数字化变电站智能化改造关键技术研究

郑海涯 杨程 何承涛 杨万锦 钱程

摘 要：随着科技的发展，数字化变电站逐渐成为变电站技术发展的方向。数字化变电站的结构层次分明，自动化程度高，检修维护方便，因此将传统变电站改造为数字化变电站是当前研究的一个热点。本文针对数字化变电站智能化改造关键技术进行分析，研究了数字化变电站智能化改造过程中的问题。

关键词：数字化变电站;智能化改造;技术优势

全球资源、环境、经济等问题日益突出，需要用智能化的技术和手段来应对目前面临的各种挑战[1]。数字化变电站的实现具有非常深远的经济和技术价值，不仅可减少设备的检修时间和检修次数，综合提高设备的使用效率，还可以减少自动化设备的数量，简化二次接线，提高电力系统的可靠性，使设备具备互操作性，方便了设备的更新和维护。

1关键技术

1.1 智能化断路器

数字变电站使用了数字互感器，而常规的变电站使用传统的电磁互感器，前者输出的是数字量，而后者输出的是模拟量。智能和常规断路器的不同点是，在采取相应的操作之前，智能断路器会根据从上层接收到的操作指令，并结合其采集到的相关信息，依据一定的规则进行电网状态的判断，然后采取某些动作[2]。如图1所示，除了具体一二次设备的区别，数字变电站所采用的通信协议和传统变电站的也不一样，数字变电站的通信協议遵守 IEC61850 标准，通信的机制为 GOOSE，并且交换的信号是数字量而不是模拟量。智能断路器融合了新型传感器，可以有效地采集有关信息，与控制装置密切配合，在检测到异常信息时可以以报警的方式提醒工作人员，避免故障影响变电站的运行。

1.2 非常规互感器

电压、电流变换器是测量系统中的核心部分，根据不同的实现原理，可以将其分为多种类型。根据变换原理，非常规互感器可以分为有源和无源两种，下面分别进行分析。

（1）有源电子式互感器。有源电子式互感器包括电流式和电压式两种。电流式依据的是罗科夫斯基线圈原理，电压式依据的是电阻或者电容分压原理。

（2）无源电子式互感器。无源电子式互感器根据原理分为法拉第效应光学测量原理的电流互感器和普克尔效应和逆压电效应的电压互感器[3]。传统的无源互感器稳定性不好、制造工艺复杂、电路比较复杂，还没有形成大规模生产，只是处于预研阶段。光电式互感器的传感头部件的能量供应可以使用两种方式：激光发生器供能和感应电流供能。这两种方式可以根据需要进行切换。

1.3 合并单元（MU）

电子式互感器、一次设备、二次保护、测控和计量设备等变电站组件之间需要进行连接，连接所使用的单元就是合并单元。合并单元用来接收由一次设备传递过来的信息，并进行汇总处理，还可以依据二次设备的指令，输出信号和开关信号，也可以将二次设备的指令输出给一次设备。

1.4 IEC61850协议

IEC61850 协议是变电站的通信网络和系统的标准，为变电站内智能设备的信息交互行为提供了标准，该协议包含十个部分的内容。IEC61850 标准是国际电工委员会制定的，该协议基于最先进的技术，并且大量引入其他领域的相关技术和标准，综合了多个方面和领域的行业发展标准。IEC61850 标准将面向对象的建模思想贯彻于整个标准中，提出了一种全新的变电站自动化手段，使得系统的统一性、规范性大幅度提高，有利于系统的维护和拓展升级。

2 关键问题

在实施数字化变电站改造过程中，可以对变电站中一次设备的检测功能进行适当的改造，并且可以让其他高级功能辅助系统得到智能化改造。相应数字化变电站当中，对其进行智能化改造，可以保障已有过程层的数字化水平，同时保护网络挑战合闸，首先无需对其进行改造。在具体改造过程中，重点是进行智能高级应用，一次设备以及辅助设备等方面的智能化改造。对变电站实施一次性改造，其中存在的关键一次设备，可以将其添加到智能单位当中去，通过这种方式，对这一设备进行比较全面的分析。当分析结果满足DL/T 860 标准的服务后便进行上传，此后将其和相关系统之间进行互动。针对二次系统而言，在对其进行具体改造过程中，需在间隔层对设备进行优化和整合，针对二次接线网络进行相应的整合。并且针对站控层的功能、智能高级应用等实时相应的改造，要求其和常规性质的改造相同。

3 智能化改造后的优点

数字化变电站智能化改造后具有很多优点，具体如下：

1、IEC61850 协议所带来的优点：（1）通过网络来实现数据共享，避免了常规变电站智能设备之间的数据交互不便所带来的一些问题;（2）将信息打包成为一个整体进行传输，使得信息量更大、更全面，为全面数字化通信打下基础; （3）统一的协议为整个系统的无缝通信提供了有利条件，使得设备之间的互操作性大大提高，而且降低了调试的难度;（4）协议使得变电站的配置实现了标准化，对于确保调试过程中的安全性和可靠性提供了保障;

2、改造后的变电站采用光纤通信，不在使用电缆，为施工带来较大的便利;

3、信息交互平台是面向整个变电站系统的，可以为各个部分使用，避免传统变电站中的各个部分都有自己的信息平台的情况出现;

4、智能化的数字设备相对于传统的一次和二次设备，结构上更加紧凑，占用空间更小，传输的信息更加全面、高效;

5、数字化变电站的安装比较方便，调试也比较容易，可以较容易地实现在线检测和检修。

6、数字化变电站智能化改造后将大大降低成本。

4 结语

数字化变电站是目前我国电力企业积极进行实用化研究的重点领域之一，它可提高电网企业的经济效益和管理水平。因此我们要注重数字化变电站的智能化改造，进而提高电力系统的自动化水平和可靠性。

参考文献：

[1] 石磊. 数字化变电站保护调试[J]. 电工技术， 2009（04）：64-65.

[2] 张鸣帅， 吴雪龙， 申任邦. 浅谈智能化断路器的发展[J]. 城市建设理论研究：电子版， 2014（5）.

[3] 刘海锋， 李秦， 湾世伟. 无源电子式互感器研究与应用进展[C]// 全国保护和控制学术研讨会. 2013.