对数字化变电站关键技术的几点思考

付伟

摘 要：随着变电站自动化程度的逐渐提升，数字化变电站技术也得到了有效发展。数字化变电站即将变电站的信息收集、处理等环节均实现数字化。此项技术涉及到多个层次和多个方面的技术革新，因此，其发展过程具有长期性。文章主要探讨数字化变电站的若干关键技术。

关键词：数字化；关键技术；变电站

数字化变电站属于不断发展的概念，是一种现代化的变电站。目前主要是基于IEC61850通信规范标准之上，由智能化一次设备、电子式互感器以及网络化二次设备分层组成，能让智能设备间的相互操作和信息共享得以实现。作为数字化电力系统的关键信息来源，分析数字化变电站的关键技术显得尤为重要与迫切。

1 数字化变电站特点

现目前，数字化变电站的特点可以归纳为以下四个：一是层次化，鉴于数字化变电站各设备的功能不一样，其结构逻辑主要由过程层、间隔层和变电站层构成；二是一次设备智能化，可编程控制器能代替变电站二次回路里的继电器和与之配套的逻辑回路，当前变电站普通的控制线路以及模拟信号将会被光电数字与光纤替代；三是二次设备网络化，变电站二次设备未设置功能装置的重复输出及出入接口，仅有网络能有效实现数据和资源信息的共享，普通功能装置也会逐渐被逻辑性功能模块替代；四是运行管理自动化，变电站日常运行维护以及数据记录能实现无纸化办公以及自动化信息分流叫魂，倘若变电站出现故障，就能第一时间判定出故障原因并给出故障维修方案，而且还能自动给出相关故障检测报告。

2 数字化变电站的关键技术

2.1 IEC61850标准体系

IEC61850标准作为新型的变电站通行网络以及系统协议，适用于变电站自动化系统和分层智能电子装置。此标准采用的是基于XML之上的变电站配置描述语言描述变电站自动化系统和一次设备两者间的关系。每种设备都要以此标准为基础，提供一份配套的配置文件，并使用统一的系统配置工具使其实现工程化。IEC61850标准的终极目的就是要规定要求并给出配套框架实现各类供应商给出的智能电子设备间的相互操作性[1]。

2.2 电子式互感器

电子式互感器体系小、重量轻，由绝缘支柱、传感器头及光缆构成；高低压部分经由光线连接；没有磁饱和，但具有范围宽、暂态特性好、频率响应准确率高的优点；没有传统二次负荷的概念；数字信号是通过光纤传输，抗EMI性能和数据可靠性都得到一定提升；高低压部分光电隔离有效防止了电压互感器二次短路和电流互感器二次开路可能造成的各种安全问题；传统互感器的SF6或是油用绝缘脂替代，避免出现渗漏现象。此外，电子式互感器还能直接给出各种故障信息，如断路故障，二次设备接收到这些故障信息后就能实施闭锁保护，具有完善的自检功能，如果有电子式互感器或是通讯故障问题，保护装置会因为错误标示或是未收到校验码正确数据而判定互感器出现故障，电子式互感器输出严格依照IEC61850标准。

2.3 信息合并單元

信息合并单元的主要作用就是把各个电流互感器和电压互感器传回的数据进行实时打包处理，根据IEC61850标准严格输出数据，为保护、测控、母差等有关装置提供数据支撑。每个装置配备一根光缆，每根光缆能提供多个信号。IEC61850标准对电子式电压互感器等逻辑节点进行了定义，在电子式电流互感器/电压互感器接口中，信息合并单元属于重要组成部分，与二次设备接口进行串行单项多路点对点连接[2]。此外，信息合并单元收集到的多路电压及电流信号都有清晰的定义，都是经由编码格式把收集到的信息帧及时传输给二次保护设备以及控制设备。

2.4 智能化一次设备

具备智能操作作用的断路器主要有三部分构成：一是数据采集装置，此装置的主要设备是新型传感器，能随时将电网数据通过数字信号的形式进行传递；二是智能识别装置，此装置是智能控制单元的中心，能有效结合收集到的电网信息以及主控室提供的操作信号，自动判别操作时电网的实际工作状态，结合断路器仿真分析结果归纳出最佳的分合闸运动特性，第一时间传递调节信息给执行机构，执行机构接收到调节信息后对其展开调节，然后再发出分合闸信号；三是执行装置，此装置由接收定量控制信息的部件以及驱动执行器组成，能科学、合理调整操动机构的参数，能合理改变每次操作的运动特性。

2.5 继电保护配置

继电保护配置主要是研究怎样在数字化基础上，有效体现变电站的二次设备冗余配置原则，具体需要考虑以下四方面：一是电子化感器二次侧的冗余，电子互感器二次侧经由采集器实现模拟量到数字量的转变，要保证可靠性，应多配置几个二次侧采集器，如配置三个二次侧，其中两个作为保护装置分别服务第一和第二套保护，第三个作为计量系统。二是智能操作箱的冗余，每个间隔配置两个智能操作箱，分别服务于第一和第二套保护，倘若要单独配置测控装置，那么第一套智能操作箱还应服务测控装置。三是过程层交换机的冗余，过程交换机的主要作用是传输模拟量SV以及状态量GOOSE，过程层有很多种组网方式，但所有组网方式都要以冗余原则为基础，换言之，服务于第一套保护装置的网络和服务于第二套保护装置的网络两者间要独立开来。四是间隔层保护装置的冗余，仍然坚持已有的保护装置冗余配置原则，如超过220kV的电压等级，应配置双套母线保护、双套线路保护以及双套变压器保护等。

2.6 数字化变电站自动化系统结构

数字化变电站自动化系统主要由三部分构成，一是站控层，二是间隔层，三是过程层。各层之间借助过程总线（处理间隔层装置和智能化一次设备）和站级总线（解决变电层装置与间隔层装置之间的通信问题）实现通信连接。其中，过程层是一次设备和二次设备的结合面，具有在线监测并统计运行过程中电气一次设备的具体状态参数，如上送断路器等有关工作数据；实施并驱动远程控制以及有关操作命令。间隔层的作用就是收集并整理本间隔的实时数据信息，进行实施控制与保护，同时还能实现有关控制闭锁以及间隔级信息与同期操作之间的人机交互。最后变电站层是以两级高速网络归纳的全站实时数据信息为基础，不间断地更新实时数据库，把有价值的数据信息第一时间传递给电网调度中心或是控制中心，同时接收中心的有关控制命令并及时传递给间隔层和过程层。除此之外，变电站层还有人机联系、站内当地监控等作用[3]。

3 结束语

综上，在信息网络时代，数字化变电站是必然发展趋势，在数字化变电站发展过程中，必须要掌握其特点以及各种关键性技术，才能从容应对各类问题。现目前，国内数字化变电站的研究与建设仍然不够成熟和稳定，需要不断探索和实践，尤其是电子式互感器、智能断路器技术等数字化变电站关键技术与设备仍处于初级发展阶段，需要更多理论研究与实践经验做支撑。

参考文献

[1]申涛，包 ，赵玉成等.数字化变电站的关键技术与工程实现[J].电测与仪表，2010（S2）：40-43.

[2]陈明.数字化变电站关键技术及未来展望[J].中国电力教育：下，2011（2）：120-121.

[3]张勇平.数字化变电站若干关键基础研究[D].华北电力大学，2009.