数字变电站研究

韩士博1胡兰子2

（1中国电建集团贵州电力设计研究院有限公司贵阳550002；

2中国航天科工集团第十研究院贵州航天控制技术有限公司贵阳550009）

摘要：数字化变电站是应用IEC61850进行建模和通信的变电站，数字化变电站体现在过程层设备的数字化，整个站内信息的网络化，以及开关设备实现智能化。数字化变电站是以IEC61850系列标准为先导牵引，以OCT/ECT等非常规互感器、智能断路器技术发展为突破口，以网络技术发展为支撑的系统化工程。经过10余年的技术发展，目前已经基本成熟，得到了广泛的工程应用。

关键词：数字化变电站；结构；特征；IEC61850

1前言

本论文首先介绍了数字变电站的概念及其特点，简述了数字变电站的发展现况和各关键技术现阶段的发展，分析了数字变电站的优势，技术特征、结构、以及问题。概述了IEC61850通信准则，分析了他的制定对数字化变电站发展的影响，和有关于对IEC61850的认识。最后分析了在数字化变电站中关键的光电式互感器的应用，介绍了光电式互感器的原理，技术特点、在数字化变电站应用中产生的问题。

2数字变电站的优势

即数字化变电站内的信息全部做到数字化，信息传递实现网络化，通信模型达到标准化，使各种设备和功能共享统一的信息平台。这使得数字化变电站在系统可靠性、经济性、维护简便性方面均比常规变电站有大幅度提升。

数字化变电站中采用电子式互感器根本性地解决了ＣＴ动态范围小及饱和问题，从源头保证了保护的可靠性。二次回路设计极大简化，保护压板、按钮和把手大大减少，显著减少运行维护人员的“三误”事故，光纤的应用也彻底解决了电缆老化问题，系统可靠性得到充分保障。

除此之外，数字化变电站中IED61850所支持的互操作性，提高了变电站选择产品的自由度。提高了用户对设备的驾驭能力，产品可与其它设备组织在统一系统中，从而保护了变电站投资。

3数字变电站技术特征与结构

3.1数字变电站的技术特征

数字变电站技术的发展直接表现为变电站自动化系统结构的变迁，从集中式到分层分布式。厂站自动化技术在结构上增强了变电站自动化系统功能的同时，提高了系统的实时性、可靠性、可扩展性和灵活性，基本达到了节省投资、简化维护等目的。

各类数据从源头实现数字化，真正实现信息集成、网络通信、数据共享。在电流、电压的采集环节采用数字化电气测量系统，如光电/电子式互感器，实现了电气量数据采集的数字化应用，并为实现常规变电站装置冗余向信息冗余的转变，为实现信息集成化应用提供了基础。打破常规变电站的监视、控制、保护、故障录波、量测与计量等几乎都是功能单一、相互独立的装置的模式，改变了硬件重复配置、信息不共享、投资成本大的局面。

3.2数字变电站的系统结构

数字化变电站是智能化的一次设备、网络化的二次设备在IEC62850通信协议技术上分层构建的，能够实现智能设备间信息共享和互操作。有以下三个部分组成。

1）智能化的一次设备

智能化的一次设备包括光电/电子式互感器，智能化断路器等。光电/电子式互感器的最大特点是可以输出低压模拟量和数字量信号，直接用于微机保护和电子式计量设备，适应电子系统数字化、智能化和网络化的需要，由于其动态范围比较大，能同时适用于测量和保护两种功能的应用。光电/电子式互感器具有良好的绝缘性能、较强的抗电磁干扰能力、测量频带宽、动态范围大等特点。

2）变电站内的二次设备

变电站内的二次设备，如继电保护装置、测量控制装置、防误闭锁装置、远动装置、故障录波装置及正在发展中的在线状态监测装置，全部基于标准化、模块化的微处理器设计制造，二次设备不再出现常规功能装置重复的I/O现场接口，它们之间的连接全部采用高速的网络通信，并且通过网络真正实现数据共享、资源共享。

