站的数字化发展十分有利。

1 网络化的信息通信技术

所谓数字化变电站指的是利用先进的代通信技术及其通信媒介取代普通的通信电缆，从而进一步简化了分层组网技术，使得二次系统变得更加简捷。变电站内的所有二次设备都是基于标准化、模块化的微处理机进行设计制造，而设备间的互联利用的是高速通信网络，通过局域网达到数据、资源的高度共享，省去了普通功能装置的接口，传统的功能装置被逻辑上的功能模块所替代网络通信技术的运用，数字化变电站能够达到跨变电站、自动协调控制以及跨区域的保护目的。

数字化变电站相互之间的通信通过以太网交换机（工业级IEC61850），充分利用光纤环网实现互联，所有变电站间信息实现了高速连接。变电站内部主保护与测控装置、直流以及电量计费系统（IED）则充分利用变电站高速以太网交换机（IEC61850）对信息进行汇总，变电站、变电站监控中心相互的通信都是通过IEC61850 通信协议标准来完成。变电站内配置了一种高性能的通信管理机，这种通信管理机与主机一体化的工业级嵌入式计算机相连。利用多模式通信接口将站内其他设备信息进行汇总，并综合考虑未来扩展的需要，汇总之后的信息在高速以太网上进行交换。系统利用全站SNTP网络统一对时模式，各站拥有各自独立的全球定位系统GPS。

数字化变电站的站控层主要包括监控、事件日志、告警以及远动服务器等设备；间隔层主要继电保护、测控、计量以及与接入其他智能设备规约转换等设备；过程层主要包括合并单元、智能开关以及数字互感器等设备。站控层通信全部选用IEC61850 标准，可直接接入IEC61850装置的主要包括监控后台、远动通信管理机以及保护信息子站等。间隔层通信网选用的是一种星型网络架构，这种网络能够使得跨间隔的横向联锁功能得以实现。电压不超过110 kV 及的变电站自动化系统都可以选用单以太网，电压超过110 kV的变电站自动化系统必须选用双以太网。网络选用的是IEC61850国际标准，而非IEC61850规约的设备必须经过规约转换之后才能接入。

GOOSE机制指的是面向通用对象的变电站事件，能够对由数据集组织的公共数据交换获得支持，是实现分布式保护或者分布式自动化的前提，能够运用在间隔层以及过程层设备之间的纵向联系，比如跳闸信息等，还可以运用在间隔层设备之间的横向联系，保护以及测控等IED 相互之间也能够实现信息的交换，从而使得未来数字化变电站的互操作以及功能自由分布等功能得以实现。伴随数字化变电站发展的日益成熟，将来的远方调度中心不需要经过远动装置进行转发，通过直接接入变电站综自系统的网络从而获得所需要的相关信息。

2 自动化运行管理

数字化变电站运行管理必须按照标准化、科学化以及现代化的要求进行管理。为了有效贯彻落实“安全第一，预防为主”的安全生产方针，严格遵守“保人身、保电网、保设备”的电力生产工作原则，严格控制班组异常以及未遂为安全生产目标，进一步强化设备运行管理工作，理顺变电运行管理。从而确保电网持续供电以及变电站安全、经济、稳定运行。

2.1 设备管理

2.1.1 设备和专业划分发生的变化

电子式互感器所代替了普通的电磁型TA、TV，一次设备和二次设备之间实现了有效融合，从而使得传统的一次设备与二次设备之间界定更模糊；而网络和通信技术取代了传统的二次回路的概念，继电保护以及自动化专业人员对回路的维护工作已经变成对光纤通信网络以及系统软件的维护，使得传统的继电保护以及自动化专业之间的界限也是变得更加模糊。所以，伴随数字化变电站的快速发展，对一次设备、二次设备重新进行界定早已提升议事日程，预计很快会有相关的文件加以明确。继电保护以及自动化两个专业密切相关，部分供电局已开始尝试建立大二次的基层班组，从而进一步推动数字化变电站的快速发展。

2.1.2 维护管理

智能化、网络化是数字化变电站的基本特点，其维护工作量与综合自动化变电站相比更少，而事实上，维护工作显得非常关键。在数字化变电站中必须高度重视合并单元、智能终端以及交换机等工作电源以及环境，并需要制定相应的维护作业指导书。针对ODF箱上光纤的熔接以及接口位置，必须仔细检查，保证光纤连接可靠。同时必须高度重视相关软件的升级工作，必要的时候应联系厂家来完成软件的升级工作，准确记录当前运行的软件版本号。

