數字化變電站電力自動化技術特點、應用及發展

于林娜

（河北省黃驊市電力局，河北 黃驊 061100）

在當今的信息化時代中，數字化也越來越為人們所重視，數字化技術為信息社會提供了基礎。數字化變電站就是使變電站的所有信息采集，傳輸，處理，輸出過程由過去的模擬信息全部轉換為數字信息，并建立與之相適應的通信網絡和系統。它的基本特征體現在設備智能化，通信網絡化模型和通信協議統一化，運行管理自動化等方面。變電站自動化應用技術經過十多年的發展已經達到一定的水平，隨著智能控制開關、光電式電流電壓傳感器、一次運行設備在線狀態檢測等技術日趨成熟，以及高速計算機網絡在實時系統中的應用，數字化技術在變電站自動化運行管理系統中發揮著重要的作用。

1.數字化變電站的技術特點和應用

1.1 一次設備的智能化

一次設備中被檢測的信號回路和被控制的操作驅動回路都采用微處理器和光電技術的設計，這使常規機電式繼電器及控制回路的結構簡化了，傳統的導線連接被數字程控器及數字公共信號網絡所取代。可編程控制器代替了變電站二次回路中常規的繼電器和其邏輯回路，常規的強電模擬信號和控制電纜被光電數字和光纖代替。

1.2 二次設備的網絡化

變電站中常規的二次設備：故障錄波裝置、繼電保護裝置、電壓無功控制、量控制裝置、遠動裝置、同期操作裝置、在線狀態檢測裝置等，都是基于標準化、模塊化的微處理機技術而設計制造，設備之間的通信連接全部采用高速的網絡，二次設備通過網絡真正地實現了數據、資源的共享。

1.3 自動運行的管理系統

變電站運行管理系統的自動化包括電力生產運行數據、狀態記錄統計無紙化、自動化；變電站運行發生故障時，并且能夠及時地提供故障分析報告，指出故障原因及相應的處理意見；系統能自動發出變電站設備檢修報告。要想在變電站內一次電氣設備與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。在一、二次設備之間同樣實現全數字化通信，如果變電站內智能裝置的數量急劇增加，全站智能裝置必須采用統一的數據建模及數據通信平臺，才能實現互操作性。

2.數字化變電站電力自動化系統的網絡運行

對變電站直流智能設備網絡化監測管理系統，包括分布在各變電站的智能檢測設備，還包括數據采集設備、信息處理單元，智能檢測設備的信息輸出端接入信息采集設備的輸入端，信息采集設備將信息轉換為TCP/IP通訊協議的數據包，并將所采集數據信息送入開放實時數據庫，便于設備運行狀態信息處理單元進行分析處理，使設備信息能得到充分利用，對數據進行處理分析并web發布，對變電站直流電源系統各設備的運行情況進行實時監控。

在高壓和超高壓變電站中，保護裝置、測控裝置、故障錄波及其他自動裝置的I/O單元，如A/D變換、控制操作回路等將割列出來作為化一次設備的一部分。反言之，化一次設備的數字化傳感器、數字化控制回路代替了常規繼電保護裝置、測控等裝置的I/O部分；而在中低壓變電站則將保護、監控裝置多型化、融合化，完整地安裝在開關柜上，實現了變電站機電一體化設計。數字化變電站自動化系統的結構在物理上可分為兩類，即化的多層網絡化設備；在邏輯結構上可分為3個層次分別稱為“過程層”、“間隔層”、“站控層”，各層次內部及層次之間采用高速網絡通信。

2.1 過程層。過程層是一次設備與二次設備的融合面或者說過程層是指組成的復雜的非線性動態系統.過程層的主要功能分3類:①電力運行實時的電氣量檢測；②運行設備的狀態參數檢測③操作控制執行與驅動。

2.2 間隔層。間隔層設備的主要功能是：①匯總本間隔過程層實時數據信息；②實施對一次設備保護控制功能；③實施本間隔操作閉鎖功能；④實施操作同期及其他控制功能；⑤對數據采集、統計運算及控制命令的發出具有優先級別的控制；⑥承上啟下的通信功能，即同時高速完成與過程層及站控層的網絡通信功能。

2.3 站控層。站控層的主要任務是:①通過2級高速網絡匯總全站的實時數據信息，不斷刷新實時數據庫，按時登錄歷史數據庫；②按既定規約將有關數據信息送向調度或控制中心；③接收調度或控制中心有關控制命令并轉間隔層、過程層執行；④具有在線可編程的全站操作閉鎖控制功能；⑤具有站內當地監控，人機聯系功能；⑥具有對間隔層、過程層諸設備的在線維護、在線組態，在線修改參數的功能；⑦具有變電站故障自動分析和操作培訓功能。

3.數字化變電站技術中存在的問題

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，基于智能斷路器技術的成熟度實現信息采集、處理、傳輸、從交流量的采集到斷路器操作的全數字化應用；通過變電站總線與過程層總線的集成，實現數字化變電站集成型自動化的應用等。數字化變電站自動化系統的研究目前尚處于起步階段，大部分精力集中在過程層方面，例如智能化開關設備，光電互感器、狀態檢測等技術與設備的研究開發。目前存在著許多問題：首先，研究開發過程中專業協作需要加強，比如智能化電器的研究至少存在機、電、光三個專業協同攻關。其次，材料器件方面的缺陷及改進。并且試驗設備、測試方法、檢驗標準，特別是電磁干擾與兼容控制與試驗還是薄弱環節。

4.數字化變電站的未來發展

數字化變電站技術的發展將會是個長期的過程，需要考慮與目前常規變電站技術的兼容性。

4.1 過程層常規設備接入方案

過程層常規設備主要指互感器和斷路器設備，具體應用就是采取非常規互感器技術和智能斷路器技術，或智能斷路器控制器技術，常規設備的接入方式主要有三種基本模式：常規互感器和常規斷路器；常規互感器和智能斷路器；非常規互感器和常規斷路器。

4.2 過程總線方案

在第二階段中前面控制和測量數據的分離通信系統將合并到一起，控制和測量數據的合并減少了間隔接線的復雜性，但間隔層IED設備需要兩個以太網口分別與過程總線和變電站總線連接。由于傳送了來自合并單元的數字化電氣量測系統的瞬時值，此種通信方式比第一階段中的通信方式更快。出于這個原因將使用100 Mbit／s以太網，通過過程總線保護裝置的跳閘命令被發送到斷路器。

4.3 過程總線和站總線合并方案

由于第一 ，第二階段中過程總線和變電站總線都使用了基于MMS應用層通信堆棧的以太網，和以太網的不斷發展，使得變電總線聯接構成一個通信網。并且不會影響變電站內部站的通信。

5.結束語

數字化變電站技術發展過程中可以實現對常規變電站技術的兼容，這意味著數字化變電站應用技術的發展可以建立在現有變電站自動化技術的基礎上實現應用上的平穩發展和逐步突破，使新技術的應用能有機地結合電網的發展，未來在數字化變電站應用技術成熟的基礎上將標志著新代數字化電網的實現。同時提高了變電站運行的安全性、可靠性和科學性。

[1]曾祥芹.淺談數字化變電站技術發展歷程.中國電力報，2009-4.

[2]劉國正.智能斷路器技術的信息采集與處理.中國電力網站，2010-7.

[3]夏葉.變電站常規設備故障維護與檢修.電器自動化，2008-6.