浅谈变电站综合自动化到数字化的过渡

曾美英,黎永豪,叶 蓓（广东电网公司佛山供电局，广东佛山，528200）

浅谈变电站综合自动化到数字化的过渡

曾美英,黎永豪,叶 蓓
（广东电网公司佛山供电局，广东佛山，528200）

本文从变电站远动技术发展史角度阐述笔者对目前综合自动化工作的一些感想，并设想了数字化变电站的发展远景。

综合自动化；IEC61850；数字化变电站

0 引言

目前，变电站综合自动化系统正逐步取代RTU装置。一般认为推广综合自动化系统的目的是：1、分布分散式系统可节省控制室面积，节省大量二次电缆；2、现场通讯用以太网取代现场总线，技术在进步，运行更可靠；3、系统扩充灵活、方便等等。但是从实际效果来看，并没有达到革命性的突破。变电站的电缆敷设量仍然巨大，设备技术含量在增加但系统功能却没有实质性飞跃。因此有待进一步的技术革新。

1 变电站远动技术发展史

在阐述这个问题之前，我们先了解一下变电站远动技术发展史。

1）最初的变电站监控依靠人工值班。保护设备一般为电磁型，故障预告和事故告警通过鸣笛以及光字牌来通知值班人员。设备的可靠性较低，二次回路比较复杂。这一时期为“前远动时期”。

2）随着自动化技术的发展，远动装置RTU(Romote Terminal Unit)“四遥”功能的实现使变电站无人值班成为可能。调度自动化系统能接收到变电站遥信、遥测量的实时变化，能在远方遥控所有站内高压开关。RTU还能通过特定的通讯协议，接收微机保护的保护动作测量值、定值信息等内容。这一时期是远动史上革命性的一页，变电站运行模式由“有人值班”向“无人值班”转变。

3）国外流行的分布分散式综合自动化系统的引入，从逻辑上将变电站自动化系统划分为两层，即站控层（Station Level）和间隔层（Bay Level）。间隔层由测控装置、继电保护装置、间隔层网络设备以及与站控层网络的接口设备等构成，安装地点分散在开关柜上或其他一次设备附近。现场数据通过现场总线或以太网汇总上传。站控层由监控主机、操作员站、远动主机、继电保护工作站等构成，面向全变电站进行运行管理的中心控制层。这个时期的特点是设备技术在进步，但设计思想受束缚，110kV等级以上测控、保护仍安装在主控室，二次回路仍需敷设大量电缆。设备换代改造工作在大规模的推进，但是由此创造的效益并不明显。

2 lEC61850规约的应用推动实施数字化变电站

IEC61850是一个关于变电站自动化系统结构和数据通信的国际标准，其目的是使变电站内不同厂家的智能电子设备（IED）之间通过一种标准（协议）实现互操作和信息共享。IEC 61850有以下几大特点：

1）定义了变电站的信息分层结构

变电站通信网络和系统协议 IEC 61850 标准草案提出了变电站内信息分层的概念，将变电站的通信体系分为 3 个层次，即变电站层、间隔层和过程层，并且定义了层和层之间的通信接口。

2）采用了面向对象的数据建模技术

整个电力系统统一建模。IEC61850建模了大多数公共实际设备和设备组件。这些模型定义了公共数据格式、标识符、行为和控制,例如变电站和馈线设备(诸如断路器、电压调节器和继电保护等)

3）数据自描述

该标准定义了采用设备名、逻辑节点名、实例编号和数据类名建立对象名的命名规则；采用面向对象的方法，定义了对象之间的通信服务，比如，获取和设定对象值的通信服务，取得对象名列表的通信服务，获得数据对象值列表的服务等。面向对象的数据自描述在数据源就对数据本身进行自我描述，传输到接收方的数据都带有自我说明，不需要再对数据进行工程物理量对应、标度转换等工作。由于数据本身带有说明，所以传输时可以不受预先定义限制，简化了对数据的管理和维护工作。

4）采用与网络独立的抽象通信服务接口（ACSI）

IEC61850总结了电力生产过程特点和要求，归纳出电力系统所必需的信息传输的网络服务，设计出抽象通信服务接口，它独立于具体的网络应用层协议（例如目前采用的MMS），和采用的网络（例如现在采用的IP）无关。

下图是目前典型的IEC61850系统配置图

光电互感器采集的光信号转化成IEC61850规约的格式后上传至间隔层。这种系统组网思路与综合自动化变电站类似。实现了光纤取代二次电缆，为真正的数字化变电站铺平了道路。

3 展望未来的数字化变电站

一次设备的进步推动数字化变电站的发展。目前光电互感器技术已经基本成熟。智能开关的开发仍处于摸索的阶段，目前一般以智能就地操作箱加传统开关来实现。未来将会出现集成遥信、遥控功能的智能开关，通过IEC61850规约直接将信息上送至间隔层的GOOSE。全站各间隔的数据均集中在间隔层的GOOSE。在未来，测控单元、保护都可能不再以硬件的形式存在而是演化成不同的程序。下图以单网结构来简述未来数字化变电站的应用情况。GOOSE是网络交换设备，是全站的信息汇集的地方。远动工作站负责信息远传。操作工作站负责站端的图形界面、信号接受等工作。继保工作站作用是运行各进程为全站一次设备实施继电保护。一台高性能的微机就可以取代全站的硬件保护。当采集/计算出的数据到的大于保护定值时，继保工作站立即通过GOOSE向相应断路器发出跳闸命令。由于继保工作的重要性，继保工作站必须双机或三机冗余。全站电度表也是由一台微机来实现。

4 数字化变电站带来的新问题

将各保护的程序移植到工作站上，必须做到各进程互不干涉。并且要有友好的定值输入界面。由于数据的高度共享，甚至可以实时获取到其它变电站的线路电流、阻抗等信息，所以保护功能可以相应扩充。以线路原本使用的距离保护为例，其缺点是不能在第一时限保护线路全长。在这里由于可以获得对侧端的信息，所以能够解决这个矛盾，实现全线路快速动作。随着时间推移，肯定会有很多新算法、新原理的保护程序出现。

数字化变电站打破了传统二次系统各专业界限和设备划分原则，供电部门也应该与时俱进，重新划分技术专业，新制定相应的检修方案。设备厂家也应相应调整，提供最合理的保护动作逻辑。

5 结语

以上是笔者在工作中的一些认识和建议。数字化变电站可以全面提高变电站的技术水平和运行管理水平。但是需要一次设备和通讯设备发展到一定水平才能实现。这可能是一个漫长的过程，但是在全体专业技术人员的不断探索下一定能够实现。

谭文恕.变电站通信网络和系统协议IEC61850介绍.电网技术,2001,25(9):7~9

曾美英.1974-，女，工程师.从事电力系统变电运行管理

黎永豪.1975-，男，高级工程师.从事电力系统继电保护运行管理

叶蓓.1978-，女，高级工程师.从事电力系统配网运行管理

On the substation automation to digital transition

Zeng Meiying，Li Yonghao，Ye Bei
(Guangdong Power Grid Corporation Foshan Power Supply Bureau,Foshan Guangdong,528200)

This article from the substation remote perspective of the author of the history of technological development on the current work of some of the feelings of integrated automation and envisages the development vision of digital substation.

Integrated automation;IEC61850；Digital Substation