數字化技術在變電站自動化系統中的應用

劉國徽 毛 焱

（廣東電網有限責任公司中山供電局，廣東 中山 528400）

現在社會已經進入了信息化時代，數字化受到了人們越來越大的重視，在信息社會中以數字化技術作為基礎。數字化變電站的基本原理是變電站通過對所有信息進行采集、傳輸以及處理，在輸出過程中以數字信息全部代替了以往的模擬信息，同時建立了一個適應于它的通信網絡與系統。設備智能化作為數字化變電站的基本特征所在，它實現了通信網絡化模型與通信協議統一化、運行管理自動化等目標。經過多年的發展，變電站自動化技術已經達到了較高的水平，同時光電式電流電壓傳感器、智能控制開關和一次運行設備在線狀態檢測等這類技術也越來越成熟，還有高速計算機網絡也逐漸應用于實時系統中，在變電站中數字化技術對自動化系統運行起到了越來越重要的作用。

一、數字化變電站自動化技術的特征

數字化變電站這個概念是由于數字式過程層設備的出現而有的。在以信息共享化以及過程層數字化為基礎，數字化變電站重視SAS整體的信息化、站內EID之間與統一模型化、變電站和控制中心之間集成應用、協同操作的能力[1]。SAS在不久的未來將以輸配電系統的統一信息源與自動化功能、執行終端的協調和集成作為目標，在建設過程中逐漸實現數字化。典型的數字化變電站結構如圖1所示。

數字化變電站在目前雖然還沒有嚴格意義上的定義，但對于數字化變電站它的形態特征大致有以下幾個方面：

1 變電站具有層次化

在功能的差異上，可以將變電站根據邏輯結構劃分為變電站層、過程層以及間隔層，如圖2所示。變電站層所起到的作用是通過對全站數據的利用，對一次設備進行不間斷的實時監視與控制，同時對遠方控制中心的數據進行交換；過程層所起到的作用是對一次設備接口相關的功能進行一一實現，例如開出開入量以及模擬量采樣等，過程層它還對常規變電站間隔層的部分功能進行分擔，它所起到作用是無可代替的，是為數字式過程層設備特地設置的；間隔層所起到的作用是對本間隔的數據進行利用，從而對本間隔的一次設備進行控制與保護。

2 間隔層設備網絡化

圖1 數字化變電站結構圖

在變電站中間隔層設備是遠動、測控、繼電保護、故障錄波、防誤閉鎖、電壓無功調節等裝置，這些裝置都是由數字式微處理器設計制造的，設備在與變電站層、過程層之間進行交換信息都要通過高速通信網絡實現，因為過程層設備數字化，在常規間隔層往往都要用外部接口來代替通信接口設備的模擬量輸入、輸出等。

3 一次設備的智能化

在設計一次設備中被控制的操作驅動回路和被檢測的信號回路中，均通過光電技術與微處理器來實現，這既大大簡化了常規機電式繼電器以及控制回路的結構，同時又用數字公共信號網絡和數字程控器替換了傳統的導線連接。由光電數字以及光纖取代了常規的強電模擬信號以及控制電纜，而在變電站二次回路中的常規繼電器以及邏輯回路被可編程控制器所取代。

4 運行管理自動化

在變電站中逐漸對電力生產運行數據以及運行狀態的記錄統計實現了無紙化；在信息的分層、分流交換也實現了自動化；變電站在運行過程中一旦有故障發生能馬上得到故障分析報告，及時對故障原因進行分析并給出處理意見；能過自動化系統可以及時提供設備檢修報告，這把以往的變電站設備“定期檢修”由“狀態檢修”所取代。

二、數字化變電站中自動化技術應用的好處

1 變電站各種信息可以真正的實現互通共享

對數字化變電站的建設是按照IEC61850標準建設的，通過一系列自動化設備的投入使用，實現了在同一個網絡中接收來自變電站計量、監控以及保護等系統中的電壓電流以及變電站運行狀態等信息。此外，變電站的控制信息不需要進行信息采集，可以通過同一個網絡來接收。這就實現了變電站的資源共享，這也大大提高了變電站系統的互操作性，同時由于資源實現共享減少了許多原本所需要的設備，為變電站建設的投資起到了節約生產成本的作用。

2 可以擴展變電站的規模與功能

在數字化變電站中以網絡為介質實現了設備與設備之間以及設備與變電站之間進行的信息輸送，在通信網絡中一旦有新的設備接入來，變電站新的功能隨之可以實現，而不需要對原有設備進行更換，這便可大大減少建設成本，同時也讓變化站的工作變得更加方便，工作效率也得到很大提高。

3 有效地提高變電站的測量精度

以往對設備的數據進行采集時是通過變電站的互感器中模擬信號來進行的，這樣往往會產生較大的誤差。而數字化變電站的數據采集是以電子式互感器作為基礎，精確度非常高，因此得到的測量結果也更加精確，這也大大地提高了變電站的工作效率和質量。此外，數字化的測量系統還有著重量輕、體積小等優點，可以在變電站開關設備系統中實現智能集成的形成，從而很好地實現了數字化變電站機電一體化的設計與優化。

三、數字化變電站的實現過程展望

數字化技術在變電站的發展不會是一個短期過程，一定還會經過一個長期的發展，因此要充分對其與目前常規變電站技術的兼容性進行考慮。

1 過程層常規設備的接入

對于過程層的常規設備主要有兩種，即是指斷路器設備和互感器設備，對其應用一般體現在采取智能斷路器技術和非常規互感器技術，還有就是智能斷路器控制器技術，接入常規設備的主要方式有三種：一是常規互感器和智能斷路器；二是常規互感器和常規斷路器；三是非常規互感器和常規斷路器。

2 過程總線方案

到了第二階段時，前面控制將與測量數據的分離通信系統合并起來，同時，控制與測量數據在合并過程中可以省去間隔接線這個步驟，但對于間隔層IED設備在與變電站總線和過程總線進行連接時需要依靠兩個以太網口來完成，因為對來自合并單元的數字化電氣量測系統的瞬時值進行傳送，采用這種通信方式對比于第一階段中的通信方式要快得多。因此，要借用于100 Mbit/s以太網，依靠過程總線保護裝置的跳閘命令最后送達斷路器。

3 過程總線與站總線的合并

在第一 ，第二階段中過程總線和變電站總線中都對以太網進行了使用，加上以太網的還在繼續發展，因此，變電站總線聯接從此開成了一個通信網，而且又不會對變電站內部站的通信造成影響。

結語

數字化技術在變電站自動化系統中的應用日益成熟，對電網自動化技術的發展有了極大的推動作用。未來在數字化變電站應用技術更加成熟的基礎上，將推動新時代數字化電網的實現，這對于提高變電站的安全穩定和可靠運行有著重大意義。

[1]高翔，張沛超.數字化變電站的主要特征和關鍵技術[J].電網技術，2006（23）.

[2]何世恩，劉峻.IEC61850數字化變電站對繼電保護專業的影響[J].電力系統保護與控制，2009（03）.

[3]李蘭欣，苗培青，王俊芳.基于IEC 61850的數字化變電站系統解決方案的研究[J].電網技術，2006（23）.