常规变电站数字化改造技术要点分析

摘要：数字化变电站建设是智能电网系统中非常重要的功能支撑，常规变电站数字化升级改造必将成为当前变电站系统建设和升级改造过程中亟待解决的核心问题。文章重点介绍了数字化技术在常规变电站升级改造工程中的应用，并结合工程实践，探讨了数字化变电站升级改造工程中的技术要点，以期为同类工程提供一定参考。

关键词：常规变电站；数字化升级改造；IEC61850标准；GOOSE组网

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）31-0082-03

1 概述

变电站作为电网系统中电能输送、分配调度的重要中枢，其技术水平的高低直接影响到电网系统运行的安全稳定。国内外电力用户和变配电设备制造商均普遍关注变电站综合自动化系统的研究，在充分结合各种先进技术的基础上，努力提高变电站的综合自动化技术水平。近几年，随着计算机技术、电力通信技术、电力电子技术、传感器技术等先进技术的进一步加深完善，尤其在IEC61850标准颁布以后，数字化变电站综合自动化系统已成为修建变电站和改造变电站首选的自动化方式。数字化变电站技术的出现，能够很好地解决常规变电站IED设备间不能完全兼容和数据信息不能实时通信互享间的缺陷，实现了变电站自动化技术优势的充分发挥。结合实际工作经验，对常规变电站数字化技术升级改造要点进行分析探讨就显得非常有工程实践和研究意义。

2 基于IEC61850标准的数字化变电站GOOSE组网方案

按照IEC61850综合自动化变电站标准要求，数字化变电站由过程层、间隔层和站控层组成。由于数字化变电站的数字信息通信网络集成化程度较高，IED设备间数据的传递与共享在很大程度上依赖网络通讯规约的统一转换。

为了确保数字化变电站网络通信的实时可靠性，站控层与间隔层间的网络组网方式应按照冗余以太网架构进行组网，且其数据传输速率应不低于100Mbps。整个数字化变电站网络宜采用双星型结构，并采取双网双工通信方式进行数据传输，通过富裕的网络冗余度，确保站控层各种监控工作站、五防工作站、远程调度、服务器数据库间数据信息的实时可靠通信。过程层与间隔层间数据信息通信网络主要采用GOOSE和SV两类信号进行传输，通过GOOSE信号网络的双网双工运行方式，确保同IED设备间数据信息资源的无缝通信共享。如某220kV变电站共有220kV、110kV、10kV三个电压等级，其站控层采用双网星形结构的组网模式，而间隔层分别以220kV和110kV两个部分的测控、保护、故障记录等IED设备装置进行子网组建，经GOOSE A网和GOOSE A网接入到站控层中。常用的220kV数字化变电站组网方案如图1所示。

3 常规变电站数字化升级改造技术要点

常规变电站数字化升级改造，主要是实现一次设备的智能化和二次设备的集成网络化，对数字化信息进行统一集成建模，将物理设备进行数字网络地址虚拟化，结合标准的IED61850标准通信规约建设规范的网络通信平台，实现不同IED设备间数据信息资源的远程传输和实时共享，建设满足调控运行安全可靠、节能经济的现代化智能变电站需求的完善数据通信网络。

3.1 基于IEC61850标准进行统一集成建模

建立基于IEC61850标准的集成统一通信网络，是常规变电站进行数字化升级改造的重要保障基础。各种支持IEC61850标准的IED电子设备将逐步取代常规非IEC61850通信规约的产品，进而实现间隔层中不同测控、保护、事件记录IED设备间数据信息资源的实时通信共享。站控层中，通过支持IEC61850标准的后台软件、监控工作站、五防工作站、远动工作站以及接入其他IED智能设备的统一通信规约转换，进而建立满足IEC61850标准的统一集成模型，建立基于IEC61850标准的变电站综合自动化系统，确保变电站调控运行安全可靠地进行。

3.2 设备操控的智能自动化功能实现

对于常规变电站自动化系统中的过程层设备，由于DL断路器、DS隔离刀闸等一次设备暂不具备自动数字化转换功能。因此，在进行变电站数字化升级改造过程中，对需要进行分散控制的过程层开关类设备，应在现地采用智能操作箱等对设备相关数据信息的数字化处理，并经过GOOSE数据通信网络与间隔层中的IED测控、保护、事件记录等电子设备进行实时通信。DL断路器系统、DS隔离刀闸系统等过程层开关设备的现地智能化处理，确保保护、测量、远程操控等命令可以通过光纤以太网网络准确到达变电站的二次继电保护系统中，进而实现与DL断路器、DS隔离刀闸等操作机构数字化网络接口的实时通信，实现站控层的远程智能自动化操控。

3.3 数据采集合并单元实现模拟量分散采样

常规变电站系统中均采用传统互感器，而数字化变电站则需要电子式互感器采集现地数据信息。因此，为了实现模拟量的分散采样，采用基于IEC61850标准的MU合并单元对常规互感器所采集的模拟量进行同步分布式采样，实时转换成对应的数据信号，且数字信号严格按照IEC61850-9-1或IEC61850-9-2标准要求输出并送往间隔层中相关的测控、保护、事件记录IED电子设备中，完成对应数据信息的实时采集。

3.4 数据信息及调控命令的集中式处理

集中分散式结构是变电站数字化升级改造的主要网络架构，采用支持IEC61850标准的站控层设备构成整个数字化变电站的运算分析核心，并通过满足IEC61850标准的网络通信与间隔层IED设备、过程层MU合并单元等进行实时数据信息通信共享。对于变电站系统中的220kV、110kV高压进出线、主变等通过一套或数套支持IEC61850通信规约标准的集中式测控、保护、记录装置（每组均按照冗余模式进行组网配置），构成完善的基于IEC61850标准的数字化变电站自动化系。对于35kV及以下的中低压单元，由于基本采用室内开关柜形式，因此可以在开关柜中分布装设满足IEC61850标准的间隔层IED电子设备，分散采集开关柜中的相关数据信息，并通过统一规约的通信通信网络，实现与站控层相关功能单元的实时通信，完成测控、保护、远程操控等数字网络化功能。

3.5 信息的安全性

由于数据信息通信的安全可靠性直接关系到整个数字化网络系统的调控运行的安全可靠性，因此，在变电站数字化升级改造过程中，必须考虑二次系统的安全防护问题。应结合变电站调控运行特征并结合IEC62351安全标准建立完善的数据信息安全防护策略，如采取闭环网络访问、密码权限访问、防火墙等来加强数据信息通信共享的安全防护性能，确保数字化调控系统安全稳定地

运行。

4 结语

数字化变电站技术升级改造工程是电力公司变电站升级改造建设中新的里程碑，同时也是变电站建设发展的重要方向。经大量工程实践改造效果表明，基于上述技术的变电站自动化系统数字化升级改造后，各个IED设备均能正常稳定运行，各类数据实时采集、远程传输、运算分析无误，继电保护和自动控制装置动作可靠正常。充分说明，基于上述技术的数字化变电站升级改造，能够满足电网系统调控运行的安全可靠、经济稳定运行的功能要求，相信在不久的将来，数字化变电站技术升级改造将会在我国变电站系统中蓬勃发展。

参考文献

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[3] 李九虎，郑玉萍，古世东，等.电子式互感器在数字化变电站中的应用[J].电力系统自动化，2007，31（7）：94-98.

作者简介：温建平（1977-），男，内蒙古鄂尔多斯人，鄂尔多斯电业局生产技术处电力工程技术中级工程师，研究方向：电力生产技术管理、变电运行管理。

（责任编辑：周加转）