对数字化变电站的几点认识

对数字化变电站的几点认识当前变电站综合自动化系统在我国220kV及以下等级电网得到了广泛的应用，对提高电网的安全经济运行水平起到了重要作用，基本达到了无人值班、简化运维、节省投资等目的。随着国家电网公司智能电网建设全面展开，数字化变电站也将大行其道。数字化变电站是变电站综自发展的下一个阶段。

2010年5月初，孝感电网第一座110kV汉川福科数字化变电站投入运行。至今运行良好，没有发生保护误动或拒动情况，所有运行监测数据均正确可靠。整个变电站站容站貌整洁有序、设备集成化程度高、电气一二次接线简洁，极大地提升了变电站的档次。

与传统变电站相比，数字化变电站具有以下优势：

1、大幅减少二次接线。同等规模的传统110kV变电站全站用于控制、测量、信号的二次电缆大约需要18000m，按照当前市场行情估算价值30万元；而福科变仅使用数千米低廉的普通光缆，还不算二次电缆展放及接线施工发生的人工费。二次接线工作量只有原来的10%左右。虽然集成一次设备投资高于普通设备，但数字化变电站大幅减少设备安装调试时间，更容易打造标准化变电站。

2、提升计量测量精度。传统变电站采用电磁式电压电流互感器将高电压大电流转换成100V、5A的二次标准模拟量后，综自系统再转换成毫伏毫安级别，最后进行模拟量转数字量，系统识别后数据库自动根据变比换算成一次实际值。过程比较繁琐易产生累计误差。而数字化变电站直接使用高精度的光电互感器，光信号直接通过光纤传输计算机，基本没有损耗，计量测量精度大为提升。

3、提高信号传输的可靠性。避免电缆带来的电磁兼容、传输过电压和两点接地等问题，全站操作回路电气、机械及程序闭锁三道关

口防止误操作，变电站的各种功能可共享统一的信息平台，避免设备重复，自动化运行和管理水平进一步提高。

数字化变电站是目前提出的智能电网的基础，智能电网是更高一级的应用。在智能电网规划的推动下，未来数字化变电站将成为新建变电站的主流。数字化变电站建立在IEC61850通信规约基础上，是信息采集、传输、处理、输出过程完全数字化的变电站，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作。其基本特征为设备智能化、通信网络化、运行管理自动化等。正是有了这个各种设备和功能共享统一的信息平台，这使得数字化变电站在系统可靠性、经济性、维护简便性方面均比常规变电站有大幅度提升。

智能化的变电站，必须要有智能化的设备。与传统变电设备相比，数字化变电站一以下特点：

1、智能化的一次设备：智能断路器是指：“具有较高性能的断路器和控制设备，配有电子设备、传感器和执行器，不仅具有断路器的基本功能，还具有附加功能，尤其在监测和诊断方面”。随着电力电子技术的应用使得操作能量大幅减少，开闭断路器可由电力电子和微机型智能接口来完成，代替常规机械结构的辅助开关和辅助继电器，并可按电压波形控制跳合闸角度，精确控制过程时间，减少瞬时过电压幅值，保障电网安全，也能大大延长开关设备寿命，经济效益可观；再配上可监测设备缺陷和故障并告警的独立的新型传感器，实现在线状态检修，将上述功能集成在一起实现的断路器就是智能断路器。利用光电效应原理的光电CT、PT，具有测量精度高，根本性地解决了ＣＴ动态范围小及饱和问题，从源头保证了保护的可靠性且无CT二次开路、PT短路的安全隐患。

