數(shù)字化變電站主要技術(shù)特征及其發(fā)展前景探析

叢培杰 魏長(zhǎng)春

（1.廣州供電局有限公司變電管理二所，廣東 廣州510160；2.廣州思唯奇計(jì)算機(jī)科技有限公司，廣東 廣州510663）

0 引言

作為構(gòu)建在IEC61850標(biāo)準(zhǔn)上的全數(shù)字化變電站，其對(duì)站內(nèi)信息進(jìn)行統(tǒng)一建模，通過(guò)報(bào)文來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行操作的網(wǎng)絡(luò)通信、通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的交換等，因此完全顛覆了傳統(tǒng)變電站的信息應(yīng)用模式，具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。

1 數(shù)字化變電站采用的主要技術(shù)

1.1 通信網(wǎng)絡(luò)

數(shù)字化變電站通信網(wǎng)絡(luò)涵蓋的內(nèi)容比較多，其將變電站的各層次都包括在內(nèi)，在構(gòu)建時(shí)除考慮技術(shù)可行性外，還要衡量經(jīng)濟(jì)承受能力。一般而言，數(shù)字化變電站通信網(wǎng)絡(luò)主要包括以下幾個(gè)方面：（1）站控層網(wǎng)絡(luò)。目前主要有單星型以太網(wǎng)、雙星型以太網(wǎng)和單自愈環(huán)網(wǎng)等模式，其中單星型以太網(wǎng)適合110kV及以下等級(jí)的數(shù)字化變電站，它取消了保護(hù)管理，將保護(hù)直接連到主網(wǎng)上；雙星型以太網(wǎng)適合220kV及以上等級(jí)的數(shù)字化變電站，它不需要單獨(dú)設(shè)置錄波網(wǎng)，并且將保護(hù)和自動(dòng)裝置二次回路直接連到主網(wǎng)上；單自愈環(huán)網(wǎng)在國(guó)外的應(yīng)用較多，但在我國(guó)應(yīng)用較少。圖1為單星型以太網(wǎng)模式的結(jié)構(gòu)圖。（2）過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)。目前主要有SV采樣值網(wǎng)絡(luò)和GOOSE網(wǎng)絡(luò)等模式，其中 SV 采 樣 值 網(wǎng) 絡(luò) 可 采 用 IEC61850－9－1、IEC60044－8 和IEC61850－9－2組網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)傳輸；GOOSE網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用模式有雙星型以太網(wǎng)單出口、雙星型以太網(wǎng)雙出口、單星型以太網(wǎng)和GOOSE網(wǎng)分段配置，每種模式都有其優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用范圍，在工程應(yīng)用時(shí)要尤為注意。（3）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)冗余。數(shù)字化變電站網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方式有環(huán)型、星型和總線型，其中環(huán)型的優(yōu)點(diǎn)是可靠性較高，缺點(diǎn)是造價(jià)高且網(wǎng)絡(luò)延遲較大；星型的優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)延遲小且造價(jià)相對(duì)較低，缺點(diǎn)是可靠性較低；總線型的優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)最低，缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)延遲較大且可靠性最低。

圖1 單星型以太網(wǎng)模式的結(jié)構(gòu)

1.2 非常規(guī)互感器

按照工作原理，非常規(guī)互感器可以分為電子式互感器和光電式互感器2大類。其中，基于羅科夫斯基線圈的電子式互感器應(yīng)用于空氣絕緣、戶外變電站時(shí)，旨在解決高電位電子設(shè)備的供電問(wèn)題和信號(hào)從高電位向低電位的傳輸問(wèn)題；光電式互感器利用法拉第效應(yīng)，其優(yōu)點(diǎn)是不需要向傳感頭提供電源。

將非常規(guī)互感器應(yīng)用于數(shù)字化變電站中，具有傳統(tǒng)互感器所無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，如非常規(guī)互感器沒(méi)有使用鐵芯耦合，因此不會(huì)產(chǎn)生鐵磁諧振和磁飽和等問(wèn)題，從而提高了數(shù)字化變電站的可靠性；非常規(guī)互感器利用光纖將高壓側(cè)信號(hào)傳輸給二次設(shè)備，因此可以極大地降低數(shù)字化變電站的造價(jià)；非常規(guī)互感器不存在磁飽和現(xiàn)象，能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍的測(cè)量，同時(shí)滿足繼電保護(hù)需求，并且測(cè)量精度較高；非常規(guī)互感器使用光纖來(lái)進(jìn)行低壓側(cè)和高壓側(cè)的通信，二次回路和高壓回路在電氣上完全隔離，因此提高了數(shù)字化變電站的安全性。

1.3 繼電保護(hù)

繼電保護(hù)能對(duì)數(shù)字化變電站二次設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將各種異常信息傳輸給用戶，從而確保技術(shù)人員準(zhǔn)確掌握變電站的運(yùn)行狀態(tài)，確保其安全有序運(yùn)行。

目前，數(shù)字化變電站繼電保護(hù)的配置有2種實(shí)現(xiàn)方式：第一種是常規(guī)保護(hù)配置方式，它不考慮保護(hù)邏輯的改變，按照對(duì)象進(jìn)行配置，保護(hù)的對(duì)象是單個(gè)元件，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜且不能充分發(fā)揮數(shù)字化變電站的優(yōu)勢(shì)；第二種是集成保護(hù)配置方式，它采用雙重化配置原則，保護(hù)對(duì)象是多個(gè)元件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且能夠充分發(fā)揮數(shù)字化變電站的優(yōu)勢(shì)。

