數(shù)字變電站設計探討

李寧　李國平

內(nèi)蒙古超高壓供電局

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數(shù)字變電站設計探討

李寧李國平

內(nèi)蒙古超高壓供電局

摘要：變電站是電力系統(tǒng)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，擔負著電能轉(zhuǎn)換和重新分配的任務，對于電網(wǎng)的安全、可靠和經(jīng)濟運行起著舉足輕重的作用。數(shù)字化變電站就是將信息采集、傳輸、處理、輸出過程完全數(shù)字化的變電站。全站采用統(tǒng)一的通訊規(guī)約構建通信網(wǎng)絡，保護、測控、計量、監(jiān)控、遠動、VQC等系統(tǒng)，均用同一網(wǎng)絡接收電流、電壓和狀態(tài)信息，各個系統(tǒng)實現(xiàn)信息共享。數(shù)字化變電站技術意味著變電站自動化系統(tǒng)將邁入一個新的發(fā)展平臺。

隨著電力系統(tǒng)容量、輸電電壓等級的提高，使得電力系統(tǒng)的測量與控制更加復雜，傳統(tǒng)變電站的缺陷日漸突出，主要體現(xiàn)在安全性，可靠性已不能滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)的要求；供電電能質(zhì)量缺乏保證；不適應電力系統(tǒng)快速計算和時實控制的要求；維護工作量巨大，設備可靠性差，不利于提高運行管理水平和自動化水平；占地面積大，增加了征地投資等缺點。數(shù)字化變電站技術將逐步引領未來變電站自動化系統(tǒng)技術發(fā)展的趨勢。

1　數(shù)字變電站總體設計

數(shù)字變電站的信息采集系統(tǒng)的主要由高壓側(cè)部分、光纖傳輸部分還有低壓側(cè)部分三部分組成。采用的是光纖傳輸信號，不但提高了精度而且起到了良好的高、低隔離效果。

2　系統(tǒng)硬件設計

2.1羅氏線圈

采用的測量元件是羅氏線圈，它的運用已經(jīng)很成熟。羅氏線圈是一種較為理想的敏感，特別是進行大電流的測量時非常適用。它可以在不接觸被測電路的情況下對高壓電路進行隔離測量。

2.2信號調(diào)理電路

羅氏線圈感應出的電動勢要進行信號調(diào)整，這是因為電動勢不但與被測電流有90度的相位差而且是十分微弱。調(diào)整電路主要由前置放大電路、有源積分電路、低通濾波和隔直電路等部分組成。

2.3傳感信號的處理方式

調(diào)整電路通過不同的方式進行傳輸信號，即把調(diào)整的信號傳輸?shù)降蛪簜?cè)。傳感信號處理的方式分別是調(diào)幅式、壓頻轉(zhuǎn)換式、數(shù)模轉(zhuǎn)換式3種方式。根據(jù)信號及調(diào)制方式的不同選擇不同的傳輸方式。隨著科技的發(fā)展現(xiàn)在最常用的是A／D轉(zhuǎn)換式，因為調(diào)幅式和壓頻轉(zhuǎn)換式都存在缺點。A／D轉(zhuǎn)換時其芯片的選擇要符合的條件是，為了方便信號在光纖中傳輸采用串行輸出，為使轉(zhuǎn)化的電壓范圍為最大限度采用輸入電壓盡可能是雙極性輸入。

2.4光纖傳輸系統(tǒng)

纖傳輸系統(tǒng)的組合成主要包括電光轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換、以及接口電路組成經(jīng)過A／D調(diào)制后，輸出的數(shù)字信息就可以不失真地通過光纖傳輸?shù)降蛪簜?cè)進行數(shù)字信號處理。因此，電信號首先要經(jīng)過電光轉(zhuǎn)換，變成光脈沖信號才能在光纖中傳輸，到達低壓端還要經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換才能送人單片機系統(tǒng)進行信號的處理。因此，光纖傳輸系統(tǒng)主要包括電光轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換、以及接口電路組成。

2.5低壓側(cè)的單片機處理

低壓側(cè)單片機雙重責任：一是通過光纖傳輸產(chǎn)生同步時序波形，控制AD采樣：二是通過光纖傳輸接收高壓端采集的信息。本設計采用兩根光纖連接高、低壓側(cè)。低壓側(cè)單片機的控制采用MSP430。MSP430單片機是一個16位的、具有精簡指令集的、超低功耗的混合型單片機。為了滿足電力系統(tǒng)l3次以上諧波的要求，AD采樣速率為每工頻40個點。定時的目

的是用來控制AD采樣的速率。采樣AD用MAX187芯片，首先要進行初始化，AD轉(zhuǎn)換完畢后，將數(shù)據(jù)取出、發(fā)送。MSP430單片機內(nèi)部含看門狗定時器，它的作用是為了防止發(fā)生死循環(huán)。

3　網(wǎng)絡化的二次設備

變電站內(nèi)常規(guī)的二次設備，如繼電保護裝置、防誤閉鎖裝置、測量控制裝置、遠動裝置、等以及正在發(fā)展中的在線狀態(tài)檢測裝置全部基于標準化、模塊化的微處理機設計制造，設備之間的連接全部采用高速的網(wǎng)絡通信，二次設備不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復的I／0現(xiàn)場接口，通過網(wǎng)絡真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源共享，常規(guī)的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。而數(shù)字變電站系統(tǒng)結(jié)構在邏輯結(jié)構上可分為3個層次，根據(jù)IEE61850通信協(xié)議草案定義，由下至上分別稱為“過程層”、“間隔層”、“站控層”。各層次內(nèi)部及層次之間采用高速網(wǎng)絡通信。過程層的主要功能是：電力運行實時的電氣量檢測；運行設備的狀態(tài)參數(shù)檢測；操作控制執(zhí)行與驅(qū)動。間隔層設備的主要功能是：匯總本間隔過程層實時數(shù)據(jù)信息；實施對一次設備保護控制功能；實施本間隔操作閉鎖功能；實施操作同期及其它控制功能；對數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計運算及控制命令的發(fā)出具有優(yōu)先級別的控制；承上啟下的通信功能，即同時高速完成與過程層及站控層的網(wǎng)絡通信功能。必要時，上下網(wǎng)絡接口具備雙口全雙工方式，以提高信息通道的冗余度，保證網(wǎng)絡通信的可靠性。

4　數(shù)字變電站的信息采集

信息采集采用光電電流互感器，它的輸出是數(shù)字化的，能方便地通過計算機來控制，實現(xiàn)了信息采集的數(shù)字化等諸多優(yōu)點，成為當今數(shù)字變電站信息采集的主要使用對象。

5　結(jié)語

雖然數(shù)字化變電站技術已經(jīng)基本達到了滿足工程化應用的水平，但在技術上尚存很多待改進的空問，對于運行規(guī)程方面帶來的變化也有待于進一步研究及積累經(jīng)驗，因此近兩年內(nèi)仍將是數(shù)字化變電站試運行積累經(jīng)驗的階段。

關鍵字：數(shù)字化 變電站設計