数字化变电站的主要特征和关键技术

李春花

（中国能源建设集团华中电力试验研究院有限公司，湖南 长沙 410000）

0 引 言

现阶段，传统的电力系统逐步向数字化转型。作为电力系统的重要组成部分，数字化变电站具有许多独有的特征，拥有诸多关键设备。数字化变电站利用先进的信息通信技术和自动化控制技术，实现传统变电站的全面数字化和智能化升级，以替代传统的模拟控制和人工操作为目标，将变电站的监测、保护、控制以及通信等功能集成在一起，实现对电力系统的高效管理和运行控制。

1 数字化变电站的主要特征

1.1 全面数字化

全面数字化是数字化变电站的重要特征，指的是实现传统变电站各个环节全面的数字化转型，包括数据采集、处理、传输和存储。在全面数字化变电站中，传感器采集的数据以数字形式进行处理和传输。传感器可以实时监测变电站各个设备的状态、电流、电压、温度等参数，并将这些数据以数字信号的形式传输给控制系统。数字化的数据传输方式具有更高的准确性和稳定性，能够减少数据传输的误差和干扰。数字化变电站利用先进的数字信号处理技术处理和分析采集的数据，实现对数据的高速处理、精确计算以及实时监测[1]。

此外，数字化变电站采用数字通信技术进行数据的传输和交流。各传感器之间以及与监控中心之间的通信都采用数字化方式，通过网络实现数据的远程传输和共享。全面数字化的变电站采用数字化的数据存储方式，将采集的数据以数字形式进行存储和管理。数字化的数据存储方式能够提供更大的存储容量和更高的数据可靠性，方便工作人员回溯和分析历史数据。

1.2 智能化控制

智能化控制会引入先进的自动化控制技术，实现对电力系统的智能化控制和自动化操作。智能化控制的数字化变电站采用了智能保护装置、自动化开关设备和监测装置等先进的控制装置。这些装置具备高度的智能化和自适应性能，能够实时监测和控制电力系统的各个设备与过程。智能保护装置是智能化控制的关键组成部分，能够实时监测电力系统，并对系统中出现的故障和异常情况进行快速判断与保护响应。智能保护装置具备高速、高精度的测量和计算能力，能够准确检测和识别故障信号，并快速响应，保护电力系统安全运行。自动化开关设备能够根据系统的运行状态和控制策略自动进行开关操作，实现对电力系统的快速、准确控制。自动化开关设备可以根据设定的逻辑和条件自动切换电路的连接和断开，以实现对电力系统的稳定控制及优化运行。此外，智能化监测技术被用于实时监测电力系统中各个设备和环节的状态和参数，是智能化控制的重要环节。监测装置能够采集大量数据，并将这些数据传输给监控中心进行分析和处理。

1.3 高效通信互联

在数字化变电站中，内部设备之间的通信是关键环节。传感器、保护装置、监测装置等设备需要进行实时的数据交换和信息传递。为了实现高效的内部通信，数字化变电站采用了各种通信技术。此外，数字化变电站与外部系统进行通信和互联，如电力公司、监控中心。通过建立稳定可靠的通信网络，数字化变电站可以实现与外部系统的远程监控、数据共享以及协调控制，有助于实时监测和管理变电站的运行状态，及时调整和优化电力系统的运行情况。

1.4 数据管理与分析

在数字化变电站中，通过各种传感器、监测装置和保护装置实时采集大量数据。这些数据是对变电站运行状态和设备性能的重要反映，需要进行有效的管理和分析。数据管理涉及对采集的数据进行整理、存储以及管理。数字化变电站使用先进的数据库技术，对数据进行分类、归档和存储，之后通过合理的数据结构和组织方式，方便检索和回溯历史数据，为后续的数据分析和应用提供支持。数据分析是对采集的数据进行深入挖掘和分析的过程。数字化变电站通过应用数据分析技术，对数据进行趋势分析、异常检测、统计分析，以发现数据中的规律和异常情况。数据分析的目的是提取有价值的信息，评估和预测电力系统的运行状态及设备的健康状况。

1.5 自动化操作和监测

自动化操作通过自动化控制系统和自动化装置，实现对变电站设备的操作与控制。自动化开关设备、智能保护装置等能够根据设定的逻辑和条件，自动进行开关操作、保护动作和设备状态调整，减少了人为操作的需求，提高了操作的准确性和效率，同时降低了操作人员的工作负担和操作风险。自动化监测是实时监测变电站设备和过程的重要手段。通过监测装置和传感器，可以实时采集变电站各个设备和各个环节的数据，并将这些数据传输给监控中心进行实时监测和分析。自动化监测系统能够及时发现设备的异常状态、故障和风险，并发送报警信号，提供及时的故障诊断和维护指导[2]。

2 数字化变电站的关键技术

2.1 电子互感器及其接口技术

电子互感器及其接口技术对于实现变电站的智能化和数字化起着至关重要的作用。电子互感器作为一种新型传感器，与传统互感器相比，具有体积小、重量轻、抗干扰能力强以及宽频响应的特点，在数字化变电站中得到了广泛应用。电子互感器通过采用先进的传感、采样和数字化技术，实现了对电气量的高精度、高速度测量，并能够有效与数字化设备进行连接，从而实现对变电站中电气量的实时准确监测。这一技术的应用不仅提高了变电站的运行安全性和可靠性，而且为变电站的自动化和远程控制提供了有力支持。接口技术确保了电子互感器与各类数字设备之间的高效、稳定连接，使得数据传输更加迅速可靠。电子互感器的接口技术采用高速、高带宽的通信手段，充分保证了数据的实时性和准确性，为变电站的实时监控与控制奠定了基础。数字化变电站中电子互感器及其接口技术的应用，使得系统结构更加简化，系统集成度也更高。这不仅减轻了变电站的设备负担，降低了运行和维护成本，还为变电站的未来发展提供了广阔空间。同时，电子互感器通过对电气量的数字化测量，为大数据分析和云计算等前沿技术在变电站中的应用开拓了新路径，推动了变电站技术的进一步发展。

