數(shù)字化變電站分析與研究

宋　濤　齊英杰

[摘要]隨著智能化開關(guān)、光電式互感器等機電一體化設(shè)備的出現(xiàn)和應(yīng)用，變電站自動化的技術(shù)進入數(shù)字化的新時代。在分析數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的基本特征基礎(chǔ)上，簡要總結(jié)數(shù)字化變電站的優(yōu)點，并對它的發(fā)展現(xiàn)狀進行分析和研究。

[關(guān)鍵詞]智能化光電式互感器變電站自動化數(shù)字化變電站

中圖分類號：TM7文獻標識碼：A文章編號：1671-7597(2009)0610042-01

一、引言

變電站自動化系統(tǒng)是在計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它提高了電網(wǎng)建設(shè)的現(xiàn)代化水平，增強了輸配電的可靠性，降低了變電站的總造價，因此在電力系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。隨著智能化開關(guān)、光電式電流電壓互感器、一次運行設(shè)備在線狀態(tài)檢測及自診斷、變電站運行操作培訓(xùn)仿真等技術(shù)的日趨成熟，一些基于新物理測量原理的傳感器和控制器的應(yīng)用為一次設(shè)備提高了測量精度，降低了電流電壓動態(tài)測量范圍的誤差。隨著這些新技術(shù)的應(yīng)用，數(shù)字化變電站將得到大力推廣和使用。

二、數(shù)字化變電站的基本特征

1、傳感器數(shù)字化。電壓互感器和電流互感器采用基于全數(shù)字和光纖的信號采集系統(tǒng)，而不是常規(guī)的電磁式互感器；其它各種信號的傳感器也必須數(shù)字化并采用光纖傳輸信號。

2、一次設(shè)各智能化。采用智能化的一次設(shè)備取代常規(guī)一次設(shè)備，即采用數(shù)字化可編程控制回路代替常規(guī)繼電器、斷路器、隔離刀閘、接地刀閘等設(shè)備，采用了光機電一體化設(shè)計，輸入是通信光纖而不是常規(guī)的控制電纜。

3、二次設(shè)各網(wǎng)絡(luò)化。二次設(shè)備包括繼電保護、測控、故障錄波、計量裝置及其他自動化裝置都是基于全數(shù)字或光纖信號的新型微機裝置，采用光纖以太網(wǎng)傳輸。

4、通信標準統(tǒng)一化。全站所有設(shè)備的信息交換與傳遞都采用同一種標準IEC61850。即數(shù)字化傳感器、數(shù)字化保護測控裝置等二次設(shè)備、智能化一次設(shè)備與站控層計算機監(jiān)控系統(tǒng)均統(tǒng)一采用同一個標準，不同廠商生產(chǎn)的各種不同功能的裝置或設(shè)備可以執(zhí)行互操作。

5、傳輸光纖化。傳統(tǒng)的控制電纜、信號電纜等全部被光纖所取代，光纖的數(shù)日與設(shè)備的數(shù)目大致相當(dāng)，安裝非常簡便。

三、數(shù)字化變電站的優(yōu)點

1、變電站的各種功能可共享統(tǒng)一的信息平臺，避免設(shè)備重復(fù)。數(shù)字化變電站的所有信息采用統(tǒng)一的信息模型，按統(tǒng)一的通信標準接入變電站通信網(wǎng)絡(luò)。變電站的保護、測控、計量、監(jiān)控、遠動、VQC、電能質(zhì)量分析、設(shè)備在線監(jiān)視等系統(tǒng)均用同一個通信網(wǎng)絡(luò)接收電流、電壓和狀態(tài)等信息以及發(fā)出控制命令，不必為不同功能建立各自的信息采集、傳輸和執(zhí)行系統(tǒng)。這樣，傳統(tǒng)的二次設(shè)備在性能和可靠性方面大大提升，設(shè)各配置也進一步簡化，實現(xiàn)小型化或隱形化。

