数字化变电站的实用化研究

周佺

（郑州供电公司，郑州450006）

数字化变电站的实用化研究

周佺

（郑州供电公司，郑州450006）

随着数字化变电站技术不断的发展，IEC61850体系的逐步完善，越来越多的数字化变电站投入到了电力系统的运行中。论文从数据采集、一次智能设备、数字化通信网络、建模标准化4个方面阐述数字化变电站与常规变电的不同，并分析数字化变电站具备的优势及实用化。

IEC61850；数字化变电站；IED；数字网络

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.11.130

1 引言

随着光电技术和计算机通信技术的不断发展，以及电子式互感器、智能型开关、数字化保护测控装置、相应的数字化后台监视设备的出现和其技术的不断完善，数字化变电站的发展已初具规模。在目前无人值守变电站大规模推广的背景下，对变电站的安全、可靠、稳定、信息交互与通信以及远动控制等方面的要求进一步提高，同时，提出对变电站智能化的议题，在此环境下，数字化变电站更凸显出其独特的优势，数字化变电站的发展已成为当下变电站建设的一种趋势。

2 数字化变电站在国内的发展状况

目前，数字化变电站在国内的发展处于起步阶段，正在建设或已投入使用的数字化变电站已有百余座，但由于智能化开关技术尚不成熟等问题，目前，较为成熟的数字化变电站有2种形式：（1）由常规开关和电磁式电互感器结合就地安装的合并单元、智能单元以及数字化的保护测控设备共同构成，由就地合并单元完成自互感器二次侧电流对交流量的采集和A/ D转换，通过光纤将测量数据发送至保护测控设备，并由智能单元完成自过程层光纤网络及保护测控装置与传统断路器控制回路间的操作及信号的传输；（2）在前者的基础上，将常规的电磁式互感器替换为电子式互感器，电子式互感器在本地完成对交流量的采集和A/D转换工作，并发送至合并单元，由光纤完全替代了常规互感器的二次电缆。

3 数字化变电站的基本功能和基本特征

数字化变电站依然承担着变换电压和分配电能的任务，在此基础上，数字化变电站实现了各类信息的采集、传输、处理和控制，完全以数字化的形式进行，并以变电站一、二次系统为数字化对象，依据IEC61850标准等规范，依托一、二次智能设备及电子式互感器，对数字化信息进行统一建模，将物理设备虚拟化，采用标准化的网络通信平台，实现信息共享和相互操作[1]，实现设备的智能化、通信的网络化、模型和通信协议的统一化、运行管理的自动化。

4 数字化变电站的特点及优势

4.1 数据采集

相对于常规互感器，电子式互感器采用非磁性线圈，避免了磁饱和以及磁滞现象的发生，具有良好的线性度和暂态特

性，其保护复合误差满足5TPE级要求；并且其体积很小，在超高压和特高压等级，电子式互感器的体积造价均远小于常规互感器[2]。

电子式互感器在高电位互感器中，完成一次电流变换、二次电流的输出采集、光电的转换和光信号输出。光纤从互感器中引出，通过绝缘瓷瓶和支柱引出至地电位，并通过光缆引入合并单元后，上传于过程层SV网络，再发送至相关设备。由于光纤是绝缘体，相对于常规变电站二次的金属导线，其高低电位之间的绝缘距离有了极大的扩充，显著地提高了互感器的绝缘性能。

电子式互感器的额定误差为常规互感器误差项目所没有计入的数字信号与标准一次信号之间的比差和角差，其电子式电流互感器输出后直接供给保护、计量、测量设备使用，从而降低了系统误差，进一步提高了系统的可靠性。

电子式互感器二次数字信号经一次设备本地调解后，相别的保护、测量数据均可通过同根光纤电缆发送至合并单元，上送于网络，再由交换机寻址后，发送给相对应的设备，其二次设备基本无损耗，无负载要求，避免了CT二次开路和PT二次短路的情况，同时也免去了常规变电站设备为了得到所需的相关电流或电压的测量值，需从互感器各二次线圈处引出专门敷设电缆至相关设备的复杂过程。且光纤造价低廉，过程层SV网络的运用，使数字化变电站的造价大幅度地降低，同时又提高了其可靠性。

