数字化变电站设备技术功能与应用研究

汤东儒

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201722057

摘要：智能电气设备的发展促使变电站自动化设备进入数字化、自动化发展新阶段。本文以数字变电站设备与研究现状分析作为出发点，探讨了数字化变电站关键设备的技术特点，以期为建设数字化变电站提高设备运行效率提供一些参考和意见。

关键词：数字化；变电站；智能设备；技术特点；制造应用

随着科学技术的不断发展和网络通信技术发展脚步的加快，对变电站设备运行的安全性和稳定性要求逐渐提高。对于未来变电站发展方向和趋势而言，主要以智能化设备和网络设备为主。尤其是IEC61850标准的出现，对数字化变电站站控层、过程层的自动化要求更高。对于加快传统变电站发展步伐具有积极意义。

一、数字变电站现状分析

相对我国数字变电站研究情况而言，国外诸多国家最先对IEC61850标准的应用和研究进行了研究与分析。相关研究人员结合IEC61850标准制定了相关示范工程执行方案。除此之外，国外厂商针对IEC61850和相应示范工程标准，开发和研究了相关智能电子设备，这些设备符合IEC61850标准。这些智能电子设备不仅符合IEC61850制定的标准与要求，还安装有保护装置，比如智能断电器、光PT等。从标准制定初期和智能设备研究取得初步成效时，就有国内外大型公司开始引入这项先进技术和设备，开始展开设备互操作实验活动。

中国市场开始关注和研究IEC61850是在2001年。在这一时期，中国电力科学研究院和国内的各大电力设备制造商从国外引进IEC61850标准，并对其进行翻译。目前，已经出版了多个标准正式版。

随着社会经济的快速发展以及世界各国之间的联系逐步加强，我国无论是在智能设备研究方面还是在数字化变电站设备研究方面，其研究水平不斷提升，且取得了一定的成果。比如光电互感器，已经通过鉴定和实践。

二、 技术特点分析

（一） 非常规互感器

非常规互感器主要包括两种类型：第一，有源电子式互感器。其二，无源光学式互感器。前者主要借助电磁感应技术的支撑，无论是检测信号还是检测电阻、电容量，都是以电磁感应原理作为理论研究基础。对于电流互感器一般是采用罗柯夫斯基线圈。

有源电子式互感器的特点是：抗干扰能力强、绝缘性能好、电压互感器体积小、成本低等。这种技术主要是建立在传统互感器原理基础之上，通过分析光纤系统结构和特点，提高了互感器的稳定性。

无源光学式互感器的特点是：系统结构不复杂、结构灵活、线路运行的安全性较高、绝缘性能高等。但是这种互感器容易在高温环境下影响其稳定性。究其原因是温度是影响光纤稳定性、晶体精度的关键因素。因此在对晶体进行加工时，要着重注意外界温度的影响。由此可见，在光学互感器实践中，要想进一步满足产品实用化和产品化要求，需要着重关注产品长期运行中的稳定性问题。

根据内部结构特点可以将无源光学式互感器分为磁光玻璃型和全光纤型互感器。前者具有操作程序简单、技术要求低、稳定性较好等优点，但是这种互感器的内部结构较为复杂，在长期运行中容易受外界环境因素的变化，抗振能力差。另外，磁光玻璃型互感器的光学元件间主要是借用光学胶粘结而成，因此在加工制作方面会花费工作人员大量的时间，且元件加工具有一定的难度。后者无需加工光学元件，无分立元件，内部结构简单，不易受外界环境因素的影响，抗振能力相对要强。光纤直接用焊接设备进行熔接，在长期运行中的稳定性较好。但是这种互感器的技术难度大，原理复杂。

（二） 基于IEC61850标准的测控设备

在测控系统中，其设计原则是面向对象原则。所谓面向对象是在测控系统设计过程中，以面向对象的线路、电容器等电器安装单位。换而言之，测控设计特点是“一对一”服务。一个模块在测控系统中的功能与作用是完成电器设备的安装。使各种保护系统和智能装置在数据传输层面上保持一致性，并借此作为一个模块的基本单元组成。各个模块在原则上是相互独立，互不影响，但是各个模块中的单元成分处于一种相辅相成的关系。以基本单元作为研究对象，不仅可以提高系统的运行效率，还可以提高整个系统的安全性和稳定性。

（三） 以太网交换机

变电站自动化系统包括光纤系统和基本通信网络系统，以网络作为变电站自动化网络通信系统的设备之一。因此变电站自动化系统的建设与管理要以以太网交换机作为关键部件。根据IEC61850规定要求，对于变电站系统而言，其总线数据传输延迟时间不得小于4ms。以这个标准作为依据，未来计算机监控系统会对太网系统进行改造，传统的计算机监控系统是以一层以太网系统作为关键部件，未来将会由一层太网系统改造成两层太网系统。第一层作为变电站总线，采用100MBps交换机作为相关要求。过程总线穿插在第二层。根据IEC61850规则要求，需要把过程总线分成两个网络结构处理庞大的数据信息。一是IEC6185091，用来保护系统和设备的安全性。

三、结语

实现变电站的数字化改造和自动化改造是一项艰巨的任务。相较于国外发达国家而言，我国对于变电站的数字化设备研究和技术还不够成熟，从真正意义上实现数字化产品只是占一小部分。这就需要引入国外先进理论和相关技术，从真正意义上为建设智能变电站奠定坚实的基础。

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