2、网络化的自动化设备：一次设备被检测的信号回路和被控制的操作驱动回路采用微处理器和光电技术设计，简化了常规继电器及

控制回路的结构，利用IEC61850 GOOSE 通信机制实现网络化的跳、合闸功能和设备本体状态信息的网络化传输。换言之，变电站二次回路中常规的继电器及其逻辑回路被可编程序代替，常规的强电模拟信号和控制电缆被光电数字和光纤代替。变电站内常规的二次设备，如继电保护装置、防误闭锁装置、测量控制装置、远动装置、故障录波装置、电压无功控制、同期操作装置等全部基于标准化、模块化的微处理机设计制造，设备之间的连接全部采用高速的网络通信。二是各种功能共用统一的信息平台，二次设备不再出现常规功能装置重复的I／O 现场接口，通过网络真正实现数据共享、资源其享，常规的功能装置在这里变成了逻辑的功能模块，避免设备重复投入。间隔层的部分功能下放，比如取消了数据采集的AD 部分、位置信号的开关量输入和跳闸出口，通过光纤网络数字化的采样值。与过去不同的是间隔层不再是独立的一个体系，而成为一个体系中的一个环节，间隔层对过程层设备和网络设备的依赖性太大了，可靠性很大程度上依赖于光纤通信网络的可靠性，一旦网络出现故障，全站所有保护控制功能都将失效，后果是非常严重的，所以对网络设备的可靠性要求很高。

3、颠覆传统的二次设备：一次设备的智能化改变了传统变电站继电保护设备的结构，二次电缆改为光缆减少了保护屏大量的接线端子，使保护屏上集成的二次装置数量变多，同时网络化二次系统的采用也减少了所需间隔层装置数量，最终减少保护、控制室的面积。

①信息传递全部采用光纤网络后，二次回路设计极大简化，操作、切换箱下放开关本体处，与端子箱共用，系统可靠性得到充分保障。

②数字化变电站抛弃了保护屏上功能压板，按钮及把手，保护可实现远方投退，提高了二次系统继电保护设备运行管理水平保护调试智能化，缩短了停电时间，减轻劳动强度。

③一键式智能操作功能以间隔层设备为主体，对变电站间隔设备

的运行状态切换实现一键式智能操作，与传统的站控层分步操作相比，操作环境更加优化，操作步骤更加简练，使变电站倒闸操作更加安全快捷，有效避免误操作，提高了电网运行可靠性。

④利用GOOSE信息在三层系统中的网络传输，结合本间隔设备的逻辑闭锁功能，在间隔层通过运行实时状态分析识别及逻辑综合判断决策，实现变电站过程层、间隔层、站控层完整一体的五防操作逻辑闭锁功能。取消常规五防系统与综自系统之间繁杂的信息校验。

4、自动化的运行管理系统：变电站运行管理自动化系统应包括电力生产运行数据、状态记录统计无纸化；数据信息分层、分流交换自动化；变电站运行发生故障时能及时提供故障分析报告，指出故障原因，提出故障处理意见；系统能自动发出变电站设备检修报告，即常规的变电站设备“定期检修”改变为“状态检修”。

5、保护维护调试智能化：数字化变电站中实现了信息共享，设备提供了更丰富的状态监测信息，根据这些信息可实现更智能化的维护工作，包括故障诊断和定位，维护更简便。同时，通过网络“电子眼”在后台机界面上监视系统网络上任一点设备及网络运行状况，迅速定位二次设备故障和系统网络故障节点，可有效速短二次系统网络及二次设备故障查找时间。

虽然数字化变电站具有众多无与伦比的优点，但在实际运行中还是存在若干隐患:

1、电子元器件的质量，能否耐受自然环境高温加自身的温升。据运行统计数据显示，孝感夏天易受副热带高压控制，高温高湿达到40℃、80%以上的恶劣天气多且持续时间长。长期在户外工作的微机保护单元能否承受考验尚待继续验证。当然这些可以通过加装设备间空调来解决这些问题。

2、光纤通信的可靠性。在数字化变电站里，光纤就像是人的神经系统一样，一旦出现问题后果不堪设想。目前福科变电站采用一主一备的通道方式，主通道出现问题后备用通道自动切换，基本可以避免出现问题。但由于数字化变电站的特殊性，光纤必须万无一失，因此还应该考虑第三种通道方式。

3、运行人员的运维水平。运行人员应当接受全面的培训，了解并掌握新型数字化变电站的知识。主控室内保护屏上基本不操作，后台机的管理更加重要。应增加设备保护单元巡视次数，加强设备日常运行维护管理水平。

随着各种技术水平的不断进步，数字化变电站必将拥有更加美好的明天。