4.2 一次设备的智能化

IEC61850标准体系在原先常规变电站综自所具有的间隔层和设备层间增加过程层，使数字化变电站综自形成了站控层、间隔层、过程层的3层配置。

过程层的增加可以看做是一次设备的延伸和在二次系统中的映射，使跳合闸控制和设备的状态检修变得更加精确，同时过程层也融合了传统间隔层的模拟量A/D的转换、开关量的输入输出以及电压并列等功能，并将信息通过过程层网络上送和接收。

根据IEC62063—1999的定义，严格意义的智能开关是将断路器内的集成电压、电流转换装置和其电子互感器测量系统由微机控制的二次系统及回路、智能单元和相配套的软件实现集成的智能型开关设备，其不但具有常规开关设备的原有功能，还具有在线监测、智能控制，数字化接口和开关的电子操作等一系列的智能化功能[3]。

不过由于技术原因，较多采用的是常规开关加智能终端的方式，智能终端通过光电隔离的触点来进行一个间隔单元内一次设备位置和状态信息的采集和监视，并通过GOOSE网络与相应的保护测控设备间完成信号交换，实现对一次设备的智能控制和检测，并具有防误操作功能，实现了对传统开关的智能化。

4.3 通信系统的网络化数字化

相对以往的通信系统，数字化变电站在过程层和间隔层之间以数个本地交换机和1个主干网交换机以及其连接光纤为载体，形成过程层网络总线，过程层以IEC 61850-9-1或IEC 61850-9-2LE标准为依据，将合并单元采集到的电压和电流量通过光纤输出到过程层SV网络，再由过程层交换机发送给相应的间隔层智能设备，而智能终端的开入开出也是以GOOSE服务通过过程层网络交换机上传开关量和各类告警事件，并接受操作命令。由于二次设备间通信网络化的实现，原先间隔层的的功能装置变成了功能模块，不再出现功能重复的I/O接口，同时间隔层具有符合IEC61850接口，并通过高速以太网的形式与站控层和过程层进行信息交互与共享，从而实现了设备间的互操作性，进而可通过若干间隔层设备间的通信和互操作使自动化功能在间隔层设备间自由分布，代替了传统的备用电源自动投入、低周减载等自动装置，大量传统的电缆被数字化网络所取代，装置冗余被信息冗余取代，降低了工程造价的同时也提高了系统的可靠性。

4.4 系统建模的标准化

在数字化变电站中，各设备间的通信采用统一的通信协议，以全部智能装置采用统一的数据建模及数据通信平台为基础，高速网络连接为载体，实现各设备间的无缝通信，以达到设备之间信息交互共享和设备的互操作性。所以，数字化变电站简化了系统维护、工程配置和工程实施工作，最大限度地利用了用户原先的软硬件建设，实现了不同厂家的产品集成，降低了变电站生命周期的成本。

5 结语

虽然目前数字化变电站还存在一些技术上的问题，但其相对于常规变电站所具备的优越性已开始逐渐展现，相信随着数字变电站技术的发展，会得到更广泛的应用。

【1】王玉玮,王兰.浅析数字化变电站[J].江苏电机工程，2008,27(2)：50-52.

【2】徐大可，汤汉松，孙志杰.电子式互感器在数字化变电站中的应用[J].高电压技术，2007,33(1):78-82.

【3】徐大可，汤汉松，孙志杰.数字化变电站的现实与未来[R].广州：第六届输配电技术国际会，2007.

Analyses of Digital Substation's Practical Use

ZHOU Quan
(Zhengzhou Power Supply Company,Zhengzhou 450006,China)

With rapid development of digital substation technology and IEC61850 system gradually come to be completely，more and more digital substation are operating in the Power System.This paper expounds the difference between digital substation and traditional substation from the data collection、smart device、digital communication network and standardized modeling,and analyses the advantage and practical using of digital substation.

IEC61850;digital substation;IED;digital network

TM933

A

1007-9467（2016）11-0062-02

2016-10-27

周佺（1987～），男，河南郑州人，助理工程师，从事电力工程生产及研究。