李海亮

摘 要：伴隨數(shù)字化變電站技術(shù)的快速進步，數(shù)字化變電站的建設工作取得了實質(zhì)性地進展。文章對電子式互感器以及變電站信息通信技術(shù)等自動化系統(tǒng)中新型核心技術(shù)的運用情況進行了深入分析與探討。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化變電建設；信息通信技術(shù)；自動化；電子式互感器

中圖書分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）32-0120-02

伴隨科技的快速進步，中國的數(shù)字化變電站技術(shù)已日趨成熟，數(shù)字化變電站指的是變電站內(nèi)的一次電子裝置、二次電子裝置全部實現(xiàn)數(shù)字化，并建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)建模以及通信平臺，從而使得智能設備間的互操作性得到提升。智能化開關(guān)技術(shù)、一次運行設備在線檢測技術(shù)、電流電壓互感器（光電式）以及變電站運行操作仿真技術(shù)的快速發(fā)展，加上自動系統(tǒng)中計算機網(wǎng)絡技術(shù)的運用，對于變電站的數(shù)字化發(fā)展十分有利。

1 網(wǎng)絡化的信息通信技術(shù)

所謂數(shù)字化變電站指的是利用先進的代通信技術(shù)及其通信媒介取代普通的通信電纜，從而進一步簡化了分層組網(wǎng)技術(shù)，使得二次系統(tǒng)變得更加簡捷。變電站內(nèi)的所有二次設備都是基于標準化、模塊化的微處理機進行設計制造，而設備間的互聯(lián)利用的是高速通信網(wǎng)絡，通過局域網(wǎng)達到數(shù)據(jù)、資源的高度共享，省去了普通功能裝置的接口，傳統(tǒng)的功能裝置被邏輯上的功能模塊所替代網(wǎng)絡通信技術(shù)的運用，數(shù)字化變電站能夠達到跨變電站、自動協(xié)調(diào)控制以及跨區(qū)域的保護目的。

數(shù)字化變電站相互之間的通信通過以太網(wǎng)交換機（工業(yè)級IEC61850），充分利用光纖環(huán)網(wǎng)實現(xiàn)互聯(lián)，所有變電站間信息實現(xiàn)了高速連接。變電站內(nèi)部主保護與測控裝置、直流以及電量計費系統(tǒng)（IED）則充分利用變電站高速以太網(wǎng)交換機（IEC61850）對信息進行匯總，變電站、變電站監(jiān)控中心相互的通信都是通過IEC61850 通信協(xié)議標準來完成。變電站內(nèi)配置了一種高性能的通信管理機，這種通信管理機與主機一體化的工業(yè)級嵌入式計算機相連。利用多模式通信接口將站內(nèi)其他設備信息進行匯總，并綜合考慮未來擴展的需要，匯總之后的信息在高速以太網(wǎng)上進行交換。系統(tǒng)利用全站SNTP網(wǎng)絡統(tǒng)一對時模式，各站擁有各自獨立的全球定位系統(tǒng)GPS。

數(shù)字化變電站的站控層主要包括監(jiān)控、事件日志、告警以及遠動服務器等設備；間隔層主要繼電保護、測控、計量以及與接入其他智能設備規(guī)約轉(zhuǎn)換等設備；過程層主要包括合并單元、智能開關(guān)以及數(shù)字互感器等設備。站控層通信全部選用IEC61850 標準，可直接接入IEC61850裝置的主要包括監(jiān)控后臺、遠動通信管理機以及保護信息子站等。間隔層通信網(wǎng)選用的是一種星型網(wǎng)絡架構(gòu)，這種網(wǎng)絡能夠使得跨間隔的橫向聯(lián)鎖功能得以實現(xiàn)。電壓不超過110 kV 及的變電站自動化系統(tǒng)都可以選用單以太網(wǎng)，電壓超過110 kV的變電站自動化系統(tǒng)必須選用雙以太網(wǎng)。網(wǎng)絡選用的是IEC61850國際標準，而非IEC61850規(guī)約的設備必須經(jīng)過規(guī)約轉(zhuǎn)換之后才能接入。

GOOSE機制指的是面向通用對象的變電站事件，能夠?qū)τ蓴?shù)據(jù)集組織的公共數(shù)據(jù)交換獲得支持，是實現(xiàn)分布式保護或者分布式自動化的前提，能夠運用在間隔層以及過程層設備之間的縱向聯(lián)系，比如跳閘信息等，還可以運用在間隔層設備之間的橫向聯(lián)系，保護以及測控等IED 相互之間也能夠?qū)崿F(xiàn)信息的交換，從而使得未來數(shù)字化變電站的互操作以及功能自由分布等功能得以實現(xiàn)。伴隨數(shù)字化變電站發(fā)展的日益成熟，將來的遠方調(diào)度中心不需要經(jīng)過遠動裝置進行轉(zhuǎn)發(fā)，通過直接接入變電站綜自系統(tǒng)的網(wǎng)絡從而獲得所需要的相關(guān)信息。

