常規變電站數字化改造技術要點分析

摘要：數字化變電站建設是智能電網系統中非常重要的功能支撐，常規變電站數字化升級改造必將成為當前變電站系統建設和升級改造過程中亟待解決的核心問題。文章重點介紹了數字化技術在常規變電站升級改造工程中的應用，并結合工程實踐，探討了數字化變電站升級改造工程中的技術要點，以期為同類工程提供一定參考。

關鍵詞：常規變電站；數字化升級改造；IEC61850標準；GOOSE組網

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）31-0082-03

1 概述

變電站作為電網系統中電能輸送、分配調度的重要中樞，其技術水平的高低直接影響到電網系統運行的安全穩定。國內外電力用戶和變配電設備制造商均普遍關注變電站綜合自動化系統的研究，在充分結合各種先進技術的基礎上，努力提高變電站的綜合自動化技術水平。近幾年，隨著計算機技術、電力通信技術、電力電子技術、傳感器技術等先進技術的進一步加深完善，尤其在IEC61850標準頒布以后，數字化變電站綜合自動化系統已成為修建變電站和改造變電站首選的自動化方式。數字化變電站技術的出現，能夠很好地解決常規變電站IED設備間不能完全兼容和數據信息不能實時通信互享間的缺陷，實現了變電站自動化技術優勢的充分發揮。結合實際工作經驗，對常規變電站數字化技術升級改造要點進行分析探討就顯得非常有工程實踐和研究意義。

2 基于IEC61850標準的數字化變電站GOOSE組網方案

按照IEC61850綜合自動化變電站標準要求，數字化變電站由過程層、間隔層和站控層組成。由于數字化變電站的數字信息通信網絡集成化程度較高，IED設備間數據的傳遞與共享在很大程度上依賴網絡通訊規約的統一轉換。

為了確保數字化變電站網絡通信的實時可靠性，站控層與間隔層間的網絡組網方式應按照冗余以太網架構進行組網，且其數據傳輸速率應不低于100Mbps。整個數字化變電站網絡宜采用雙星型結構，并采取雙網雙工通信方式進行數據傳輸，通過富裕的網絡冗余度，確保站控層各種監控工作站、五防工作站、遠程調度、服務器數據庫間數據信息的實時可靠通信。過程層與間隔層間數據信息通信網絡主要采用GOOSE和SV兩類信號進行傳輸，通過GOOSE信號網絡的雙網雙工運行方式，確保同IED設備間數據信息資源的無縫通信共享。如某220kV變電站共有220kV、110kV、10kV三個電壓等級，其站控層采用雙網星形結構的組網模式，而間隔層分別以220kV和110kV兩個部分的測控、保護、故障記錄等IED設備裝置進行子網組建，經GOOSE A網和GOOSE A網接入到站控層中。常用的220kV數字化變電站組網方案如圖1所示。

3 常規變電站數字化升級改造技術要點

常規變電站數字化升級改造，主要是實現一次設備的智能化和二次設備的集成網絡化，對數字化信息進行統一集成建模，將物理設備進行數字網絡地址虛擬化，結合標準的IED61850標準通信規約建設規范的網絡通信平臺，實現不同IED設備間數據信息資源的遠程傳輸和實時共享，建設滿足調控運行安全可靠、節能經濟的現代化智能變電站需求的完善數據通信網絡。

3.1 基于IEC61850標準進行統一集成建模

建立基于IEC61850標準的集成統一通信網絡，是常規變電站進行數字化升級改造的重要保障基礎。各種支持IEC61850標準的IED電子設備將逐步取代常規非IEC61850通信規約的產品，進而實現間隔層中不同測控、保護、事件記錄IED設備間數據信息資源的實時通信共享。站控層中，通過支持IEC61850標準的后臺軟件、監控工作站、五防工作站、遠動工作站以及接入其他IED智能設備的統一通信規約轉換，進而建立滿足IEC61850標準的統一集成模型，建立基于IEC61850標準的變電站綜合自動化系統，確保變電站調控運行安全可靠地進行。

