數字化變電站關鍵技術應用研究

劉小彩

LIU Xiao-cai

（鄭州電力高等?？茖W校，鄭州 450004）

0 引言

數字化變電站就是變電站內一次電氣設備和二次電子裝置均實現數字化通信，并具有全站統一的數據建模及數據通信平臺，在此平臺的基礎上實現智能裝置之間的互操作性。數字化變電站的系統結構繼承并發展了分層分布式變電站結構的特點，同時隨著電子式互感器、智能開關技術的應用，使得數字化變電站的系統結構又有了不同于常規變電站的革命性變化。本文根據電網技術發展的特點，闡述作為數字化電網基礎的數字化變電站的關鍵技術應用問題。

1 數字化變電站具有的主要特點

1.1 數字化的數據采集系統

采用如光電式或電子式互感器的數字化電氣量測系統采集變電站電流、電壓等電氣量，不僅實現了一、二次系統的電氣隔離，而且增大了電氣量的動態測量范圍和測量精度，為信息集成化應用提供了保障[1]。變電站系統應是全部數字化實現和集成。

1.2 智能化的一次設備

一次設備被檢測的信號回路和被控制的操作驅動回路采用微處理器和光電技術設計，簡化了常規機電式繼電器及控制回路的結構，數字程控器及數字公共信號網絡取代傳統的導線連接。使用智能的一次設備，應使傳統的設備均應具備智能接口，變電站內各個設備采用統一的IEC61850標準，實現設備的互操作性。

1.3 分層分布分散的系統結構

數字化變電站自動化系統的結構在物理上可分為兩類，即智能化的一次設備和網絡化的二次設備；系統采用成熟的網絡通信技術和開放式互連規約，能夠更完整地記錄設備信息并顯著地提高系統的響應速度。依據電力系統IEC61850標準體系的建模標準[2]，在邏輯結構上可分為過程層、間隔層、站控層的三層結構模型，各層次內部及層次之間采用高速網絡通信。

1.4 網絡化的信息通信技術

采用現代通信技術，使用通信媒介替代傳統的電纜，分層組網使變電站層次結構關系得以簡化，降低二次系統的復雜性。變電站內的二次設備全部基于標準化、模塊化的微處理機設計制造，設備之間的連接全部采用高速的網絡通信，通過網絡真正實現數據共享、資源共享[3]。利用網絡通信技術，實現跨變電站，區域電網的保護和自動協調控制。

1.5 設備實現狀態檢修

在數字化變電站中，可以有效地獲取電網運行狀態數據以及各種IED裝置的故障和動作信息，實現對操作及信號回路狀態的有效監視。設備檢修策略可以從常規變電站設備的“定期檢修”變成“狀態檢修”，從而大大提高系統的可用性。

1.6 自動化的運行管理技術

變電站運行管理自動化技術包括電力生產運行數據、狀態記錄統計無紙化；數據信息分層、分流交換自動化；變電站運行發生故障時能及時提供故障分析報告，提出故障處理意見；智能化一次設備可直接處理設備信息并獨立執行本地功能，具有自檢功能，發現缺陷時能及時報警；系統能自動發出變電站設備檢修報告.新型高壓斷路器二次系統是采用微機、電力電子技術和新型傳感器建立起來的，如ABB公司的PASS和SIEMENS 公司的HIS等。

2 數字化變電站的技術應用情況

2.1 光電/電子式互感器的問題。

目前光電/電子式互感器的產品可選型號相對較少，部分高電壓等級的電流互感器變比較大，不能滿足現場運行需要。只能在合并器上采用軟件的方法修改變比，使得TA的輸出精度可能無法滿足要求，給變電站的計量、保護都帶來一定的負面影響。同時由于光電/電子式互感器本身的結構特點和工作方式，導致互感器的角差、比差現場試驗難以進行，甚至極性試驗也無法開展，只能等到設備投運帶電后，才能檢驗接線的準確性。這都需要設備廠家和運行主管單位專門制定。

