孫曉明

（山東電力工程咨詢?cè)河邢薰荆綎| 濟(jì)南 250013）

智能變電站中的數(shù)字化數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng)

孫曉明

（山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?，山東 濟(jì)南 250013）

智能變電站中在電流、電壓的采集環(huán)節(jié)采用數(shù)字化電氣測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了電氣量數(shù)據(jù)采集的智能化應(yīng)用，模擬量采集方式實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字量化后通過光纖線路傳輸，利用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或高速以太網(wǎng)方式傳輸，構(gòu)成變電站數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng)。針對(duì)這一變革，系統(tǒng)介紹了智能變電站數(shù)字化數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng)。

智能變電站；電子互感器；采樣值；數(shù)字化測(cè)量

0 引言

隨著電子互感器技術(shù)的發(fā)展和IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的推廣，變電站間隔層智能設(shè)備的交流采樣技術(shù)由傳統(tǒng)的對(duì)模擬信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)變革為以太網(wǎng)通信技術(shù)。智能變電站在模擬量采集方式上有了很大變化，傳統(tǒng)變電站內(nèi)表計(jì)的采樣傳感器一般采用是高功率輸出的電流互感器和電壓互感器，而新型智能化變電站內(nèi)模擬量采樣實(shí)現(xiàn)全數(shù)字量化后通過光纖線路傳輸，利用高速以太網(wǎng)構(gòu)成變電站數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng)。并且一次側(cè)的傳感器采用了低功率輸出的電子式互感器，它具有測(cè)量準(zhǔn)確度高、無飽和、動(dòng)態(tài)范圍寬、無二次開路危險(xiǎn)等優(yōu)點(diǎn)，為智能變電站內(nèi)電能計(jì)量提供了準(zhǔn)確、可靠數(shù)據(jù)來源，系統(tǒng)的EMC性能得到了很大提升，同時(shí)也將智能化變電站內(nèi)電能采集與管理融入了IEC61850標(biāo)準(zhǔn)體系。

1 系統(tǒng)組成

智能變電站過程層采樣數(shù)據(jù)的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)傳輸如圖1所示，過程層設(shè)備采用電子式互感器、光纖輸出，電子式互感器匯總到合并單元，合并單元經(jīng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或以太網(wǎng)方式發(fā)送采樣數(shù)據(jù)至位于間隔層的智能設(shè)備。變電站智能設(shè)備的交流輸入信號(hào)將由電纜從傳統(tǒng)電壓、電流互感器輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄐ烹娎|或光纖輸入的數(shù)字信號(hào)。

圖1 智能變電站過程層采樣數(shù)據(jù)的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)傳輸

2 電子式互感器

電力系統(tǒng)中傳統(tǒng)TA、TV存在磁飽和問題,測(cè)量誤差較大；而且TA測(cè)得的模擬量在傳輸過程中易受干擾。隨著電力系統(tǒng)容量越來越大，電壓等級(jí)越來越高，導(dǎo)致 CT體積龐大，絕緣難、造價(jià)高、可靠性差等問題日益突出。電子式互感器克服了這些缺點(diǎn)，它無需鐵心，無飽和問題，電氣絕緣性好，抗干擾能力強(qiáng)。此外，還有體積小、重量輕及安全可靠等一系列優(yōu)點(diǎn)。

電子式互感器可實(shí)現(xiàn)交直流高電壓大電流的傳變，并以數(shù)字信號(hào)形式通過光纖提供給保護(hù)、測(cè)量等相應(yīng)裝置；合并單元還具有模擬量輸入接口，可以把來自其它模擬式互感器的信號(hào)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以100base－FX或10Base-FL接口輸出數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化了保護(hù)、計(jì)量等功能裝置的接線。

圖2為有源電子式互感器原理框圖。

圖2 有源電子式互感器工作原理框圖

電子式互感器通常由傳感模塊和合并單元兩部分構(gòu)成，傳感模塊又稱遠(yuǎn)端模塊,安裝在高壓一次側(cè)，負(fù)責(zé)采集、調(diào)理一次側(cè)電壓電流并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。合并單元安裝在二次側(cè)，負(fù)責(zé)對(duì)各相遠(yuǎn)端模塊傳來的信號(hào)做同步合并處理。

2.1 遠(yuǎn)端模塊

電子式互感器的遠(yuǎn)端模塊用來對(duì)模擬量輸入進(jìn)行采樣、模數(shù)轉(zhuǎn)換并通過光纖傳送數(shù)據(jù)到合并單元，與合并單元僅通過兩根光纖進(jìn)行能量和數(shù)據(jù)的傳遞。圖3為遠(yuǎn)端模塊的原理框圖。

