智能變電站中的數字化數據采集及傳輸系統

孫曉明

（山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013）

智能變電站中的數字化數據采集及傳輸系統

孫曉明

（山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013）

智能變電站中在電流、電壓的采集環節采用數字化電氣測量系統，實現了電氣量數據采集的智能化應用，模擬量采集方式實現了全數字量化后通過光纖線路傳輸，利用點對點或高速以太網方式傳輸，構成變電站數據采集及傳輸系統。針對這一變革，系統介紹了智能變電站數字化數據采集及傳輸系統。

智能變電站；電子互感器；采樣值；數字化測量

0 引言

隨著電子互感器技術的發展和IEC61850標準的推廣，變電站間隔層智能設備的交流采樣技術由傳統的對模擬信號A/D轉換技術變革為以太網通信技術。智能變電站在模擬量采集方式上有了很大變化，傳統變電站內表計的采樣傳感器一般采用是高功率輸出的電流互感器和電壓互感器，而新型智能化變電站內模擬量采樣實現全數字量化后通過光纖線路傳輸，利用高速以太網構成變電站數據采集及傳輸系統。并且一次側的傳感器采用了低功率輸出的電子式互感器，它具有測量準確度高、無飽和、動態范圍寬、無二次開路危險等優點，為智能變電站內電能計量提供了準確、可靠數據來源，系統的EMC性能得到了很大提升，同時也將智能化變電站內電能采集與管理融入了IEC61850標準體系。

1 系統組成

智能變電站過程層采樣數據的數字化和網絡傳輸如圖1所示，過程層設備采用電子式互感器、光纖輸出，電子式互感器匯總到合并單元，合并單元經點對點或以太網方式發送采樣數據至位于間隔層的智能設備。變電站智能設備的交流輸入信號將由電纜從傳統電壓、電流互感器輸入的模擬信號轉變為通信電纜或光纖輸入的數字信號。

圖1 智能變電站過程層采樣數據的數字化和網絡傳輸

2 電子式互感器

電力系統中傳統TA、TV存在磁飽和問題,測量誤差較大；而且TA測得的模擬量在傳輸過程中易受干擾。隨著電力系統容量越來越大，電壓等級越來越高，導致 CT體積龐大，絕緣難、造價高、可靠性差等問題日益突出。電子式互感器克服了這些缺點，它無需鐵心，無飽和問題，電氣絕緣性好，抗干擾能力強。此外，還有體積小、重量輕及安全可靠等一系列優點。

電子式互感器可實現交直流高電壓大電流的傳變，并以數字信號形式通過光纖提供給保護、測量等相應裝置；合并單元還具有模擬量輸入接口，可以把來自其它模擬式互感器的信號量轉換成數字信號，以100base－FX或10Base-FL接口輸出數據，簡化了保護、計量等功能裝置的接線。

圖2為有源電子式互感器原理框圖。

圖2 有源電子式互感器工作原理框圖

電子式互感器通常由傳感模塊和合并單元兩部分構成，傳感模塊又稱遠端模塊,安裝在高壓一次側，負責采集、調理一次側電壓電流并轉換成數字信號。合并單元安裝在二次側，負責對各相遠端模塊傳來的信號做同步合并處理。

2.1 遠端模塊

電子式互感器的遠端模塊用來對模擬量輸入進行采樣、模數轉換并通過光纖傳送數據到合并單元，與合并單元僅通過兩根光纖進行能量和數據的傳遞。圖3為遠端模塊的原理框圖。

圖3 遠端模塊原理圖

2.2 合并單元

合并單元是低壓側數據處理系統，并且為高壓側遠端模塊提供能源。圖4為合并單元功能框圖。

合并單元主要包括三種功能：1）接收多路遠端模塊的采樣光信號，匯總之后按照IEC-61850規約以光信號形式對外提供采集數據；2）以光能量的形式，為遠端模塊提供工作能源；3）接收來自站級或繼電保護裝置的同步光信號，實現遠端模塊間的采樣同步功能。

圖4 合并單元主要功能框圖

高壓側遠端模塊單元的工作電源同時由取能線圈和激光電源提供，兩者動態自檢，互為熱備用。取能線圈就地采集一次電能后經整流濾波提供直流電源；位于集控室的激光電源提供高能激光，經由光纜傳輸到遠端模塊單元后經光電轉換提供直流電源。

合并單元還可以通過輔助CPU和擴展開入開出直接提供保護、測量等功能，同時通過光纖以太網接口給監控、測量等裝置提供數據。

3 數字化采樣數據的傳輸

智能變電站中數字化采樣數據的傳輸采取點對點及網絡兩種方式。出于對繼電保護可靠性的考慮，智能變電站中保護應直接采樣，即采用點對點的方式傳輸數據，協議采用 IEC60044-7/8或IEC61850-9-1/2標準。而對于測控裝置、故障錄波、計量等二次設備，其采用數據可通過搭建過程層網絡的方式傳輸，從而實現數據共享。

過程層傳輸采樣值的網絡稱SMV采樣值網，其主要功能是實現電流、電壓交流量的上傳。SMV采樣值網絡協議采用IEC 61850-9-1/2標準。對于保護雙重化要求的間隔，網絡按照雙重化配置，物理上做到相互獨立；對保護單重化要求的間隔，網絡按照單重化配置。

圖5為以3/2接線線邊斷路器合并單元的接口說明。

圖5 為3/2接線線邊斷路器合并單元的接口

4 結語

智能變電站中的電流、電壓采集采用光電式互感器或電子式互感器，實現了電氣量數據采集環節的數字化應用，實現了一、二次系統電氣上的有效隔離，電氣量測量范圍大、測量精度高，其采用數據可通過搭建過程層網絡的方式傳輸，從而實現數據共享。為實現常規變電站變電站裝置冗余向信息冗余的轉變，實現信息集成化應用提供了基礎。

［1］高翔.數字化變電站應用技術［M］.北京：中國電力出版社，2008.

［2］李開成.數字化光纖電流測量技術研究［J］.儀器儀表學報，2004（8）.

［3］周斌.一種新型變電站職能設備采樣值接口方案［J］.電網技術，2006（10）.

The Digital Electrical Energy Measurement System of Smart Substation

In smart substation,the digital acquisition system is used in the sample of voltage and electric current.In this way,analog data acquisition is digitized,and the digital acquisition data is transferred to digital electric energy meter via fiber with point to point protocol or Ethernet.This constitutes the digital electrical measurement and transmission system.

smart substation；electronic instrument transformer;data acquisition；digital measurement

book=18,ebook=12

TM63

B

1007－9904（2010）04－18－03

2010－03－17

孫曉明（1979－），碩士研究生，研究方向為電力電子技術及其應用，現主要從事電力系統自動化、電力系統繼電保護的設計工作。