数字化变电站的技术应用分析

邓哲（青海省海西蒙古藏族自治州茫崖镇花土沟中国石油青海油田公司供水供电公司调度运行中心，海西蒙古族藏族自治州德令哈 816400）

数字化变电站的技术应用分析

邓哲
（青海省海西蒙古藏族自治州茫崖镇花土沟中国石油青海油田公司供水供电公司调度运行中心，海西蒙古族藏族自治州德令哈 816400）

目前很难对数字化变电站进行确切定义，大家普遍认为，“数字化”贯穿变电站自动化的始终，“数字化变电站”是变电站自动化发展过程中的一个阶段。数字化变电站是智能电网的物理基础，也是高级调度中心的信息采集和命令执行单元，其将成为今后电力发展的主流。主要分析了数字化变电站的概念和特点，并详细介绍了其关键技术和技术应用

数字化变电站 特点 关键技术 应用

1　数字化变电站的概念

“数字化变电站”是变电站自动化发展过程中的一个阶段，具有智能化的一次设备、网络化的二次设备、自动化的运行管理系统、符合IEC61850标准的通信网络和系统等技术特征。基于这些特征，业界对数字化变电站在现阶段的定义如下：数字化变电站是以变电站一、二次设备为数字化对象，以高速网络通信平台为基础，通过对数字化信息进行标准化，实现信息共享和互操作，并以网络数据为基础，实现继电保护、数据管理等功能，满足安全稳定、建设经济等现代化建设要求的变电站。

2　数字化变电站的特点

（1）一次设备智能化。采用智能型断路器、变压器、隔离开关以及其它数字化辅助设备，以电子式电流/电压互感器替代传统的电磁式互感器，直接向外提供数字式光纤以太网接口。一次设备和二次设备间用光纤传输数字编码信息的方式交换采样值、状态量、控制命令等信息。（2）二次设备网络化。二次设备除传统数字式设备的特点外，还具备对外光纤网络通信接口，信号传输介质用光纤以太网代替控制电缆，通信规约统一采用IEC 61850标准，实现二次设备的信息共享、互操作和功能的灵活配置。（3）运行管理系统自动化。现在我国变电站已基本普及综自系统，监控、保护、自动安全装置等二次设备基本采用数字技术，在此基础上采用自动故障分析、设备健康状态监测和程序化控制等系统，进一步提高站内设备的互操作性、信号的光纤传输、网络通信平台的信息共享等方面的自动化管理水平。减少运行维护的难度和工作量。

3　关键技术及应用

3.1IEC61850标准

IEC61850是国际电工委员会TC57工作组制定的《变电站通信网络和系统》系列标准，是基于网络通信平台的变电站自动化系统唯一的国际标准。

IEC61850标准按照变电站自动化系统所要完成的控制、监视和保护三大功能提出了变电站内功能分层的概念：无论从逻辑关系上还是从物理结构上都将变电站的功能分为3层，即变电站层、间隔层和过程层。

变电站层包括监控主机、操作员工作站、维护工程师站等，其主要功能是为变电站提供运行、管理、工程配置的界面，并记录变电站内所有相关信息；远动机，其功能是将变电站内信息应用标准远动规约和远动通道，实现变电站信息向监控中心远传，并实现监控中心远方控制；保护信息子站，主要采集变电站内各种保护以及故障录波信息，并向保护信息主站传输。远动机、保护信息子站与后台系统之间相互独立，互不影响。所有变电站层设备均采用100M工业以太网，并按照IEC61850通信规范进行系统建模并进行信息传输。

间隔层的功能是利用本间隔的数据对一次设备产生作用，如线路保护设备或间隔控制设备，间隔层主要包括保护测控装置以及其他智能设备。针对采用GIS开关设备的变电站，将保护、测控装置下放至GIS控制柜，节省了传统方式下一次开关设备到保护控制二次设备间的大量电缆，间隔层设备对变电站层采用以太网通信方式。

过程层是IEC61850标准中提出的新概念，其包括智能I/0单元、电子式互感器、智能一次设备、智能传感器等，主要功能是实现各种电气量的就地采集以及实现对智能一次设备的直接控制。

3.2非常规互感器

电子式电流电压互感器具有绝缘简单、体积小、重量轻、安全、线性度好、输出信号可直接与数字化二次设备接口等优点。互感器由低功率铁芯线圈、空芯线圈、电容分压器和传感模块等部分组成，互感器的输出为数字光信号。

合并单元是联系电子式互感器和网络化的二次设备之间的设备，用于对来自传感模块的各相电流电压信号进行时间相关性（同步）组合，并转发给二次设备。合并单元可完成各相电流电压的采样同步控制。

传感模块到合并单元之间为光纤联系，采用规约传送，合并单元到二次设备之间可采用光纤点对点串行通讯或者光纤以太网，传输规约可采用工EC60044-8，IEC61850-9-1或IEC61850-9-2传送。

与互感器相配套的合并单元同步处理电流电压采样的数字信号，输入输出路数可根据不同的应用情况灵活配置。

数字式互感器接口的保护及测控系统虽然是新一代产品，但保护原理与已经得到大量应用的传统保护相同，采样取自合并单元的数字信号，而不再像传统保护一样由交流模块模拟采样。新一代保护测控装置能够满足基于电子式互感器的数字化变电站的需要。

长期以来，电力系统中一直使用传统大功率电磁式电流互感器测量一次侧电流，为二次计量及保护等设备提供电流信号。传统的电磁式电流互感器的额定输出信号为1A或SA。随着电力系统的发展，系统电压越来越高，二次计量及保护设备趋于微机化，传统的电流互感器已逐渐暴露其缺点：（1）当CT变比较小时铁芯面积会较大，且精度难以保证，应用LPCT能显著地缩小互感器体积并能保证精度；（2）动态范围小，当电流较大时，CT会出现饱和现象，CT的饱和会影响二次保护设备正确识别故障；带铁心线圈的低功率电流互感器（LPCT）是常规感应式电流互感器的发展。由于现代电子设备要求的输入功率很低，LPCT可以为此实现体积较小但测量范围却较广的设计方案。基于LPCT的新型电流互感器有体积小、动态范围大、精度高的优势。同时由于结构简单，不需添加附属电子设备、二次设备改动不大，技术风险小，所以在220kV以下的低电压等级变电站中有着广泛的应用前景。LPCT新型电流互感器的二次额定输出电流为200mA，试验证明，LPCT能够在满足精度的前提下提供更大的动态范围，并且显著地缩小了互感器体积。

3.3智能断路器智能断路器，指具有较高性能的开关设备和控制设备，配有电子设备、传感器和执行器，不仅具有开关设备的基本功能，还具有附加功能，尤其在监测和诊断方面。它将智能化传感器技术、微处理技术、数字通信技术应用于监控回路的完好性和开关的气体压力、温度、密度、断口行程、压力泵起动时间累计等，为状态检修创造条件。

［1］刘建军.基于数字化变电站智能管理系统的应用与优化［J］.数字技术与应用，2014（01）.

［2］刘乃杰，于利国，高川.数字化变电站扩建接口方式的实践［J］.浙江电力，2012（10）.