数字化变电站方案设计探讨

吴燕子

（南京国联电力工程设计有限公司，江苏 南京 210000）

新能源发电电源分散，发电量也不均衡。要想平衡电网供需，保障电力供应稳定，输电方向需要由单向向多向发展。电网要想奔向未来，既需要给力的电力基础设施，也需要给力的运营方式。在发输配储用的电力价值链上，处处都需要智能化、数字化的监控、通讯和控制系统保证电网的可靠运行。变电站于电网，仿佛关节于骨骼、穴位于经络。因此，要构建数字化的未来电网，就要建立起数字化变电站。

1 数字化变电站概述

1．1 数字化变电站的概念

根据DL/T860标准，数字化变电站的主要组成部分，包括间隔层、站控层以及过程层这三个部分。同时，在数据建模以及通信服务协议选择过程中，所使用到的模式为DL/T860模式，同时，在数字化变电站建设过程中，主要应用了一部分具有数字化接口的电子式互感器等智能设备。除此之外，为了能够实现变电站控制命令、监测信号以及保护跳闸命令的数据的采集、传送以及分析处理和之后的数据共享等一系列数据处理流程，从而能够使得变电站具备智能化功能、程序化操作以及网络化二次功能先进功能。

1．2 与传统变电站的区别

（1）过程层。包括电子式互感器、智能终端及合并单元等设备，从而能够及时地收集以及综合处理一次信息，并且将这些信息完成转换以及数字化合并。

（2）电子式互感器。电子式传输器的主要组成部分包括连接到二次转换器以及传输系统中的一个或者是多个电流传感器或者是电压传感器，通过应用该电子式互感器，能够将被测量的能量直接传输给测量仪表、测量仪器以及继电保护以及继电控制装置。

（3）合并单元。合并单元的主要功能是直接将经过转化得来的电流及电压数据进行合成。

（4）智能终端。指的是就近安装系统设备，从而能够采集、传输、综合分析处理及控制信息的一项智能化电子装置。

（5）GOOSE。无论状态如何发生变化，GOOSE智能电子设备都能够借助之前所得到的电话报告，多播一个高速二进制对象——通用面向对象的变电站事件报告。

（6）IEC61850标准。IEC61850是国际电工委员会（IEC）TC57工作组指定的《变电站通信网络和系统》系列标准。通过该标准电网，工作人员就能够在工作过程中遵从该标准所规定的设备行为、数据定义、数据命名、设备的通用配置语言以及设备的自描述特性。通过规范这一类标准，能够方便不同电网工作人员工作的交接，使得各个智能电器设备之间能够实现互操作以及信息共享。通过这些操作式的保护装置以及测控装置的通信接口以及模型区域规范化，同时，还进一步定义了智能化开光以及电子式CT、PT等一次设备的通信接口和模型。

1．3 数字化变电站的特点和优势

与传统的变电站相比，基于IEC61850标准的数字化变电站拥有数字化的CT、VT、二次设备和开关设备，从而能够在通信协议上实现无限衔接，并且使得实时数据传输功能更为优先，保证所进程的数字化变电站能够实现数据共享，同时，共享的数据及信息较为全面，并且较为经验，也方便之后的安装、运行、后续的维护以及升级等一系列操作，同时，在具备相同格式的底层数据上，还能够在更进一步降低设备需要投入的成本的基础上，提供给使用者以更先进的应用功能。此外，由于使用少量光纤代替大量电缆，可以充分简化二次接线。数字信号和处理无附加误差，可以提升测量的精度。二次设备具有小型化、标准化、集成化的特点，可以灵活布置，从而减少变电站集控室的面积。

2 数字化变电站设计方案

2．1 数字化变电站系统的基本架构

（1）站控层。站控层主要是保信子站网络通信记录分析系统、五防子系统、操作员工作站、主机、卫星过时系统和其他智能设备接口设备、运动通信装置组成。站控层能够将全部工作站中采集并传输的数据信息直接搜集，同时将这些信息输入数据库中定时刷新，这些进入数据库中的数据，之后将会转入历史数据记录库中；通过站控层，传输而来的有关信息及数据还能够直接传输到调度端，同时，还能在电网的命令下达或者是控制中心控制指令发出以后，按照顺序下发到间隔层以及过程层执行。同时，站控层还能够控制全站的操作闭锁控制，能够在站内进行实时监控以及实现人机互联。除此之外，站控层还具有在线的维护过程层以及间隔层等二次设备，对有关的电网参数进行修改等一系列功能。

