数字变电站设计探讨

马金松

常州凌峰润源电力工程设计有限公司 常州市 213119

【摘 要】变电站是电力系统中不可缺少的重要环节，担负着电能转换和重新分配的任务，对于电网的安全、可靠和经济运行起着举足轻重的作用。数字化变电站就是将信息采集、传输、处理、输出过程完全数字化的变电站。全站采用统一的通讯规约构建通信网络，保护、测控、计量、监控、远动、VQC等系统，均用同一网络接收电流、电压和状态信息，各个系统实现信息共享。数字化变电站技术意味着变电站自动化系统将迈入一个新的发展平台。

【关键词】数字化变电站设计

引言

随着电力系统容量、输电电压等级的提高，使得电力系统的测量与控制更加复杂，传统变电站的缺陷日渐突出，主要体现在安全性，可靠性已不能满足现代电力系统的要求；供电电能质量缺乏保证；不适应电力系统快速计算和时实控制的要求；维护工作量巨大，设备可靠性差，不利于提高运行管理水平和自动化水平；占地面积大，增加了征地投资等缺点。数字化变电站技术将逐步引领未来变电站自动化系统技术发展的趋势。

一、数字变电站概述

近年来，大家广泛关注 “数字变电站”这个概念。它一直都在不断的发展着，它可以简单的理解为在已有变电站技术的基础上，结合电子式互感器、网络光纤通信技术及站内设备互操作技术，向数字化、自动化、智能化和网络化方向的综合进一步延伸。在现有技术水平不断发展和运行经验不断总结的基础上，数字变电站将以其在数字化、自动化、智能化、安全性和互操作性等方面的优势，成为未来变电站技术发展的必然趋势。

以往常规综合自动化变电站，系统采用单元间隔布置，设备与设备间相对对立，采集装置通过电缆传输模拟信号，测控装置对信号数模转换后通过网线将数字信号传到后台监控系统收集显示；而数字变电站则不同，信息的采集、传输和处理的全过程都是数字化的，而且每个环节都具备相应的自诊断功能，并采用IEC-61850（电力系统无缝通信的规约）来构建电力通信网络，采集、传输、测控、计量和监控保护等功能都使用同一网络接收信息，从而实现了整个系统的信息实时共享。

数字变电站的特点可简单概括为以下几点：

a、一次设备智能化：一次设备信号检测和控制可直接采用微处理和光电技术实现，强电信号和控制电缆可用光电信号及光纤代替；b、二次设备网络化：保护测量检测等装置均基于微处理机设计，设备间实现高速网络通信；c、生产运行、管理和维护均实现自动化，数据由系统统一收集处理；d、自诊断功能；e、信息的实时共享。

二、数字化变电站的设计方案探讨

1、数字化变电站设计分析

就逻辑结构来说，数字化变电站一体化设计主要包括：过程层、间隔层与站控层。因为功能不同，在設计上也要根据主体功能有所区分。过程层指的是一、二次设备之间的结合面，也就是智能化电气设备的智能化方面。过程层的主要功能是：第一，对电力运行进行实时的电气量检测；第二，对运行设备的状态参数进行在线的检测与统计；第三，对操作控制进行执行与驱动。间隔层相关设备的主要功能是：第一，间隔层负责对一次设备保护控制的实施工作；第二，需要对间隔过程层的实时数据进行汇总；第三，对闭锁功能进行实施运行；第四，对操作同期和其它控制进行待命实施；第五，对统计运算、数据采集、控制命令等，间隔层具有优先级别进行指令发出的控制；第六，对通信起到承上启下的作用，实现过程层与站控层的连接。站控层的主要功能包括：第一，按时登陆历史数据库，并对全站实时数据信息进行汇总，不断刷新实时数据库，保证数据的及时有效；第二，对控制中心的指令进行接收，并向间隔层及过程层发出指令使其执行；第三，将有关数据输送往控制中心或高度处；第四，可实现人机互联，具有站内当地监控作用；第五，有在线的全站操作闭锁控制功能，具此功能可实现编程；第六，对间隔层和过程层的各类设备进行在线维护、在线修改参数等；第七，对变电站的故障进行智能化分析，并实施操作培训。

2、数字化变电站数据库建立

使用数据库的设计方法，首先要对数字化变电站中基础性设施与电力设备等等进行数据库搭建工作，对数据库不同实体的“配置”进行反复的使用，从而来帮助完成不同等级的变电站的数字化设计。数据库的建立采用SolidWorks软件，将电力设备以及常用的设施以多配置的方式引入数据库设计，从而实现数字化；另外，对特殊设施和环境（如地基等）的设计，最好采用分别设计的方法来实现数据库。 建立数据库主要包括以下内容：主变压器实体数据库、电容组实体数据库、常用基础设施实体数据库。在设计过程中，小型的电力设备最好采用零件方式来建立数据库，并将材质、重量等真实属性设计进去，然后再根据不同等级变电站的实际需求情况进行针对性的设计；大型的电力设备，则需要分散设计，即将设备分解成3-5个零部件来进行相应的设计操作，但要注意的是分解的零件不要过多，否则可能影响整体性的设计，每一个零部件的设计与前述小型电力设备相同，等将各零部件总装后，同样需要根据不同情况进行针对性的再设计。

3、数字化设计

设计人员应该在数据库的基础之上，依照基础性设施装配体与电力设备、控制装配体、线路连接、环境装配体的顺序和步骤进行逐步设计。首先，电力设备及基础性设施装配的设计：数据库中调用基础设施的零部件，选取零件具体配置进行基准面的建立，再从数据库中调入设备，进行基准面与相应配置的调整，完成此类装配体的构建。其次，线路连接与控制的设计：在上一设计的基础上插入空的装配体，并在其中生成不同设备区域所需的各类接线零件，在总装配体当中编辑这些零件，并利用结构件实际功能以及3D草图来设计出实体的线路装配图。第三，环境设计：通过扫描好的周围环境生成3D的实体环境草图，导入总装配体当中以完成整个设计。

三、数字变电站建设运营的效益

数字变电站的建设，不但可缓解如今变电站供电能力吃紧状况，也可以满足工农业及居民生活用电的前提下，还可以优化整合地区的供电系统，从中降低了电能损耗，还能提高供电效率。从经济效益方面来讲，数字变电站的建设可提高设备维护的安全性，可避免设备损耗以及造成人员伤亡事故造成经济上的损失。同时，数字变电站大多数设备及线路都具有自诊断功能，维护起来更快捷方便，也大大降低成本。从社会效益来说，数字变电站的安全性及稳定性对保证电网稳定可靠运行、实现精简机构、增加效益有显著的效果。

四、结束语

随着国内部分地区数字变电站的顺利投入运行，总体情况良好，设备运行平稳，保护装置及自动装置动作正常，数据采集传输无误，也再次说明了数字变电站技术在实际应用是完全可行的，满足安全稳定运行的要求，具有传统常规变电站无法比拟的优势。不久的将来，数字变电站将会全面普及推广，必将推动电网自动化建设的进一步发展，提高整体电网的运行管理水平。数字变电站建设是一个系统工程，要进一步实现数字变电站自动化系统功能还有许多技术问题需要攻关解决，但作者相信在不太远的将来，数字变电站系统将有一个蓬勃的发展期。

参考文献：

[1]郑翔.从数字化变电站看保护自动化专业发展[J].电力信息化，2009（03）.

[2]吴琴芳，陈恳.IEC61850与数字化变电站的应用研究[J].电气技术，2009（02）.

[3]王刚，110kV数字变电站研究与应用；能源环境，2013