2.2 數字化電氣測量系統的穩定性問題

數字化電氣測量系統的穩定性對于數字化變電站至關重要。其中主要是非常規互感器，非常規互感器中包含的光電傳感器和光纖二次回路通信網絡的可靠性、穩定性直接關系到數字化變電站數據采集的穩定性?；ジ衅鞔嬖跍y量精度不穩定且有偏差的問題，這是由于線性雙折射現象及發光源器件發光強度下降、光傳輸環節引起偏振角變化和不同材料的維爾德常數受外界溫度的影響也不同等因素造成的[6]要減小磁光材料或者晶體自身的雙折射以及環境氣候等的影響，必須對造成傳感頭誤差的各種因素進行分析并研究減小其影響的辦法。

2.3 系統的網絡選型問題

全數字化的系統中信息的采樣、保護算法與控制命令的形成，是由網絡上多個CPU協同完成的。如何控制好采樣的同步和保護命令的快速輸出是一個復雜問題，其最基本的條件是網絡的適應性，關鍵技術是網絡通信速度的提高和合適的通信協議的制定。目前，以太網已經進入工業自動化過程控制領域，嵌入式以太網的出現為數字化變電站綜合自動化系統的設計者提供了實現站內網絡通信的新途徑[3]，數字化變電站自動化系統的兩級網絡，全部采用100MHz以太網技術是可行的。

2.4 IEC61850通信協議應用問題。

IEC61850通信協議本身并未對變電站網絡系統的安全性做任何規定，同時協議本身的開放性和標準性給變電站的網絡安全帶來重大隱患。要做到二次系統信息的保密性、完整性、可用性和確定性，符合二次系統安全防護的要求，是自動化廠家仍需考慮和完善的技術環節。雖然目前已投運的變電站采取了防火墻、分層分區隔離等手段進行防護，但防護的效果仍有待時間的考驗。

2.5 數字化變電站給變電運行工作帶來的新挑戰

數字化變電站越來越體現出一次設備和二次設備的融合。因此將來智能開關的修試工作如交流耐壓試驗、泄漏電流的測量等必須考慮到這些精密二次設備的存在，稍有不慎很可能造成設備損壞。而且評價開關的好壞不僅由過去傳統的絕緣試驗和機械試驗參數決定，還要考慮其中二次設備的控制、監視、數據傳輸速率和正確性等指標。

2.6 狀態檢修在線監測技術的開發應用問題

在線監測是推行狀態檢修的關鍵技術支撐，由于它能在運行狀態下連續進行測試，因而能及時、有效地發現設備的早期缺陷，并據此確定檢修時機。應考慮設備投入使用后與監測裝置的統一配合，加快在線監測技術的實用化進程。此外還應注意提高設備狀態的分析水平。提高設備狀態分析水平是狀態監測與狀態檢修相銜接的關鍵一環。要制定更科學的檢修策略的數理統計的方法應用到狀態檢修中去，即通過對有關設備大量的歷史資料，對某類設備的狀態作出評估，對其狀態的變化趨勢或規律作出預測。

3 結束語

數字化變電站技術的發展將是個長期的過程。建設以光電式互感器、智能化集成開關、智能變壓器等數字化一次設備和其他智能電子設備為基礎的新型變電站自動化系統，實現數字化變電站站內各層間的無縫通信，最大限度地滿足信息共享和系統集成的要求，則是數字化變電站技術的發展方向?？傊?，數字化變電站自動化是一個系統工程，要實現全部數字化變電站自動化的功能，還有許多技術問題需要攻關解決。

[1]曾慶禹.電力系統數字光電量測系統的原理及技術[J].電網技術,2001,25（41）：1-5．

[2]高翔.數字化變電站應用展望[J].華東電力,2006,34（8）47-53.

[3]丁書文.數字化變電站自動化系統的網絡選型.繼電器，2003,31（7）：37-40．