（2）间隔层。间隔层主要由测控装置、计量装置、保护测绘一体化装置、稳定控制装置以及保护装置等共同组成。而间隔层的主要工作是通过汇集实时的数据信息，从而完成系统的自动控制、保护功能以及逻辑控制功能，同时，对这些功能进行运算判别以及发布信号。除此之外，间隔层还能够在连锁以及闭锁和相关同期功能进行过程中进行判别。此外，间隔层还能够直接在站控层以及过程层之间实现网络通信。

（3）过程层。过程层主要负责监测设备的运行状态及电气量的采集，同时，执行控制命令等一系列操作。是由电子互感器、合并单元和智能终端构成。

2．2 数字化变电站设计的关键技术

（1）非常规互感器技术。在电力系统中，互感器能够实现电能的计量、测量、控制以及保护等一系列操作，同时，还能够为以上操作提供一定的电压信号或者是电流信号。也因此，非常规护感器的可靠性以及精度直接同整个电力系统运行过程中的稳定性、安全性以及经济性等相关联，非常规护感器是电力系统当中的一项重要设备。目前，电力系统测量电流或电压主要采用的是传统电磁式互感器，它具有类似于变压器的结构。随着我国电网已经将原来的220KV的骨干电网提高到了500KV，电压等级不断提高，传统的互感器也暴露出来一系列问题。其中，一方面电磁式互感器具备较为复杂的绝缘结构，除此之外，又因为其工程造价过高，重量以及体积也在随着性能的增加而增加，支撑结构也在趋于复杂。

（2）智能断路器技术。断路器在变电站中作为必不可少的设备，其主要是通过断路器的操作，实现事故快速隔离保障以及正常操作之间的转变。在数字化变电站中，重要应用的是智能断路器设备，在设备中所配备的断路器具备较高性能，同时，其控制设备的性能也比较高。除此之外，其还另外配备有传感器、电子设备以及执行器，智能断路器设备能够进行断路器的所有操作。而在此基础上，智能断路器还能够实现其余的附加操作，而这一系列附加操作及功能能够应用于变电站的监测以及诊断等方面，智能断路器的主要功能有：①实现重合闸的智能操作；②分合闸相角控制，实现断路器选相合闸和同步分断。

（3）通信网络技术。通信网络系统作为数字化变电站中的一项重要组成部分，整个网络系统的安全可靠以及实时性直接同整个数字化变电站系统的可用性相关联，也因此，要想提高通信网络的可靠性，则必须先具备有较高可靠性的网络拓扑结构以及冗余技术。数字化变电站网络通信技术主要应用于交换机、集线器、服务器、以太网接口以及路由器等多项组成部分，而其中作为一种结构较为简单的多端口装置，集线器当中的某一端口如果接收到信息，将会将该信息传输给其余的端口。同时，要想坚持这多个端口中的数据，并且判断数据的属性，则需要借由智能多路交换机这一装置实行。而如果各个端口所传出的数据及数据包信息并不完整，那么，交换机就会忽略这一数据，并不再广播，反之，如果数据包完整并且能解释，那么，交换机就会根据该数据包的地址信息，将其广播到另一个端口中。两个网络要想连接到一起，必须由路由器来实现，就能够将路由器的网络通信状况设置为忽略内断网状态，从而能够直接地向互联网通信传输的预期网址。通过使用通信网络技术，能够将网络从原本的被保护，转变为如今具有开放性的自由边界的网络环境中独立出来，从而使得通信网络能够成为一种能够被管理器控制的具备较高安全性的内部网络。

3 结语

总的来说，数字化变电站使设备更加简约、更高效率、更可靠、更易操作和管理，降低了变电站的建设和维护成本，也使电网更加安全、高效、可靠和可预测。长远来看，变电站自动化技术未来的发展方向以及发展趋势则必然朝着数字化的方向发展，而数字化作为发展过程中应用的一种手段，就需要在数字化变电站的设计及建造过程中，从生产角度考虑，判断数字化变电站设计以及建设在技术以及管理上是否能够完成，从而积极探索正确方向并稳妥推进建设流程。