2 自動化運行管理

數(shù)字化變電站運行管理必須按照標準化、科學化以及現(xiàn)代化的要求進行管理。為了有效貫徹落實“安全第一，預防為主”的安全生產(chǎn)方針，嚴格遵守“保人身、保電網(wǎng)、保設備”的電力生產(chǎn)工作原則，嚴格控制班組異常以及未遂為安全生產(chǎn)目標，進一步強化設備運行管理工作，理順變電運行管理。從而確保電網(wǎng)持續(xù)供電以及變電站安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定運行。

2.1 設備管理

2.1.1 設備和專業(yè)劃分發(fā)生的變化

電子式互感器所代替了普通的電磁型TA、TV，一次設備和二次設備之間實現(xiàn)了有效融合，從而使得傳統(tǒng)的一次設備與二次設備之間界定更模糊；而網(wǎng)絡和通信技術(shù)取代了傳統(tǒng)的二次回路的概念，繼電保護以及自動化專業(yè)人員對回路的維護工作已經(jīng)變成對光纖通信網(wǎng)絡以及系統(tǒng)軟件的維護，使得傳統(tǒng)的繼電保護以及自動化專業(yè)之間的界限也是變得更加模糊。所以，伴隨數(shù)字化變電站的快速發(fā)展，對一次設備、二次設備重新進行界定早已提升議事日程，預計很快會有相關(guān)的文件加以明確。繼電保護以及自動化兩個專業(yè)密切相關(guān)，部分供電局已開始嘗試建立大二次的基層班組，從而進一步推動數(shù)字化變電站的快速發(fā)展。

2.1.2 維護管理

智能化、網(wǎng)絡化是數(shù)字化變電站的基本特點，其維護工作量與綜合自動化變電站相比更少，而事實上，維護工作顯得非常關(guān)鍵。在數(shù)字化變電站中必須高度重視合并單元、智能終端以及交換機等工作電源以及環(huán)境，并需要制定相應的維護作業(yè)指導書。針對ODF箱上光纖的熔接以及接口位置，必須仔細檢查，保證光纖連接可靠。同時必須高度重視相關(guān)軟件的升級工作，必要的時候應聯(lián)系廠家來完成軟件的升級工作，準確記錄當前運行的軟件版本號。

2.2 技術(shù)資料管理

技術(shù)資料的管理工作對于數(shù)字化變電站顯得特別重要，必須高度重視如下資料的保存以及更新工作。參數(shù)整定表、合并單元的軟件版本號。網(wǎng)絡VLAN 的劃分原則及其詳細狀況；接收聯(lián)系表、GOOSE 報文發(fā)送；測控、保護、智能終端、故障錄波、交換機等GOOSE 網(wǎng)設備等相關(guān)文件；GOOSE 網(wǎng)光纜以及尾纖聯(lián)系圖；后臺系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫備份；系統(tǒng)規(guī)范定義文件（SSD）、配置IED 描述文件（CID）、變電站配置文件（SCD）、IED 能力描述文件（ICD）；設備的告警或者出現(xiàn)故障之后的處理方式。

2.3 運行管理

2.3.1 巡視檢查

數(shù)字化變電站設備運行班組必須嚴格遵守相關(guān)管理規(guī)定要求對相關(guān)設備進行巡視檢查，具體內(nèi)容包括：{1}合并單元：定期對合并單元采樣情況進行檢查，同時應對激光電源的使用情況進行檢查，各通道數(shù)據(jù)的“中斷”以及“異常”數(shù)值的統(tǒng)計狀況進行檢查；②智能終端：對于智能終端的指示是不是正確以及有沒有告警等狀況進行檢查；③智能終端柜：詳細記錄柜內(nèi)溫度以及濕度值，對加熱器以及風扇是不是正常工作等進行檢查；④交換機：對交換機的運行溫度，指示燈以及各接口是不是正常進行檢查。

