數字化變電站方案設計探討

吳燕子

（南京國聯電力工程設計有限公司，江蘇 南京 210000）

新能源發電電源分散，發電量也不均衡。要想平衡電網供需，保障電力供應穩定，輸電方向需要由單向向多向發展。電網要想奔向未來，既需要給力的電力基礎設施，也需要給力的運營方式。在發輸配儲用的電力價值鏈上，處處都需要智能化、數字化的監控、通訊和控制系統保證電網的可靠運行。變電站于電網，仿佛關節于骨骼、穴位于經絡。因此，要構建數字化的未來電網，就要建立起數字化變電站。

1 數字化變電站概述

1．1 數字化變電站的概念

根據DL/T860標準，數字化變電站的主要組成部分，包括間隔層、站控層以及過程層這三個部分。同時，在數據建模以及通信服務協議選擇過程中，所使用到的模式為DL/T860模式，同時，在數字化變電站建設過程中，主要應用了一部分具有數字化接口的電子式互感器等智能設備。除此之外，為了能夠實現變電站控制命令、監測信號以及保護跳閘命令的數據的采集、傳送以及分析處理和之后的數據共享等一系列數據處理流程，從而能夠使得變電站具備智能化功能、程序化操作以及網絡化二次功能先進功能。

1．2 與傳統變電站的區別

（1）過程層。包括電子式互感器、智能終端及合并單元等設備，從而能夠及時地收集以及綜合處理一次信息，并且將這些信息完成轉換以及數字化合并。

（2）電子式互感器。電子式傳輸器的主要組成部分包括連接到二次轉換器以及傳輸系統中的一個或者是多個電流傳感器或者是電壓傳感器，通過應用該電子式互感器，能夠將被測量的能量直接傳輸給測量儀表、測量儀器以及繼電保護以及繼電控制裝置。

（3）合并單元。合并單元的主要功能是直接將經過轉化得來的電流及電壓數據進行合成。

（4）智能終端。指的是就近安裝系統設備，從而能夠采集、傳輸、綜合分析處理及控制信息的一項智能化電子裝置。

（5）GOOSE。無論狀態如何發生變化，GOOSE智能電子設備都能夠借助之前所得到的電話報告，多播一個高速二進制對象——通用面向對象的變電站事件報告。

（6）IEC61850標準。IEC61850是國際電工委員會（IEC）TC57工作組指定的《變電站通信網絡和系統》系列標準。通過該標準電網，工作人員就能夠在工作過程中遵從該標準所規定的設備行為、數據定義、數據命名、設備的通用配置語言以及設備的自描述特性。通過規范這一類標準，能夠方便不同電網工作人員工作的交接，使得各個智能電器設備之間能夠實現互操作以及信息共享。通過這些操作式的保護裝置以及測控裝置的通信接口以及模型區域規范化，同時，還進一步定義了智能化開光以及電子式CT、PT等一次設備的通信接口和模型。

1．3 數字化變電站的特點和優勢

與傳統的變電站相比，基于IEC61850標準的數字化變電站擁有數字化的CT、VT、二次設備和開關設備，從而能夠在通信協議上實現無限銜接，并且使得實時數據傳輸功能更為優先，保證所進程的數字化變電站能夠實現數據共享，同時，共享的數據及信息較為全面，并且較為經驗，也方便之后的安裝、運行、后續的維護以及升級等一系列操作，同時，在具備相同格式的底層數據上，還能夠在更進一步降低設備需要投入的成本的基礎上，提供給使用者以更先進的應用功能。此外，由于使用少量光纖代替大量電纜，可以充分簡化二次接線。數字信號和處理無附加誤差，可以提升測量的精度。二次設備具有小型化、標準化、集成化的特點，可以靈活布置，從而減少變電站集控室的面積。

2 數字化變電站設計方案

2．1 數字化變電站系統的基本架構

（1）站控層。站控層主要是保信子站網絡通信記錄分析系統、五防子系統、操作員工作站、主機、衛星過時系統和其他智能設備接口設備、運動通信裝置組成。站控層能夠將全部工作站中采集并傳輸的數據信息直接搜集，同時將這些信息輸入數據庫中定時刷新，這些進入數據庫中的數據，之后將會轉入歷史數據記錄庫中；通過站控層，傳輸而來的有關信息及數據還能夠直接傳輸到調度端，同時，還能在電網的命令下達或者是控制中心控制指令發出以后，按照順序下發到間隔層以及過程層執行。同時，站控層還能夠控制全站的操作閉鎖控制，能夠在站內進行實時監控以及實現人機互聯。除此之外，站控層還具有在線的維護過程層以及間隔層等二次設備，對有關的電網參數進行修改等一系列功能。