2.2 技术资料管理

技术资料的管理工作对于数字化变电站显得特别重要，必须高度重视如下资料的保存以及更新工作。参数整定表、合并单元的软件版本号。网络VLAN 的划分原则及其详细状况；接收联系表、GOOSE 报文发送；测控、保护、智能终端、故障录波、交换机等GOOSE 网设备等相关文件；GOOSE 网光缆以及尾纤联系图；后台系统数据库备份；系统规范定义文件（SSD）、配置IED 描述文件（CID）、变电站配置文件（SCD）、IED 能力描述文件（ICD）；设备的告警或者出现故障之后的处理方式。

2.3 运行管理

2.3.1 巡视检查

数字化变电站设备运行班组必须严格遵守相关管理规定要求对相关设备进行巡视检查，具体内容包括：{1}合并单元：定期对合并单元采样情况进行检查，同时应对激光电源的使用情况进行检查，各通道数据的“中断”以及“异常”数值的统计状况进行检查；②智能终端：对于智能终端的指示是不是正确以及有没有告警等状况进行检查；③智能终端柜：详细记录柜内温度以及湿度值，对加热器以及风扇是不是正常工作等进行检查；④交换机：对交换机的运行温度，指示灯以及各接口是不是正常进行检查。

2.3.2 “五防”管理

由于在线式五防得到了快速发展，结合在线式五防系统的基本特点以及在程序化操作的优势，当前大部分的新建数字化变电站都运用了在线式五防系统。需要高度重视的是在线式五防系统中接地桩的稳定性以及刀闸电机电源的电动操作性。在程序化操作过程中主要是依靠五防逻辑及操作票顺序从而保证操作的正确性，所以，对于五防逻辑的正确性已经合理性就有了更加严格的要求，在投运之前的验收环节必须进行重点把关，对逻辑表进行仔细审核，努力搞好所有闭锁试验。

2.3.3 倒闸操作

数字化变电站中的倒闸操作具有自动化程度非常高的特点，特别是实现了程序化操作之后，工作效率得到很大的提高，操作的准确性也得到了进一步提高。这些全部是建立在设备稳定、五防正确以及操作票正确的前提下。所以，在数字化变电站中，对设备的维护以及对五防及操作票的审核是重中之重。

3 电子式互感器的运用

根据电子式互感器的不同原理，可以将其分成电原理型和光学型，光学型电子互感器是指充分利用光线在电场或者磁场中的偏转现象，结合偏转角度计算出电场或者磁场的强度，从而推算出系统的电流以及电压值，该类型的电子式互感器的最大特点是其灵敏度高、绝缘性能好，但也存在一定的局限性，比如检测信号微弱、容易受到周边环境的影响、光学传感材料的长时间稳定性比较差以及封装技术等等，有关研究人员已经在检测方法上采取了一定的措施，然而在短期内光学型互感器仍然无法实现工程上的推广与应用。所以，国际上当前能够实现商业化运行仍然是以电原理型的电子互感器为主，这种类型的电子互感器具有稳定性好，性能可靠等优点，我们国家对于光学型互感器的研究较为深入，因而这种类型的电子式互感器已经在商业运行中得到了推广应用。

最近几年以来，由于我们国家变电站电压等级的快速提高，电子式互感器的优势得到进一步凸显，特别是在特高压以及超高压的电力系统，电子式互感器的优点更加凸显，主要表现在绝缘性能以及暂态特性优异，适应强电磁环境能力强，能够承受比较高水平的动热，与普通的互感器相比优势非常明显。德国在特高压试验场电子式互感器得到了大量运用，而我们国家也有几十个数字化变电站成功运用，这些都选用了电子式互感器，可以预计的是，这将成为我们国家数字化变电站实现自动化运行管理的一场重大的技术变革，具有十分深远的意义。

在技术方面，电子式互感器的应用能够进一步提升设备的安全稳定性，进一步提高保护、测量以及计量系统的精确度，能够有效防止信号传输、处理工作等产生的附加误差，使得自动化设备数量减少了，二次接线也更简化，变电站系统的稳定性进一步提高，此外，数字化变电站设备的互操作性比较强，从而实现前台运行系统以及其他后台支持系统相互之间的内部数据能够高度共享，从而进一步降低了通道重复建设以及投资，工程周期进一步缩短，便于各种变电站的扩、改建工作，缩短了设备投运时间，电力设备的退出次数以及时间，有利于设备的更新以及维护工作，电力设备的工作效率得到提高，变电站工作周期内的总投资成本也降低了。

4 结 语

建设数字化变电站的周期比较长，尽可能符合信息共享、系统集成的要求，建设基于数字化电力设备以及智能电子技术设备（智能变压器、电子式互感器）的数字化变电站，从而实现数字化变电站站内各层间的无缝通信需要，这也是我们国家数字化变电站的发展趋势。

参考文献：

[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] 方丽华.数字化变电站技术丛书运行维护分册[M].北京：中国电力出版社，2010.

[3] 高翔，张沛超.数字化变电站的主要特征和关键技术[J].电网技术，2009，30（23）.