2.2 智能断路器技术

智能断路器不仅继承了传统断路器在电气系统中切断和接通负荷电流、短路电流的基本功能，还通过集成微电子技术、传感技术、通信技术实现了对断路器状态的实时监测、故障诊断以及远程控制。智能断路器技术具备自我诊断和通信功能，能够实时采集电流、电压、温度等运行参数。通过分析采集的参数，智能断路器能够实时评估设备的健康状态，预测潜在故障，从而实现预防性维护，显著提高电力系统的运行可靠性和安全性。通过与控制中心的通信连接，智能断路器能够实现远程控制和故障定位，大大缩短了故障检修时间，提高了电力系统的供电可靠性。此外，智能断路器通过内置的微处理器和传感器，能够实现更精确的保护设置和更灵敏的故障检测。这不仅有助于减少故障设备对电力系统的影响，还有助于防止因误动作导致的不必要服务中断。在传统断路器无法满足现代电力系统对可靠性和灵活性要求的背景下，智能断路器技术展现出了巨大的应用优势。此外，智能断路器技术具有优秀的自适应性和扩展性，能够根据电力系统的实际需求灵活配置保护和控制策略，实现与其他智能设备的无缝集成，为构建高度集成、高度自动化的数字化变电站提供了坚实基础[3]。

2.3 计算机网络技术

数字化变电站在提升电网运营效能和实现智能管理的过程中，依赖先进的计算机网络技术，为实时数据交互、设备控制以及信息整合提供了重要支撑。计算机网络技术在数字化变电站中的应用，突显了其在集成性、实时性以及稳定性方面的显著优势，推动变电站管理向着更高效、更智能的方向发展。计算机网络技术首先确保了数字化变电站中各类设备、系统之间的高效沟通与协同工作，通过高速、稳定的数据传输网络，实时采集与传递各类运行数据和状态信息，为变电站的实时监控、故障检测和预防性维护提供强有力的技术支持。随着云计算、大数据等先进技术的发展，计算机网络技术在数字化变电站中的应用日趋深化，使得变电站能够依托云端资源进行数据存储和计算，不仅极大地提高了数据处理效率，也为大规模数据分析提供了可能。这种深度数据分析有助于揭示设备运行状态，优化运营策略，显著提高了电网的可靠性和稳定性。同时，计算机网络技术通过引入网络安全防护措施，确保了数字化变电站中数据传输的安全性和可靠性。高强度的加密算法、多层次的身份验证以及实时的入侵检测等技术手段，全方位保护着变电站的数据安全，防范着各类网络安全风险，对于维护国家电力安全具有重要意义。

3 提升数字化变电站关键技术的主要策略

3.1 持续创新和研发

变电站的工作人员需要保持对技术前沿的关注，跟踪新兴技术和领域的发展趋势。与研究机构、高校、行业专家合作，开展前瞻性研究，探索新的技术应用和解决方案。领导层可以在变电站内部建立创新实验室和专门的研发团队，注重技术创新和新产品研发。通过内部研发、合作研究或并购等方式，不断引入新的技术和知识，提升关键技术的竞争力。政府要加大对创新和研发的投资支持，为关键技术的研究和开发提供充足的资金保障，也可以建立创新基金、科研项目等资金支持机制，鼓励企业和研究机构积极投入创新与研发领域。此外，在加大技术研发的过程中，要注重知识产权的保护和管理，确保创新成果的合法权益。新技术要申请专利、商标等知识产权，加强技术秘密保护，防止技术被侵权或泄露。

3.2 人才培养和知识共享

建设高质量的数字化变电站，需要制定全面的人才培养计划。数字化变电站可以制定水平较高的人才准入制度，选用高质量的数字人才进入变电站工作[4]。在实际工作过程中，相关单位需要建立完善的奖励晋升机制，防止人才流失。在数字化变电站建设过程中，还可以建立内部的知识共享平台，用于员工之间的知识分享和经验交流，通过内部培训、技术讲座以及团队会议等形式，促进知识的传递和共享。同时，鼓励员工参加行业内的技术交流和学术会议，获取行业最新的技术动态和知识。

3.3 实施示范工程和推广应用

变电站的工作人员可以选择具有代表性和示范意义的数字化变电站项目作为示范工程，在示范工程中全面实施关键技术，从前期规划、设计到建设、投运，确保关键技术在整个流程中得到充分应用和验证，注重实际运行效果和数据分析，收集示范工程的运行数据和经验，之后宣传和推广示范工程的成果[5]。通过技术论坛、展览会、专业媒体等多种渠道，向行业内外进行广泛宣传，分享示范工程的成功经验和技术优势，吸引更多的利益相关方参与和应用关键技术。根据示范工程的实践经验，在变电站内部制定关键技术的应用指南和标准，包括技术实施指南、运维管理手册，提供应用方案和操作指导，帮助其他变电站项目应用和推广关键技术。

4 结 论

数字化变电站的主要特征是全面数字化、智能化控制、高效通信互联、数据管理与分析、自动化操作和监测，使得数字化变电站具备更高的运行效率、可靠性和安全性。数字化变电站的关键技术是保证变电站稳定运行的基础。通过实施关键技术，有助于实现对变电站设备的精确控制、实时监测以及智能管理。然而，数字化变电站的建设和应用仍面临一些挑战，但随着新兴技术的应用和人才制度的完善，可以推动数字化变电站关键技术发展，进而推动电力行业迈向更加高效、智能和可持续的未来。