數字化牽引變電所布置方案研究

摘 要：文章結合我國首座試點數字化牽引變電所，對數字化牽引變電所的幾種接線和布置方式進行了分析和探討，并比較了數字化牽引變電所和常規牽引變電所在調試、運行、維護等方面的不同，對數字化牽引變電所的工程化應用進行了研究。

關鍵詞：數字化；牽引變電所；布置

引言

數字化牽引變電所由于能解決綜合自動化系統中存在的二次電纜繁多復雜、數據信息采集重復且不共享、站內各種功能系統相互獨立、二次設備互聯互換互操作困難、電流互感器存在磁飽和等問題，有著廣闊的應用前景。

目前，電力系統已建成和在建的數字化變電所覆蓋電壓等級從10kV到1000kV，應用已十分普遍，但鐵路牽引供電系統二次技術水平還主要停留在綜自階段。近年來，我國鐵路系統也加大了對數字化牽引變電所的研究。今年，我國首座數字化牽引變電所在山西中南部鐵路通道重載試驗段建成試點。

1 數字化牽引變電所的特點

數字化牽引變電所的主要技術特征為：一是基于IEC61850通信規約，IEC61850將變電站通信體系分為3層[1]，站控層、間隔層、過程層， 采用基于IEC61850標準的全站統一平臺，設備之間實現數據交換；二是一次設備智能化，采用電子式互感器、智能開關（或配智能終端傳統開關）等智能一次設備，設備信息采用光纖傳輸；三是二次設備網絡化，使用通信網絡交換信息，系統建模標準化，統一的信息模型和信息交換模型解決了互操作問題，實現了數據、資源共享[2，3]，簡化了系統維護、工程配置和工程實施。

典型傳統變電站與數字化變電站的配置區別如圖1。

2 數字化牽引變電所的幾種主接線和布置方式

數字化牽引變電所主要涉及的關鍵技術包括電子式互感器的應用、智能化一次設備的研發和牽引變電所基本框架的研究等。

由于具體線路的情況不同、設備運行成熟的程度不同，在數字化牽引變電所的工程應用中存在多種主接線方式和多種運行方式。文章以AT供電方式、主變壓器為220/2×27.5kV三相V/X接線、進線采用線路變壓器組接線、戶外布置的牽引變電所為例，研究數字化變電所的布置方案。

2.1 數字化+常規綜自雙重配置

由于牽引供電系統負荷的特殊性，數字化牽引變電所目前尚無運行經驗和有效的參考數據，為保證運行的可靠性，同時驗證系統的相關應用，在試點階段可選用此種接線方式。

2.1.1 流互、壓互獨立布置

220kV側采用常規電流互感器與電子式電流互感器串聯，常規電壓互感器與電子式電壓互感器并聯；2×27.5kV側采用常規雙流互、雙壓互，一路直接接入常規綜自，一路經過當地智能組件就地數字化接入數字化綜自。虛框內為與數字化綜自相連接的流互、壓互。

220kV、2×27.5kV側采用常規斷路器、隔離開關、常規變壓器，均通過當地智能組件實現就地數字化。（見圖2）

電子式電壓互感器、電子式電流互感器輸出數字信號，通過合并單元將采樣信息以IEC61850傳輸標準傳輸給各保護測控等間隔層設備。

2.1.2 流互、壓互緊湊布置

圖3與圖2的區別是，2×27.5kV側的流互、壓互盡量緊湊布置，圖2中流互采用單臺單桿布置，圖3中采用一組2臺同桿架設；圖2中壓互8臺，圖3中壓互4臺，每臺采用雙線圈分別接入傳統綜自和數字化綜自。此種布置方式既能保證兩套綜自系統之間的相對獨立性，又減少了設備，節約了場地。我國首座數字化牽引變電所試點即采用的此種布置方式。

2.2 數字化布置

隨著數字化相關設備和技術的逐步成熟，數字化牽引變電所可直接采用數字化系統。

2.2.1 常規流互、壓互+當地智能組件

采用常規互感器和常規開關，通過智能組件柜實現就地數字化，提供數字接口與間隔層保護測控裝置進行通信。（見圖4）

2.2.2 220kV采用電子式流互、壓互

220kV側采用電子式流互和電子式壓互，通過合并單元將采樣信息以IEC61850傳輸標準傳輸給各保護測控等間隔層設備；其他設備采用常規設備，通過智能組件柜實現就地數字化，提供數字接口與間隔層保護測控裝置進行通信。（見圖5）

2.2.3 隨著設備智能化、集約化程度的不斷提高，設備布置可采用新的型式：隔離式斷路器（DCB），以“斷路器+隔離開關”合二為一的模式取代兩個分立設備的組合；流互和壓互的功能在同一臺設備中實現，即電子式電流電壓互感器；電子式互感器融入隔離式斷路器；電子式電流電壓互感器同時兼作進線隔離開關的靜觸頭支持裝置。這些智能化的設置會不斷提高設備性能、減少占地和投資，但目前在應用上尚不成熟。

2.3 數字化牽引變電所的布置方式比較（見表1）

3 數字化牽引變電所設計中需注意的問題

目前，數字化牽引變電所的研究和應用還處于初級階段，帶來了很多新的技術，給設備的運營維護提出了新的要求。

表2 數字化牽引變電所在運營維護方面

與常規牽引變電所的不同

這就需要積極探索數字化牽引變電所的運營維護模式，逐步提高運營維護人員的專業化水平。

4 結束語

目前基于IEC61850的數字化變電所試運行在我國已經開始，隨著新設備智能化程度的不斷提高以及新技術的不斷發展，數字化牽引變電所將會逐步減少投資和土地占用；數字化的一些高級應用如以供電臂為單元的網絡化保護、一次設備在線態勢感知、二次信息模型通用設計、系統自動在線檢驗技術、系統功能自愈技術等也會不斷開展，數字化技術將為牽引變電所帶來廣闊前景。

參考文獻

[1]IEC61850 1999，Communication networks and system in substations[S].

[2]周建.基于數字化技術的牽引變電所自動化研究[J].電氣化鐵道，客運專線技術研討會論文集 [C].

[3]李建，鄧四俊.數字化變電站自動化系統淺談[J].四川水利，2005（6）.