（2）間隔層。間隔層主要由測控裝置、計量裝置、保護測繪一體化裝置、穩定控制裝置以及保護裝置等共同組成。而間隔層的主要工作是通過匯集實時的數據信息，從而完成系統的自動控制、保護功能以及邏輯控制功能，同時，對這些功能進行運算判別以及發布信號。除此之外，間隔層還能夠在連鎖以及閉鎖和相關同期功能進行過程中進行判別。此外，間隔層還能夠直接在站控層以及過程層之間實現網絡通信。

（3）過程層。過程層主要負責監測設備的運行狀態及電氣量的采集，同時，執行控制命令等一系列操作。是由電子互感器、合并單元和智能終端構成。

2．2 數字化變電站設計的關鍵技術

（1）非常規互感器技術。在電力系統中，互感器能夠實現電能的計量、測量、控制以及保護等一系列操作，同時，還能夠為以上操作提供一定的電壓信號或者是電流信號。也因此，非常規護感器的可靠性以及精度直接同整個電力系統運行過程中的穩定性、安全性以及經濟性等相關聯，非常規護感器是電力系統當中的一項重要設備。目前，電力系統測量電流或電壓主要采用的是傳統電磁式互感器，它具有類似于變壓器的結構。隨著我國電網已經將原來的220KV的骨干電網提高到了500KV，電壓等級不斷提高，傳統的互感器也暴露出來一系列問題。其中，一方面電磁式互感器具備較為復雜的絕緣結構，除此之外，又因為其工程造價過高，重量以及體積也在隨著性能的增加而增加，支撐結構也在趨于復雜。

（2）智能斷路器技術。斷路器在變電站中作為必不可少的設備，其主要是通過斷路器的操作，實現事故快速隔離保障以及正常操作之間的轉變。在數字化變電站中，重要應用的是智能斷路器設備，在設備中所配備的斷路器具備較高性能，同時，其控制設備的性能也比較高。除此之外，其還另外配備有傳感器、電子設備以及執行器，智能斷路器設備能夠進行斷路器的所有操作。而在此基礎上，智能斷路器還能夠實現其余的附加操作，而這一系列附加操作及功能能夠應用于變電站的監測以及診斷等方面，智能斷路器的主要功能有：①實現重合閘的智能操作；②分合閘相角控制，實現斷路器選相合閘和同步分斷。

（3）通信網絡技術。通信網絡系統作為數字化變電站中的一項重要組成部分，整個網絡系統的安全可靠以及實時性直接同整個數字化變電站系統的可用性相關聯，也因此，要想提高通信網絡的可靠性，則必須先具備有較高可靠性的網絡拓撲結構以及冗余技術。數字化變電站網絡通信技術主要應用于交換機、集線器、服務器、以太網接口以及路由器等多項組成部分，而其中作為一種結構較為簡單的多端口裝置，集線器當中的某一端口如果接收到信息，將會將該信息傳輸給其余的端口。同時，要想堅持這多個端口中的數據，并且判斷數據的屬性，則需要借由智能多路交換機這一裝置實行。而如果各個端口所傳出的數據及數據包信息并不完整，那么，交換機就會忽略這一數據，并不再廣播，反之，如果數據包完整并且能解釋，那么，交換機就會根據該數據包的地址信息，將其廣播到另一個端口中。兩個網絡要想連接到一起，必須由路由器來實現，就能夠將路由器的網絡通信狀況設置為忽略內斷網狀態，從而能夠直接地向互聯網通信傳輸的預期網址。通過使用通信網絡技術，能夠將網絡從原本的被保護，轉變為如今具有開放性的自由邊界的網絡環境中獨立出來，從而使得通信網絡能夠成為一種能夠被管理器控制的具備較高安全性的內部網絡。

3 結語

總的來說，數字化變電站使設備更加簡約、更高效率、更可靠、更易操作和管理，降低了變電站的建設和維護成本，也使電網更加安全、高效、可靠和可預測。長遠來看，變電站自動化技術未來的發展方向以及發展趨勢則必然朝著數字化的方向發展，而數字化作為發展過程中應用的一種手段，就需要在數字化變電站的設計及建造過程中，從生產角度考慮，判斷數字化變電站設計以及建設在技術以及管理上是否能夠完成，從而積極探索正確方向并穩妥推進建設流程。