2 數(shù)字化變電站的主要技術(shù)特征

相較于傳統(tǒng)的常規(guī)變電站，數(shù)字化變電站具有如下技術(shù)特征：（1）設(shè)備檢修策略由定期檢修轉(zhuǎn)變?yōu)闋顟B(tài)檢修。數(shù)字化變電站能夠?qū)Ω鞣N設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、故障信息等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而確保工作人員及時(shí)掌握故障信息并采取處理對(duì)策，這對(duì)于提高變電站的可用性是非常重要的。（2）數(shù)字化變電站的自動(dòng)化系統(tǒng)趨向于標(biāo)準(zhǔn)化。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，使得數(shù)字化變電站各種智能設(shè)備之間能夠互相操作、互相通信，真正實(shí)現(xiàn)了變電站內(nèi)、控制中心和變電站間的無(wú)縫對(duì)接。（3）數(shù)字化變電站布置更為緊湊。通過(guò)將隔離開(kāi)關(guān)、斷路器、TV和TA等組合在一個(gè)SF6絕緣密封殼體內(nèi)，數(shù)字化變電站的布置變得更為緊湊。數(shù)字化變電站能根據(jù)先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念來(lái)布置非常規(guī)互感器、智能斷路器和集成自動(dòng)化系統(tǒng)，極大地縮小占地面積，減少站內(nèi)設(shè)備和元件數(shù)量，降低土建成本。（4）數(shù)字化變電站采用分層結(jié)構(gòu)。數(shù)字化變電站一、二次設(shè)備分為變電站層、間隔層和過(guò)程層，每層的功能和結(jié)構(gòu)都不相同，以此實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)所有裝置的監(jiān)測(cè)和控制功能。（5）數(shù)字化變電站使用非常規(guī)互感器來(lái)采集電流和電壓信息。利用非常規(guī)互感器，數(shù)字化變電站實(shí)現(xiàn)了電氣量數(shù)據(jù)采集的數(shù)字化應(yīng)用，從而提高了測(cè)量精度，實(shí)現(xiàn)了一、二次系統(tǒng)電氣上的有效隔離。

3 數(shù)字化變電站的發(fā)展前景

從前文分析可知，數(shù)字化變電站是智能電網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)，它具有傳統(tǒng)變電站所不具備的優(yōu)勢(shì)，因此在我國(guó)具有良好的應(yīng)用前景。目前，國(guó)內(nèi)各省份和地區(qū)均在積極探索數(shù)字化變電站的建設(shè)，例如南方電網(wǎng)投運(yùn)的110kV沙坪數(shù)字化變電站、110kV翠峰數(shù)字化變電站、500kV桂林?jǐn)?shù)字化變電站等都取得了良好的應(yīng)用效果。

在未來(lái)，隨著我國(guó)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷推進(jìn)，數(shù)字化變電站必然向著智能化變電站的方向發(fā)展。在對(duì)現(xiàn)有變電站進(jìn)行智能化改造的過(guò)程中，尤為需要重視以下工作：（1）在全面掌握和分析變電站一、二次設(shè)備的基礎(chǔ)上，對(duì)相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行智能化改造，包括開(kāi)關(guān)柜故障預(yù)警系統(tǒng)的智能化改造、視頻監(jiān)控系統(tǒng)的智能化改造、光伏發(fā)電系統(tǒng)的智能化改造、變壓器風(fēng)機(jī)投切系統(tǒng)的智能化改造、交直流一體化切換系統(tǒng)的智能化改造等；（2）在變電站智能化改造的過(guò)程中，要注意使用集設(shè)備運(yùn)維管理、倒閘操作、安全措施設(shè)置等為一身的安全措施與設(shè)備管理仿真系統(tǒng)，以提高變電站設(shè)備的運(yùn)行可靠性和安全性；（3）轉(zhuǎn)變運(yùn)維人員的工作方式和理念，根據(jù)智能化變電站運(yùn)行工作的實(shí)際需求來(lái)組織運(yùn)維人員的培訓(xùn)。

作為數(shù)字化變電站的發(fā)展方向，智能化變電站是智能電網(wǎng)不斷完善的必然趨勢(shì)，并且能夠推動(dòng)我國(guó)智能電網(wǎng)與國(guó)際先進(jìn)水平接軌。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，數(shù)字化變電站是智能電網(wǎng)建設(shè)不可或缺的組成部分，它能提高智能電網(wǎng)運(yùn)行的效率和可靠性，促進(jìn)我國(guó)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的構(gòu)建。依靠非常規(guī)互感器、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和繼電保護(hù)配置的不斷發(fā)展，數(shù)字化變電站在我國(guó)很多省份和地區(qū)已進(jìn)行了摸索和建設(shè)，目前投入運(yùn)行的數(shù)字化變電站都取得了不錯(cuò)的應(yīng)用效果。因此，數(shù)字化變電站是我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)的必然要求，具有良好的發(fā)展前景。

［1］丁書(shū)文.數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)選型［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2003（7）

［2］張沛超，高翔.數(shù)字化變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2006（24）

［3］高翔.數(shù)字化變電站應(yīng)用技術(shù)［M］.中國(guó)電力出版社，2008

［4］魯國(guó)剛，劉驥，張長(zhǎng)銀.變電站的數(shù)字化技術(shù)發(fā)展［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2006（S2）