3）IEC61850通信规范

IEC61850是国际电工委员会TC57工作组制定的《变电站通信网络和系统》系列标准，它是基于网络通信平台的变电站自动化系统唯一的国际标准，它不仅规范保护测控装置的模型和通信接口，而且还定义了数字式TA、TV、智能式开关等一次设备的模型和通信接口。在变电站层和间隔层之间的网络采用抽象通信服务接口映射到制造报文规范、传输控制协议/网际协议以太网或光纤网。在间隔层和过程层之间的网络采用单点向多点的单向传输以太网。变电站内的智能电子设备均采用统一的协议，通过网络进行信息交换。

3.3数字变电站的网络结构

数字化变电站自动化系统分为三层网络结构。

1）过程层

过程层是一次设备与二次设备的结合面，或者说过程层是指智能化电气设备的智能化部分。过程层的主要功能分三类：电力运行实时的电气量检测；运行设备的状态参数检测；操作控制执行与驱动。

2）间隔层

间隔层设备的主要功能是：汇总本间隔过程层实时数据信息，实施对一次设备保护控制功能，和本间隔操作闭锁、操作同期及其他控制功能；对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制；承上启下的通信功能，即同时高速完成与过程层及站控层的网络通信功能。必要时，上下网络接口具备双口全双工作方式，以提高信息通道的冗余度，保证网络通信的可靠性。

3）站控层

站控层设备的主要功能是：通过两级高速网络汇总全站的实时数据信息，不断刷新实时数据库，按时登录历史数据库；按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心；接收调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行；具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能；具有站内当地监控，人机联系功能，如显示、操作、打印、报警、图像、声音等多媒体功能；具有对间隔层、过程层诸设备的在线维护、在线组态、在线修改参数的功能。

3.4数字变电站应用中存在的问题

目前光电/电子式互感器的生产厂家数量有限，产品可选型号相对较少，部分高电压等级的电流互感器变比较大，不能满足现场运行需要。如内蒙古220kV杜尔伯特数字化变电站，线路电流互感器变比为1200/5，为满足现场实际需要，只能在合并器上采用软件的方法修改变比，使得TA的输出精度可能无法满足要求，给变电站的计量、保护都带来一定的负面影响。

由于光电/电子式互感器本身的结构特点和工作方式，导致互感器的角差、比差现场试验难以进行，甚至极性试验也无法开展，只能等到设备投运带电后，才能检验接线的准确性。

数字化变电站保护校验相对复杂，在变电站运行的条件下对部分间隔保护校验的难度很大，目前的常规继电保护校验装置无法提供数字化保护所需的电流量和电压量，因为电流量和电压量必须经过合并器才能进入保护装置，而要完成试验必须自带合并器提供模拟试验中的电流量和电压量，要完成母差保护这类需要大量电流电压量的保护校验便显得尤为困难。

4总结

本论文阐述了数字变电站的优势，技术特征、结构、以及数字化变电站应用中产生的问题。分析了其特点与制定对数字化变电站发展主要的影响与促进，和有关于对IEC61850的理解认识。最后介绍了在数字化变电站中关键的光电式互感器的应用，介绍了光电式互感器的原理，技术特点、在数字化变电站应用中产生的问题。数字化变电站是数字化电力系统的重要构成部分，随着数字化变电站中关键技术的不断发展，IEC61850的规范数字化变电站也会因其巨大的优点，成为未来普及的必然发展趋势。

参考文献

[1]高翔.数字化变电站应用技术[M].中国电力出版社，2008.

[2]高翔，张沛超.数字化变电站主要技术特征和关键技术[J].电网技术，2006年8月

[3]张沛超，高翔.数字化变电站系统结构[J].电网技术，2006年12月.

[4]卢强.数字电力系统(DPS)——新世纪电力系统科技发展方向.物理与工程，2001.

[5]虞昉(鄞州供电局)《未来的数字化变电所自动化技》

[6]游复生.基于IEC61850的数字变电站自动化系统.广东输电与变电术,2007,7月

作者简介：韩士博（1985-），男，河北邯郸人，硕士研究生，工程师，主要从事电网规划和电力设计。