摘 要

數字化變電站已經成為變電站建設的未來趨勢，對其設備技術功能和應用展開研究，有助于快速推進數字化變電站建設和發(fā)展?；诖耍疚氖紫确治隽藬底只冸娬镜脑O備技術功能，然后結合實際的案例分析了其具體應用，最后闡述了數字化變電站的建設效果，希望可以對業(yè)界相關人士起到一定參考作用。

【關鍵詞】數字化變電站 設備技術 功能 應用

數字化變電站主要是由智能化一次設備和網絡化二次設備按照一定的機理構建而成的，其基于IEC61850標準，可以實現變電站內部各個智能電器設備之間的互操作和信息共享，大大提升變電站的運轉效率。數字化變電站所表現出的高性能、高可靠性、高安全性等優(yōu)點，使其具備了廣闊的發(fā)展前景，值得全面推行。

1 數字化變電站設備技術功能分析

1.1 合并單元

在數字化變電站中，合并單元是一個非常重要的模塊，其能夠實現對多路電子互感器輸出信號的同步接收，然后依照固定的標準格式將其傳輸給測量設備、計量設備以及保護設備。在合并單元中，其具有同步功能模塊、以太網模塊、多路數據采集和處理模塊這三個功能模塊。外部的時鐘信號從同步功能模塊輸入，然后同步功能可以直接發(fā)出采樣命令，也可以將其傳輸給以太網模塊，也可以將其傳輸給數據采集模塊。多路A/D采樣數據從多路數據采集和處理模塊輸入，經處理后輸入以太網模塊，然后傳入以太網。

1.2 非常規(guī)互感器

從實際應用來說，非常規(guī)互感器主要有三種，一是GIS用電子式電流電壓互感器，二是敞開式獨立電子式電流電壓互感器，三是低功率互感器。對于GIS用互感器而言，其一般每相設置兩臺，在開關斷口處分別安裝。在每一個互感器中，其都包含了兩組相互獨立的傳感器和傳感模塊。而在每個傳感器中，都具有空芯線圈、低功率鐵芯線圈和電容分壓器。對于敞開式互感器，其也是獨立安裝的傳感器，其構成形式和GIS用傳感器基本相同。

對于低功率傳感器，其非常適合用于低電壓電網，尤其是110kV以下。在電力系統(tǒng)中，在較長一段時間內都是使用大功率互感器對一次側電流進行測量，由此將電流信號提供給保護設備或是計量設備。但是在電力系統(tǒng)電壓等級不斷升高的情況下，保護設備以及計量設備等逐漸實現微機化，大功率傳感器在測量中表現出了諸多問題，如精度下降、故障識別出錯等。而低功率互感器能夠有效解決大功率互感器存在的不足，在220kV以下電網中能夠表現出動態(tài)范圍大、測量精度高、技術風險小等特點。所以，對于縣級電網而言，變電站的數字化使用低功率互感器是良好的選擇。此外，光學類傳感器由于具備良好的絕緣性、靈敏性和系統(tǒng)線性，在數字化變電站中適用也較多。但是其容易受到溫度、濕度和振動等因素影響，因此需要加強控制。

1.3 IEC61850標準及其測控設備

IEC61850是國際電工委員會制定的國際標準，也是數字化變電站構建的基礎。該標準對變電站系統(tǒng)從上到下進行了系統(tǒng)分層，并對各個層次的功能進行了定義，同時對相應的對象進行了建模。對數據定義、命名以及設備的行為、自描述、通用語言等進行了規(guī)范和統(tǒng)一，使得變電站中不同設備實現共享和互通得以實現。在IEC61850標準下對旁路、電抗器、線路、母聯(lián)、變壓器、電容器等電氣單位進行設計的時候，應該遵循面向對象的基本原則，即一個對象對應一個模塊，憑借這一個模塊，完成電氣單位的控制、測量、通信、調節(jié)等全部功能的設計，并且將智能裝置、電能表、保護、監(jiān)控等融合起來，形成一個整體。對于IEC61850標準下的軟件設計，應該采取分層分布式設計形式，對不同功能的組件分別進行設計，在具備“五遙”的基礎上，還需實現更高級的功能配置。另外，IEC61850標準還規(guī)定了通信網絡的標準——以太網，這就需要對交換機進行設計。在IECE61850中明確規(guī)定總線數據傳輸延遲應該控制在4ms以內，因此需要監(jiān)控系統(tǒng)擁有2層以太網，一層是變電站總線，另一層是過程總線。

