数字化变电站设备技术功能与应用

摘 要

数字化变电站已经成为变电站建设的未来趋势，对其设备技术功能和应用展开研究，有助于快速推进数字化变电站建设和发展。基于此，本文首先分析了数字化变电站的设备技术功能，然后结合实际的案例分析了其具体应用，最后阐述了数字化变电站的建设效果，希望可以对业界相关人士起到一定参考作用。

【关键词】数字化变电站 设备技术 功能 应用

数字化变电站主要是由智能化一次设备和网络化二次设备按照一定的机理构建而成的，其基于IEC61850标准，可以实现变电站内部各个智能电器设备之间的互操作和信息共享，大大提升变电站的运转效率。数字化变电站所表现出的高性能、高可靠性、高安全性等优点，使其具备了广阔的发展前景，值得全面推行。

1 数字化变电站设备技术功能分析

1.1 合并单元

在数字化变电站中，合并单元是一个非常重要的模块，其能够实现对多路电子互感器输出信号的同步接收，然后依照固定的标准格式将其传输给测量设备、计量设备以及保护设备。在合并单元中，其具有同步功能模块、以太网模块、多路数据采集和处理模块这三个功能模块。外部的时钟信号从同步功能模块输入，然后同步功能可以直接发出采样命令，也可以将其传输给以太网模块，也可以将其传输给数据采集模块。多路A/D采样数据从多路数据采集和处理模块输入，经处理后输入以太网模块，然后传入以太网。

1.2 非常规互感器

从实际应用来说，非常规互感器主要有三种，一是GIS用电子式电流电压互感器，二是敞开式独立电子式电流电压互感器，三是低功率互感器。对于GIS用互感器而言，其一般每相设置两台，在开关断口处分别安装。在每一个互感器中，其都包含了两组相互独立的传感器和传感模块。而在每个传感器中，都具有空芯线圈、低功率铁芯线圈和电容分压器。对于敞开式互感器，其也是独立安装的传感器，其构成形式和GIS用传感器基本相同。

对于低功率传感器，其非常适合用于低电压电网，尤其是110kV以下。在电力系统中，在较长一段时间内都是使用大功率互感器对一次侧电流进行测量，由此将电流信号提供给保护设备或是计量设备。但是在电力系统电压等级不断升高的情况下，保护设备以及计量设备等逐渐实现微机化，大功率传感器在测量中表现出了诸多问题，如精度下降、故障识别出错等。而低功率互感器能够有效解决大功率互感器存在的不足，在220kV以下电网中能够表现出动态范围大、测量精度高、技术风险小等特点。所以，对于县级电网而言，变电站的数字化使用低功率互感器是良好的选择。此外，光学类传感器由于具备良好的绝缘性、灵敏性和系统线性，在数字化变电站中适用也较多。但是其容易受到温度、湿度和振动等因素影响，因此需要加强控制。

1.3 IEC61850标准及其测控设备

IEC61850是国际电工委员会制定的国际标准，也是数字化变电站构建的基础。该标准对变电站系统从上到下进行了系统分层，并对各个层次的功能进行了定义，同时对相应的对象进行了建模。对数据定义、命名以及设备的行为、自描述、通用语言等进行了规范和统一，使得变电站中不同设备实现共享和互通得以实现。在IEC61850标准下对旁路、电抗器、线路、母联、变压器、电容器等电气单位进行设计的时候，应该遵循面向对象的基本原则，即一个对象对应一个模块，凭借这一个模块，完成电气单位的控制、测量、通信、调节等全部功能的设计，并且将智能装置、电能表、保护、监控等融合起来，形成一个整体。对于IEC61850标准下的软件设计，应该采取分层分布式设计形式，对不同功能的组件分别进行设计，在具备“五遥”的基础上，还需实现更高级的功能配置。另外，IEC61850标准还规定了通信网络的标准——以太网，这就需要对交换机进行设计。在IECE61850中明确规定总线数据传输延迟应该控制在4ms以内，因此需要监控系统拥有2层以太网，一层是变电站总线，另一层是过程总线。

2 数字化变电站设备技术应用案例分析

下面以某县级变电站为例分析数字化变电站设备技术的实际应用。在该变电站中，为了实现数字化建设，在线路、旁路、母线、母联、主变压器等多处均设置了间隔，在互感器的选择上也是以光电性互感器为主，同时还选择了光纤电流互感器作为辅助。具体设备配置如表1所示。

除了上述的设备配置之外，该变电站还使用了GOOSE系统实现保护。由于220kV的保护间隔清晰，因此在网络总体结构上最好选择单星形网，通过出线、分段母联、主变、母间隔进行交换机的配置。需要注意，在主变和出线位置，交换机的安装主要是在主变保护屏和线路之上，对于母线可以单独组屏，对于母联可以设置两台交换机。在母联上，可以从两个GOOSE接口连接两套网络间隔交换机，如此就可以将原本的双GOOSE口利用起来，不需要再配置GOOSE口。图1所示就是220kV的过程层GOOSE系统。

从图中分析，在可靠性方面，系统结构为单星形，但是除了母差之外，另外的间隔之间是没有保护GOOSE联系的，这就使得交换机产生破坏不会影响到其他间隔的正常运转。在安全性方面，其检修措施简单方便，对系统扰动较小，扩建月较为便利。

3 数字化变电站的建设效果

根据上文所讲述的实例，该变电站在经过数字化改造之后的时间里，整个变电站产生了巨大的变化。

（1）在使用非常规互感器以后，以往存在的饱和及铁磁谐振问题得以彻底消除，这是因为利用非常规互感器替代传统电磁式传感器，从而消除了导致这些问题的相关因素，使得测量精度得到有效的保护。不仅如此，信号的传输都是通过数字量的形式进行，则大大提升了信号传输的抗干扰能力，使得系统电磁兼容性能得到大大提高，从而增强其可靠性。

（2）在数字化变电站中适用了大量的智能化一次设备，这就让传统的逻辑回路和继电器等电子元件被可编程序代替。同时，光电数字和光纤也代替了传统的控制电缆以及强电模拟信号，从而实现故障检测、诊断的自动化，提高了信息上传的效率，减少了检修停电的次数。

（3）计算机技术和信息技术的使用，有效减少了二次接线的复杂度和难度，变电站中的每组电气量信号经过合并单元打包后，可以从光缆实现数字信息的批量传输，大大简化了安装调试工作。

（4）设备的互操作和共享性提高，减少了重复设置等问题，大幅改善设备集成，提高了灵活性。

4 结束语

数字化变电站建设已经成为行业趋势，其中相关的设备技术功能较多，尤其是以合并单元、非常规互感器、IEC61850标准及其相关设备等都是其中重点。结合实际的变电站，在实践中还需运用GOOSE面对具体对象设置系统保护，确保变电站的数字化建设能够达到预期效果。

参考文献

[1]李鸿鹏.数字化变电站技术在天宁变电站的应用[D].北京：华北电力大学，2015.

[2]袁展图.220kV大朗数字化变电站改建工程[D].广州：华南理工大学，2014.

[3]李泽明.数字化变电站设备技术功能与应用[J].攀枝花学院学报，2011（03）：66-68+74.

作者简介

李建兵（1974-），男，大学本科学历。中共党员。于1993年5月参加工作，工程师职称。现为国网四川汉源县供电有限责任公司总经理兼党总支副书记。

作者单位

国网四川汉源县供电有限责任公司 四川省汉源县 625300