2、變電站總投資減少。光電子互感器的傳感部分體積小重量輕并且采用光纖傳輸，絕緣和支撐易于解決，容易實現(xiàn)光機電一體化隱形設(shè)計，全站取消了所有的控制和信號電纜，代之以光纖，大大節(jié)省了有色金屬并且便于施工；智能化一次設(shè)備由于布置緊湊，并取消了控制室，使變電站減少了占地面積，減小了征地投入；數(shù)字化變電站安裝調(diào)試簡便，既縮短了建設(shè)周期，又節(jié)省了建設(shè)費用，使數(shù)字化變電站的總投資減少。

3、進一步提升了自動化和管理水平。數(shù)字化變電站采用智能一次設(shè)備，所有功能均可遙控實現(xiàn)。通信系統(tǒng)傳輸?shù)男畔⒏暾ㄐ诺目煽啃院蛯崟r性都大幅度提高。變電站可實現(xiàn)更多、更復(fù)雜的自動化功能，提高了自動化水平。設(shè)備具有互操作性，方便了設(shè)備的維護和更新，減少操作時間，提高工作效率。

4、提高信號傳輸?shù)目煽啃?。?shù)字化變電站一次和二次設(shè)備間、二次設(shè)備之間均使用抗干擾能力強的光纖連接，從根本上解決抗干擾問題，使保護的可靠性大幅度提高。

5、應(yīng)用電子式互感器解決傳統(tǒng)互感器固有問題。傳統(tǒng)互感器由于采用電磁原理，TA斷線導(dǎo)致高壓危險、TA飽和影響保護的可靠性、TV短路導(dǎo)致過流燒毀。數(shù)字化變電站采用電子式互感器，不怕短路開路，不會飽和。

6、通信網(wǎng)絡(luò)取代復(fù)雜的控制電纜。數(shù)字化變電站一次和二次設(shè)備間、二次設(shè)備之間均采用計算機通信技術(shù)，一條信道可傳輸多個通道的信息。因此數(shù)字化變電站的二次接線將大幅度簡化，這也將大大減少土建施工的工作量以及后期電氣試驗的難度。

7、提升了測量精度。數(shù)字化變電站采用輸出數(shù)字信號的電子式互感器，數(shù)字化的電流電壓信號在傳輸?shù)蕉卧O(shè)備和二次設(shè)備處理的過程中均不會產(chǎn)生附加誤差，提升了保護系統(tǒng)、測量系統(tǒng)和計量系統(tǒng)的系統(tǒng)精度。

四、數(shù)字化變電站的發(fā)展現(xiàn)狀

1、2006年11月，我國第一個數(shù)字化變電站云南省曲靖市翠峰110千伏數(shù)字化變電站，通過國家鑒定后，內(nèi)蒙古杜爾伯特220KV數(shù)字化變電站、無錫圓石110KV數(shù)字化變電站等相繼建成，這些數(shù)字化變電站的運行經(jīng)驗將為變電站設(shè)備邁進數(shù)字化時代提供了寶貴經(jīng)驗。

2、從國際范圍看，許多發(fā)達國家都已有數(shù)字化變電站投運。他們主要是從經(jīng)濟性的角度來考慮是否實施數(shù)字化。數(shù)字化變電站的各種功能都共用統(tǒng)一的信息平臺，可以避免設(shè)備的重復(fù)投入，二次接線也較傳統(tǒng)變電站簡單，可以節(jié)約安裝和運行維護的成本。

3、國內(nèi)電力系統(tǒng)的高速發(fā)展為數(shù)字化變電站的建設(shè)提供了市場平臺和發(fā)展基礎(chǔ)。數(shù)字化變電站在國內(nèi)能否得到大量快速地推廣，要看數(shù)字化技術(shù)的被認可程度及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展情況。

4、目前制約數(shù)字化變電站的核心技術(shù)主要存在幾個方面：一是光電子互感器技術(shù)還沒有完全過關(guān)；二是智能化開關(guān)處于概念階段；三是IEC61850標準實施與認證問題。完整的解決以上幾個問題，就掌握了數(shù)字化變電站的主動權(quán)。