2 數字化變電站設備技術應用案例分析

下面以某縣級變電站為例分析數字化變電站設備技術的實際應用。在該變電站中，為了實現數字化建設，在線路、旁路、母線、母聯(lián)、主變壓器等多處均設置了間隔，在互感器的選擇上也是以光電性互感器為主，同時還選擇了光纖電流互感器作為輔助。具體設備配置如表1所示。

除了上述的設備配置之外，該變電站還使用了GOOSE系統(tǒng)實現保護。由于220kV的保護間隔清晰，因此在網絡總體結構上最好選擇單星形網，通過出線、分段母聯(lián)、主變、母間隔進行交換機的配置。需要注意，在主變和出線位置，交換機的安裝主要是在主變保護屏和線路之上，對于母線可以單獨組屏，對于母聯(lián)可以設置兩臺交換機。在母聯(lián)上，可以從兩個GOOSE接口連接兩套網絡間隔交換機，如此就可以將原本的雙GOOSE口利用起來，不需要再配置GOOSE口。圖1所示就是220kV的過程層GOOSE系統(tǒng)。

從圖中分析，在可靠性方面，系統(tǒng)結構為單星形，但是除了母差之外，另外的間隔之間是沒有保護GOOSE聯(lián)系的，這就使得交換機產生破壞不會影響到其他間隔的正常運轉。在安全性方面，其檢修措施簡單方便，對系統(tǒng)擾動較小，擴建月較為便利。

3 數字化變電站的建設效果

根據上文所講述的實例，該變電站在經過數字化改造之后的時間里，整個變電站產生了巨大的變化。

（1）在使用非常規(guī)互感器以后，以往存在的飽和及鐵磁諧振問題得以徹底消除，這是因為利用非常規(guī)互感器替代傳統(tǒng)電磁式傳感器，從而消除了導致這些問題的相關因素，使得測量精度得到有效的保護。不僅如此，信號的傳輸都是通過數字量的形式進行，則大大提升了信號傳輸的抗干擾能力，使得系統(tǒng)電磁兼容性能得到大大提高，從而增強其可靠性。

（2）在數字化變電站中適用了大量的智能化一次設備，這就讓傳統(tǒng)的邏輯回路和繼電器等電子元件被可編程序代替。同時，光電數字和光纖也代替了傳統(tǒng)的控制電纜以及強電模擬信號，從而實現故障檢測、診斷的自動化，提高了信息上傳的效率，減少了檢修停電的次數。

（3）計算機技術和信息技術的使用，有效減少了二次接線的復雜度和難度，變電站中的每組電氣量信號經過合并單元打包后，可以從光纜實現數字信息的批量傳輸，大大簡化了安裝調試工作。

（4）設備的互操作和共享性提高，減少了重復設置等問題，大幅改善設備集成，提高了靈活性。

4 結束語

數字化變電站建設已經成為行業(yè)趨勢，其中相關的設備技術功能較多，尤其是以合并單元、非常規(guī)互感器、IEC61850標準及其相關設備等都是其中重點。結合實際的變電站，在實踐中還需運用GOOSE面對具體對象設置系統(tǒng)保護，確保變電站的數字化建設能夠達到預期效果。

參考文獻

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作者簡介

李建兵（1974-），男，大學本科學歷。中共黨員。于1993年5月參加工作，工程師職稱。現為國網四川漢源縣供電有限責任公司總經理兼黨總支副書記。

作者單位

國網四川漢源縣供電有限責任公司 四川省漢源縣 625300