數字化變電站意義及關鍵技術研究

高培淞曾曉璞

數字化變電站意義及關鍵技術研究

高培淞1曾曉璞2

（1.成都電業局城網管理所，四川 成都 610061；2.成都電業局人力資源部，四川 成都 610061）

基于IEC61850標準，對研究數字化變電站重要意義進行了探討。結合數字化變電站二次體系結構，對數字化變電站關鍵技術進行研究，從整體上對數字化變電站進行闡述。

數字化變電站 ；意義 ；關鍵技術 ；體系結構

1 實現數字化變電站的重要意義

變電站自動化技術經過十多年的發展已經達到一定的水平，一定程度上提高了電網建設的現代化水平，增強了輸配電和電網調度的可靠性。然而，傳統變電站自動化系統仍然存在下列問題：

互操作問題

由于不同廠家變電站自動化系統采用的通信技術和協議各不相同，造成產品之間缺乏互操作性，導致集成和維護成本的增加，也降低了系統的可靠性。

電磁式互感器的問題

傳統互感器存在鐵芯飽和、暫態特性差和體積龐大等缺點，難以滿足現代自動化技術的需求。

常規一次設備的問題

目前多數變電站都沒有裝設狀態監視設備，由于缺乏一次設備狀態監視信息，通常只能采用計劃檢修，而不能實現狀態檢修。同時，非智能斷路器設備也不能實現按波形控制合閘角和在線監測的功能。

線纜投資、運行維護費用較高

數字化變電站成功地解決了上述傳統變電站存在的問題，是電力系統發展的必然趨勢，是通訊技術、信息技術和計算機技術發展的必然結果。IEC61850標準以及數字化技術在變電站內的全面推廣應用將是解決這些難題的關鍵所在。目前，國際電工委員會TC57工作組已經制定了《變電站通信網絡和系統》系列標準——IEC 61850，為變電站自動化系統提供了統一平臺和標準框架。隨著電子式電流、電壓互感器、一次運行設備在線狀態檢測、變電站運行操作培訓仿真等技術日趨成熟，以及計算機高速網絡在實時系統中的開發應用，勢必對已有的變電站自動化技術產生深刻的影響，全數字化的變電站自動化系統即將得到廣泛的應用。通過數字化變電站技術的研究和實施，提高變電站自動化系統以及整個電網的技術水平和安全穩定運行水平。

目前我國正在大力建設創新型國家，國家電網公司已成為全國“創新型試點企業”。國家電網公司高度重視科技進步和自主創新，將其作為公司和電網發展的戰略支撐，力爭掌握一批擁有自主知識產權的關鍵技術和核心技術，占據世界電力科技發展制高點，在能源技術創新中積極發揮主體作用和表率作用，服務創新型國家建設。而數字化變電站在各個方面均順應了科技進步和自主創新的要求。首先在技術儲備方面，IT技術與通信技術近些年來的突破性進展使得數字化變電站從技術和經濟角度而言成為可能，智能化電氣設備的發展，特別是智能化斷路器、電子式互感器等機電一體化智能設備的出現，使得變電站進入了數字化發展的新階段；其次在發展水平上看，在數字化變電站的研究、試驗、工程推廣等方面，國外企業也剛剛開展，尤其國內在ECT/EPT及變電站自動化等方面的研究工作并不落后于國外企業，可以說實現數字化變電站是建設創新型電網的要求，也是我國電力行業趕超國際水平的一個契機。

通過數字化66kV變電所的建設與研究，提出適合中國電網結構及運行方式的完整的66kV數字化變電站系統方案，將對鞍山以至整個遼寧電網的數字化建設工作產生積極影響。

數字化變電站含義及其關鍵技術

數字化變電站技術是指基于IEC61850標準建立全站統一的數據模型和數據通信平臺，實現站內一次設備和二次設備的數字化通信，以全站為對象統一配置保護和自動化功能。

其主要特征包括：

——基于IEC61850的全站統一的數據模型及通信服務平臺；

——智能化一次電氣設備；

——基于全站統一授時的網絡化二次設備。

我們認為實現“數字化變電站”的關鍵技術包括以下幾點：

●IEC61850的體系架構

●全站功能的統一配置

●一體化功能系統控制器

●通信網絡架構

●電子式電流/電壓互感器

●智能化的一次設備

●全站統一的授時系統

數字化變電站基本內容

分析上述數字化變電站要求可見，完整的數字化變電站方案應包括符合IEC61850標準的全部一次、二次系統的實現。大體可分為以下幾部分內容：

a一次部分

●變壓器

●開關、刀閘

●直流系統等

b二次部分

二次系統在邏輯上按功能可分為過程層、間隔層和變電站層，結構如圖1所示：

圖1 數字化變電站邏輯功能分層體系結構示意圖

●硬件設備

為實現圖1所示的邏輯功能，二次系統設備包括：

a.電子式互感器、合并單元

b.變壓器智能單元

c.開關、刀閘控制器

d.直流系統智能單元

e.滿足IEC61850標準的系統控制器

f.監控主機（操作員站，工程師站）

g.遠動主機

h.打印服務器

i.工業以太網交換機和用于光纖通信的光端機

●軟件系統

軟件系統采用跨平臺結構設計，可選擇windows、Unix、linux操作系統；數據庫結構按照IEC61850模型定義、實現，所有程序支持IEC61850模型。系統集成工程化工具為工程人員或用戶提供完善、方便的配置、測試、維護手段，包括系統的配置/組態、實時庫的管理、模型、通信的一致性測試、SCL配置文件和參數化的管理等功能。

●站內通信網絡

系統應以網絡交換以太網技術為基礎，站級總線采用星型結構光纖10M/100M以太網，組網方式為VLAN虛擬以太網，具有自愈功能；過程總線選擇星型結構光纖100/1000Mb以太網，防止出現實時信息在網絡上發生碰撞以至影響實時響應要求。必要時可考慮采用VLAN優先級協調多以太網跨過多交換機運行。

在66kV數字化變電站的設計方案中，根據需要傳輸的數據量的計算結果，站級總線和過程總線均采用星形結構光纖100M以太網。

●授時系統

時鐘同步系統由網絡時間服務器（主時鐘）及時鐘擴展輸出裝置（擴展時鐘）組成。時鐘同步系統具有兩臺互為備用的網絡時間服務器，時鐘擴展輸出裝置的具體數量根據現場實際進行選項匹配，以滿足時間系統對信號數量和種類的要求。網絡時間服務器和時鐘擴展輸出裝置既可以集中組屏，也可根據現場的實際情況單獨組屏。

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