2.3.2 “五防”管理

由于在線式五防得到了快速發(fā)展，結(jié)合在線式五防系統(tǒng)的基本特點以及在程序化操作的優(yōu)勢，當前大部分的新建數(shù)字化變電站都運用了在線式五防系統(tǒng)。需要高度重視的是在線式五防系統(tǒng)中接地樁的穩(wěn)定性以及刀閘電機電源的電動操作性。在程序化操作過程中主要是依靠五防邏輯及操作票順序從而保證操作的正確性，所以，對于五防邏輯的正確性已經(jīng)合理性就有了更加嚴格的要求，在投運之前的驗收環(huán)節(jié)必須進行重點把關(guān)，對邏輯表進行仔細審核，努力搞好所有閉鎖試驗。

2.3.3 倒閘操作

數(shù)字化變電站中的倒閘操作具有自動化程度非常高的特點，特別是實現(xiàn)了程序化操作之后，工作效率得到很大的提高，操作的準確性也得到了進一步提高。這些全部是建立在設備穩(wěn)定、五防正確以及操作票正確的前提下。所以，在數(shù)字化變電站中，對設備的維護以及對五防及操作票的審核是重中之重。

3 電子式互感器的運用

根據(jù)電子式互感器的不同原理，可以將其分成電原理型和光學型，光學型電子互感器是指充分利用光線在電場或者磁場中的偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象，結(jié)合偏轉(zhuǎn)角度計算出電場或者磁場的強度，從而推算出系統(tǒng)的電流以及電壓值，該類型的電子式互感器的最大特點是其靈敏度高、絕緣性能好，但也存在一定的局限性，比如檢測信號微弱、容易受到周邊環(huán)境的影響、光學傳感材料的長時間穩(wěn)定性比較差以及封裝技術(shù)等等，有關(guān)研究人員已經(jīng)在檢測方法上采取了一定的措施，然而在短期內(nèi)光學型互感器仍然無法實現(xiàn)工程上的推廣與應用。所以，國際上當前能夠?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化運行仍然是以電原理型的電子互感器為主，這種類型的電子互感器具有穩(wěn)定性好，性能可靠等優(yōu)點，我們國家對于光學型互感器的研究較為深入，因而這種類型的電子式互感器已經(jīng)在商業(yè)運行中得到了推廣應用。

最近幾年以來，由于我們國家變電站電壓等級的快速提高，電子式互感器的優(yōu)勢得到進一步凸顯，特別是在特高壓以及超高壓的電力系統(tǒng)，電子式互感器的優(yōu)點更加凸顯，主要表現(xiàn)在絕緣性能以及暫態(tài)特性優(yōu)異，適應強電磁環(huán)境能力強，能夠承受比較高水平的動熱，與普通的互感器相比優(yōu)勢非常明顯。德國在特高壓試驗場電子式互感器得到了大量運用，而我們國家也有幾十個數(shù)字化變電站成功運用，這些都選用了電子式互感器，可以預計的是，這將成為我們國家數(shù)字化變電站實現(xiàn)自動化運行管理的一場重大的技術(shù)變革，具有十分深遠的意義。

在技術(shù)方面，電子式互感器的應用能夠進一步提升設備的安全穩(wěn)定性，進一步提高保護、測量以及計量系統(tǒng)的精確度，能夠有效防止信號傳輸、處理工作等產(chǎn)生的附加誤差，使得自動化設備數(shù)量減少了，二次接線也更簡化，變電站系統(tǒng)的穩(wěn)定性進一步提高，此外，數(shù)字化變電站設備的互操作性比較強，從而實現(xiàn)前臺運行系統(tǒng)以及其他后臺支持系統(tǒng)相互之間的內(nèi)部數(shù)據(jù)能夠高度共享，從而進一步降低了通道重復建設以及投資，工程周期進一步縮短，便于各種變電站的擴、改建工作，縮短了設備投運時間，電力設備的退出次數(shù)以及時間，有利于設備的更新以及維護工作，電力設備的工作效率得到提高，變電站工作周期內(nèi)的總投資成本也降低了。

4 結(jié) 語

建設數(shù)字化變電站的周期比較長，盡可能符合信息共享、系統(tǒng)集成的要求，建設基于數(shù)字化電力設備以及智能電子技術(shù)設備（智能變壓器、電子式互感器）的數(shù)字化變電站，從而實現(xiàn)數(shù)字化變電站站內(nèi)各層間的無縫通信需要，這也是我們國家數(shù)字化變電站的發(fā)展趨勢。

參考文獻：

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

[2] 方麗華.數(shù)字化變電站技術(shù)叢書運行維護分冊[M].北京：中國電力出版社，2010.

[3] 高翔，張沛超.數(shù)字化變電站的主要特征和關(guān)鍵技術(shù)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009，30（23）.