3.2 設備操控的智能自動化功能實現

對于常規變電站自動化系統中的過程層設備，由于DL斷路器、DS隔離刀閘等一次設備暫不具備自動數字化轉換功能。因此，在進行變電站數字化升級改造過程中，對需要進行分散控制的過程層開關類設備，應在現地采用智能操作箱等對設備相關數據信息的數字化處理，并經過GOOSE數據通信網絡與間隔層中的IED測控、保護、事件記錄等電子設備進行實時通信。DL斷路器系統、DS隔離刀閘系統等過程層開關設備的現地智能化處理，確保保護、測量、遠程操控等命令可以通過光纖以太網網絡準確到達變電站的二次繼電保護系統中，進而實現與DL斷路器、DS隔離刀閘等操作機構數字化網絡接口的實時通信，實現站控層的遠程智能自動化操控。

3.3 數據采集合并單元實現模擬量分散采樣

常規變電站系統中均采用傳統互感器，而數字化變電站則需要電子式互感器采集現地數據信息。因此，為了實現模擬量的分散采樣，采用基于IEC61850標準的MU合并單元對常規互感器所采集的模擬量進行同步分布式采樣，實時轉換成對應的數據信號，且數字信號嚴格按照IEC61850-9-1或IEC61850-9-2標準要求輸出并送往間隔層中相關的測控、保護、事件記錄IED電子設備中，完成對應數據信息的實時采集。

3.4 數據信息及調控命令的集中式處理

集中分散式結構是變電站數字化升級改造的主要網絡架構，采用支持IEC61850標準的站控層設備構成整個數字化變電站的運算分析核心，并通過滿足IEC61850標準的網絡通信與間隔層IED設備、過程層MU合并單元等進行實時數據信息通信共享。對于變電站系統中的220kV、110kV高壓進出線、主變等通過一套或數套支持IEC61850通信規約標準的集中式測控、保護、記錄裝置（每組均按照冗余模式進行組網配置），構成完善的基于IEC61850標準的數字化變電站自動化系。對于35kV及以下的中低壓單元，由于基本采用室內開關柜形式，因此可以在開關柜中分布裝設滿足IEC61850標準的間隔層IED電子設備，分散采集開關柜中的相關數據信息，并通過統一規約的通信通信網絡，實現與站控層相關功能單元的實時通信，完成測控、保護、遠程操控等數字網絡化功能。

3.5 信息的安全性

由于數據信息通信的安全可靠性直接關系到整個數字化網絡系統的調控運行的安全可靠性，因此，在變電站數字化升級改造過程中，必須考慮二次系統的安全防護問題。應結合變電站調控運行特征并結合IEC62351安全標準建立完善的數據信息安全防護策略，如采取閉環網絡訪問、密碼權限訪問、防火墻等來加強數據信息通信共享的安全防護性能，確保數字化調控系統安全穩定地

運行。

4 結語

數字化變電站技術升級改造工程是電力公司變電站升級改造建設中新的里程碑，同時也是變電站建設發展的重要方向。經大量工程實踐改造效果表明，基于上述技術的變電站自動化系統數字化升級改造后，各個IED設備均能正常穩定運行，各類數據實時采集、遠程傳輸、運算分析無誤，繼電保護和自動控制裝置動作可靠正常。充分說明，基于上述技術的數字化變電站升級改造，能夠滿足電網系統調控運行的安全可靠、經濟穩定運行的功能要求，相信在不久的將來，數字化變電站技術升級改造將會在我國變電站系統中蓬勃發展。

參考文獻

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作者簡介：溫建平（1977-），男，內蒙古鄂爾多斯人，鄂爾多斯電業局生產技術處電力工程技術中級工程師，研究方向：電力生產技術管理、變電運行管理。

（責任編輯：周加轉）