圖3 遠(yuǎn)端模塊原理圖

2.2 合并單元

合并單元是低壓側(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，并且為高壓側(cè)遠(yuǎn)端模塊提供能源。圖4為合并單元功能框圖。

合并單元主要包括三種功能：1）接收多路遠(yuǎn)端模塊的采樣光信號(hào)，匯總之后按照IEC-61850規(guī)約以光信號(hào)形式對(duì)外提供采集數(shù)據(jù)；2）以光能量的形式，為遠(yuǎn)端模塊提供工作能源；3）接收來自站級(jí)或繼電保護(hù)裝置的同步光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端模塊間的采樣同步功能。

圖4 合并單元主要功能框圖

高壓側(cè)遠(yuǎn)端模塊單元的工作電源同時(shí)由取能線圈和激光電源提供，兩者動(dòng)態(tài)自檢，互為熱備用。取能線圈就地采集一次電能后經(jīng)整流濾波提供直流電源；位于集控室的激光電源提供高能激光，經(jīng)由光纜傳輸?shù)竭h(yuǎn)端模塊單元后經(jīng)光電轉(zhuǎn)換提供直流電源。

合并單元還可以通過輔助CPU和擴(kuò)展開入開出直接提供保護(hù)、測(cè)量等功能，同時(shí)通過光纖以太網(wǎng)接口給監(jiān)控、測(cè)量等裝置提供數(shù)據(jù)。

3 數(shù)字化采樣數(shù)據(jù)的傳輸

智能變電站中數(shù)字化采樣數(shù)據(jù)的傳輸采取點(diǎn)對(duì)點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)兩種方式。出于對(duì)繼電保護(hù)可靠性的考慮，智能變電站中保護(hù)應(yīng)直接采樣，即采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式傳輸數(shù)據(jù)，協(xié)議采用 IEC60044-7/8或IEC61850-9-1/2標(biāo)準(zhǔn)。而對(duì)于測(cè)控裝置、故障錄波、計(jì)量等二次設(shè)備，其采用數(shù)據(jù)可通過搭建過程層網(wǎng)絡(luò)的方式傳輸，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

過程層傳輸采樣值的網(wǎng)絡(luò)稱SMV采樣值網(wǎng)，其主要功能是實(shí)現(xiàn)電流、電壓交流量的上傳。SMV采樣值網(wǎng)絡(luò)協(xié)議采用IEC 61850-9-1/2標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于保護(hù)雙重化要求的間隔，網(wǎng)絡(luò)按照雙重化配置，物理上做到相互獨(dú)立；對(duì)保護(hù)單重化要求的間隔，網(wǎng)絡(luò)按照單重化配置。

圖5為以3/2接線線邊斷路器合并單元的接口說明。

圖5 為3/2接線線邊斷路器合并單元的接口

4 結(jié)語

智能變電站中的電流、電壓采集采用光電式互感器或電子式互感器，實(shí)現(xiàn)了電氣量數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)的數(shù)字化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了一、二次系統(tǒng)電氣上的有效隔離，電氣量測(cè)量范圍大、測(cè)量精度高，其采用數(shù)據(jù)可通過搭建過程層網(wǎng)絡(luò)的方式傳輸，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。為實(shí)現(xiàn)常規(guī)變電站變電站裝置冗余向信息冗余的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)信息集成化應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。

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

［2］李開成.數(shù)字化光纖電流測(cè)量技術(shù)研究［J］.儀器儀表學(xué)報(bào)，2004（8）.

［3］周斌.一種新型變電站職能設(shè)備采樣值接口方案［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2006（10）.

The Digital Electrical Energy Measurement System of Smart Substation

In smart substation,the digital acquisition system is used in the sample of voltage and electric current.In this way,analog data acquisition is digitized,and the digital acquisition data is transferred to digital electric energy meter via fiber with point to point protocol or Ethernet.This constitutes the digital electrical measurement and transmission system.

smart substation；electronic instrument transformer;data acquisition；digital measurement

book=18,ebook=12

TM63

B

1007－9904（2010）04－18－03

2010－03－17

孫曉明（1979－），碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏﹄娮蛹夹g(shù)及其應(yīng)用，現(xiàn)主要從事電力系統(tǒng)自動(dòng)化、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)工作。