数字化变电站研究现状与应用展望

数字化变电站研究现状与应用展望
介绍了数字化变电站概念、主要特点、相关技术研究和工程应用进展，再根据电子式互感器、智能终端技术、网络通信技术和IEC61850的具体使用情况，具体介绍了一些关于现阶段开展数字化变电站建设的情况，而且认为它将是未来变电站技术发展的新趋势。

随着微机保护装置、自动化二次设备的普及和变电站综合自动化系统的不断推广，目前的变电站已经初步表现出了数字化和自动化的趋势。

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1数字化变电站的概念
随着微机保护装置、自动化二次设备的普及和变电站综合自动化系统的不断推广，目前的变电站已经初步表现出了数字化和自动化的趋势。

“数字化变电站”主要是指以现有变电站技术为基础，进一步实现其数字化、自动化、智能化和网络化。

数字化变电站的特征主要有：
1.1一次设备的数字化和智能化
变电站之前使用的都是传统的电磁式互感器，现在我们改用电子式互感器，站内使用的智能断路器、变压器等设备可以向外进行数字通信，还可以在这些一次设备就地加装智能终端，这样就能够进行信号的数字式转换，还能进行状态监测，从而实现了一次设备的数字化和智能化。

1.2二次设备的数字化和网络化
实践表明，传统数字式设备已经落伍了，数字化变电站的二次设备应运而生，它有对外光纤网络通信接口，不再是传统变电站那样以电缆为媒介传输信息，而是借助光纤以太网。

1.3变电站通信网络和系统实现IEC61850标准统一化。

1.4管理系统实现了自动化。

2数字化变电站的结构
数字化变电站按照DL/T860标准分为：站控层、间隔层、过程层。

以IEC61850标准建造变电站架构体系，以网络通信平台为基础，实现变电站监测信号、控制命令、保护跳闸命令的数字化采集、传输、处理和数据共享。

其关键核心是实现满足上述特征的通信网络和系统，即实现IEC61850标准。

数字化变电站的一、二次设备均应为智能设备，具有与其他设备交换参数、状态和控制命令等数字化信息的通信接口。

设备间信息传输的方式为网络通信或串行通信，取代传统的二
次电缆。

站内设计在线自动监测系统，对各个设备进行实时检测，并根据情况提出检修要求，从而实现状态检修。

2.1过程层
过程层包括电子式互感器和智能开关设备，其主要功能分为以下三类：
2.1.1运行电气量检测：检测的内容主要是电流、电压、相位以及谐波分量。

跟常规站的差别就是不再使用传统的电磁式互感器，取而代之的是电子式互感器，模拟量被直接采集的数字量取代。

具有较好的抗干扰性，绝缘性能很好，而且具有不错的饱和特性。

2.1.2设备状态检测：变电站需要进行状态参数检测的设备主要有变压器、断路器、隔离开关、母线、电容器等在线检测的主要内容是它们的工作特性及状态的数据。

2.1.3控制命令执行：包括断路器分、合；电容、电抗器投切；隔离开关分、合等。

过程层的控制命令执行大部分是被动的，如接到保护装置的跳闸指令，并能判断指令的合理性。

2.2间隔层
间隔层包括测控装置、保护装置、安全自动装置、故障录波器、电能表等设备。

其主要功能是：
①对本间隔过程层实时数据信息进行汇总。

②保护控制一次设备。

③实施本间隔操作闭锁功能。

④实施操作同期及其他控制功能。

⑤对数据采集、系统运算及控制命令的发出具有优先级别控制。

⑥执行数据的通信传输功能，告诉完成与过程层及站控层的网络通信。

2.3站控层
站控层包括主机、五防工作站、保护信息子站、远动装置等设备，其主要任务是：
①在两级高速网络的协助下，对全站的实时数据信息进行汇总。

②由调度或控制中心来管理某些数据。

③接收相关的控制命令，然后由间隔层、过程层来执行。

④具有在线可编程的全站操作闭锁控制系统。

⑤可以对站内进行当地监控，还可以实现人机联系。

⑥可以在线维护间隔层、过程层设备，在线组态，在线修改参数。

2.4IEC61850标准
为了更好地推动变电站自动化和数字化技术进步，1995年国际电工委员会便着手制定变电站通信网络和系统规范体IEC61850标准，现在变电站自动化领域已经在普遍使用这种标准，这对于数字化变电站实现无缝通信和互操作性是非常有利的。

