数字化变电站关键技术应用研究

刘小彩

LIU Xiao-cai

（郑州电力高等专科学校，郑州 450004）

0 引言

数字化变电站就是变电站内一次电气设备和二次电子装置均实现数字化通信，并具有全站统一的数据建模及数据通信平台，在此平台的基础上实现智能装置之间的互操作性。数字化变电站的系统结构继承并发展了分层分布式变电站结构的特点，同时随着电子式互感器、智能开关技术的应用，使得数字化变电站的系统结构又有了不同于常规变电站的革命性变化。本文根据电网技术发展的特点，阐述作为数字化电网基础的数字化变电站的关键技术应用问题。

1 数字化变电站具有的主要特点

1.1 数字化的数据采集系统

采用如光电式或电子式互感器的数字化电气量测系统采集变电站电流、电压等电气量，不仅实现了一、二次系统的电气隔离，而且增大了电气量的动态测量范围和测量精度，为信息集成化应用提供了保障[1]。变电站系统应是全部数字化实现和集成。

1.2 智能化的一次设备

一次设备被检测的信号回路和被控制的操作驱动回路采用微处理器和光电技术设计，简化了常规机电式继电器及控制回路的结构，数字程控器及数字公共信号网络取代传统的导线连接。使用智能的一次设备，应使传统的设备均应具备智能接口，变电站内各个设备采用统一的IEC61850标准，实现设备的互操作性。

1.3 分层分布分散的系统结构

数字化变电站自动化系统的结构在物理上可分为两类，即智能化的一次设备和网络化的二次设备；系统采用成熟的网络通信技术和开放式互连规约，能够更完整地记录设备信息并显著地提高系统的响应速度。依据电力系统IEC61850标准体系的建模标准[2]，在逻辑结构上可分为过程层、间隔层、站控层的三层结构模型，各层次内部及层次之间采用高速网络通信。

1.4 网络化的信息通信技术

采用现代通信技术，使用通信媒介替代传统的电缆，分层组网使变电站层次结构关系得以简化，降低二次系统的复杂性。变电站内的二次设备全部基于标准化、模块化的微处理机设计制造，设备之间的连接全部采用高速的网络通信，通过网络真正实现数据共享、资源共享[3]。利用网络通信技术，实现跨变电站，区域电网的保护和自动协调控制。

1.5 设备实现状态检修

在数字化变电站中，可以有效地获取电网运行状态数据以及各种IED装置的故障和动作信息，实现对操作及信号回路状态的有效监视。设备检修策略可以从常规变电站设备的“定期检修”变成“状态检修”，从而大大提高系统的可用性。

1.6 自动化的运行管理技术

变电站运行管理自动化技术包括电力生产运行数据、状态记录统计无纸化；数据信息分层、分流交换自动化；变电站运行发生故障时能及时提供故障分析报告，提出故障处理意见；智能化一次设备可直接处理设备信息并独立执行本地功能，具有自检功能，发现缺陷时能及时报警；系统能自动发出变电站设备检修报告.新型高压断路器二次系统是采用微机、电力电子技术和新型传感器建立起来的，如ABB公司的PASS和SIEMENS 公司的HIS等。

2 数字化变电站的技术应用情况

2.1 光电/电子式互感器的问题。

目前光电/电子式互感器的产品可选型号相对较少，部分高电压等级的电流互感器变比较大，不能满足现场运行需要。只能在合并器上采用软件的方法修改变比，使得TA的输出精度可能无法满足要求，给变电站的计量、保护都带来一定的负面影响。同时由于光电/电子式互感器本身的结构特点和工作方式，导致互感器的角差、比差现场试验难以进行，甚至极性试验也无法开展，只能等到设备投运带电后，才能检验接线的准确性。这都需要设备厂家和运行主管单位专门制定。

2.2 数字化电气测量系统的稳定性问题

数字化电气测量系统的稳定性对于数字化变电站至关重要。其中主要是非常规互感器，非常规互感器中包含的光电传感器和光纤二次回路通信网络的可靠性、稳定性直接关系到数字化变电站数据采集的稳定性。互感器存在测量精度不稳定且有偏差的问题，这是由于线性双折射现象及发光源器件发光强度下降、光传输环节引起偏振角变化和不同材料的维尔德常数受外界温度的影响也不同等因素造成的[6]要减小磁光材料或者晶体自身的双折射以及环境气候等的影响，必须对造成传感头误差的各种因素进行分析并研究减小其影响的办法。

2.3 系统的网络选型问题

全数字化的系统中信息的采样、保护算法与控制命令的形成，是由网络上多个CPU协同完成的。如何控制好采样的同步和保护命令的快速输出是一个复杂问题，其最基本的条件是网络的适应性，关键技术是网络通信速度的提高和合适的通信协议的制定。目前，以太网已经进入工业自动化过程控制领域，嵌入式以太网的出现为数字化变电站综合自动化系统的设计者提供了实现站内网络通信的新途径[3]，数字化变电站自动化系统的两级网络，全部采用100MHz以太网技术是可行的。

2.4 IEC61850通信协议应用问题。

IEC61850通信协议本身并未对变电站网络系统的安全性做任何规定，同时协议本身的开放性和标准性给变电站的网络安全带来重大隐患。要做到二次系统信息的保密性、完整性、可用性和确定性，符合二次系统安全防护的要求，是自动化厂家仍需考虑和完善的技术环节。虽然目前已投运的变电站采取了防火墙、分层分区隔离等手段进行防护，但防护的效果仍有待时间的考验。

2.5 数字化变电站给变电运行工作带来的新挑战

数字化变电站越来越体现出一次设备和二次设备的融合。因此将来智能开关的修试工作如交流耐压试验、泄漏电流的测量等必须考虑到这些精密二次设备的存在，稍有不慎很可能造成设备损坏。而且评价开关的好坏不仅由过去传统的绝缘试验和机械试验参数决定，还要考虑其中二次设备的控制、监视、数据传输速率和正确性等指标。

2.6 状态检修在线监测技术的开发应用问题

在线监测是推行状态检修的关键技术支撑，由于它能在运行状态下连续进行测试，因而能及时、有效地发现设备的早期缺陷，并据此确定检修时机。应考虑设备投入使用后与监测装置的统一配合，加快在线监测技术的实用化进程。此外还应注意提高设备状态的分析水平。提高设备状态分析水平是状态监测与状态检修相衔接的关键一环。要制定更科学的检修策略的数理统计的方法应用到状态检修中去，即通过对有关设备大量的历史资料，对某类设备的状态作出评估，对其状态的变化趋势或规律作出预测。

3 结束语

数字化变电站技术的发展将是个长期的过程。建设以光电式互感器、智能化集成开关、智能变压器等数字化一次设备和其他智能电子设备为基础的新型变电站自动化系统，实现数字化变电站站内各层间的无缝通信，最大限度地满足信息共享和系统集成的要求，则是数字化变电站技术的发展方向。总之，数字化变电站自动化是一个系统工程，要实现全部数字化变电站自动化的功能，还有许多技术问题需要攻关解决。

[1]曾庆禹.电力系统数字光电量测系统的原理及技术[J].电网技术,2001,25（41）：1-5．

[2]高翔.数字化变电站应用展望[J].华东电力,2006,34（8）47-53.

[3]丁书文.数字化变电站自动化系统的网络选型.继电器，2003,31（7）：37-40．