3相关技术研究及可行性分析
过程层设备研究及工程应用情况：
3.1电子式互感器
数字化变电站的突出特征就是使用的是电子式互感器，而不是传统的电磁式互感器。

国外不少知名的电气设备商都有相应的电子式互感器产品，国产OET700系列电子式电流和电压互感器也已在国网公司变电站成功应用。

3.2一次设备的智能化与数字化实现
数字化变电站内一次设备智能化和数字化，不仅要求一次设备要有传统功能，还要有在线状态监测、智能控制和数字接口等功能，也就是说可以对设备运行进行实时评估，而且还可以根据IEC61850标准，让它跟其他设备的数字式信息交互，从而实现设备的互操作性。

以智能断路器装置为例，ABB的PASS比较典型，除了断路器设备外，目前其他一次设备还实现不了完全智能化。

我们在使用了智能终端技术之后，就更方便实现一次设备的智能化和数字化了。

现在国内已生产了与常规一次设备配备的一系列智能终端产品，这样就为一次设备智能化和数字化带来了许多的好处，解决了现阶段完全智能化一次设备型号不多的问题。

3.3间隔层设备的研究现状和在工程中的应用间隔层设备主要包括数字式保护、测控与电能计量、故障录波、安全稳定控制等二次系统。

因为数字化变电站的数据传输模式已经不是原来的模拟量，而是数字量，这就要求我们尽快的研发基于光纤接口和IEC61850通信协议相应二次系统，以便更好地满足全站数字化发展趋势。

传统二次设备使用的是模数转换插件，而数字化变电站二次设备与
之最大的不同就是使用的是光电转换接口插件。

其他环节没有什么根本上的不一样。

3.4站控层系统的研究现状和在工程中的应用
在过去很长的一段时间，变电站自动化系统通信、站内设备描述等规约标准的不一致，最终使设备间不具备较好的互操作性。

到现在为止，IEC61850标准已成为变电站自动化系统领域权威的标准体系。

为促进数字化变电站和数字化装置的发展起到了非常重要的作用。

4关于数字化变电站的可行性分析
4.1数字化变电站的建设符合科技进步的要求
继电保护和安全自动装置的实现原理由最初的电磁型、晶体管型、集成电路型逐渐发展到现在的微机型原理，体现了科学技术的不断进步和发展，也体现了从模拟化向数字化、从操作化向智能化转变的发展过程，而数字化变电站相关技术的应用与推广，让我们加深了对这种发展规律的认识。

科技在不断的进步，电子式互感器、智能化一次设备、在线监测技术等也越来越发达，数字化变电站已经开始进入工程实用化时期。

4.2电子式互感器技术的发展创造了良好的条件
传统变电站通过电磁式互感器和电缆传递信息的方式，还是有很多的不足之处的，可以说在二次设备的技术层面上，传统的电磁型互感器技术以及二次回路的电缆传输模式已不能满足现在二次设备技术的发展要求，而电子式互感器却能满足二次设备技术的发展要求，使二次系统具备了更高的可靠性。

电子式互感器技术越来越进步，进一步推动了数字化变电站的普及。

4.3智能终端技术推动了一次设备的智能化
现在，尽管完全智能化的一次设备型号还不是很充足，但是采用“常规一次设备加智能终端”来实现一次设备智能化的策略得以逐步施行。

从这一领域的实际来看，完全智能化的一次设备选型还是很不容易的，智能终端设备为实现一次设备智能化和数字化提供了一个很好的方法。

4.4数字化变电站设备间互操作性要求的满足
基于IEC61850的变电站自动化系统和二次系统网络通信协议与数字化变电站互操作性要求是一致的，基于IEC61850数字化变电站系统和设备的研究成绩比较显著，不少的变电站已经在使用基于IEC61850的变电站自动化系统。

4.5先进的数字式保护、监控、计量和录波等装置的推动
具备光纤以太网接口和IEC61850通信协议标准的数字式保护、监控、计量和录波等二次设备，为数字化变电站过程层设备的成型奠定了良好的基础。

5结论
在电子式互感器技术、一次设备智能化和数字化技术、变电站通信协议及网络技术等一系列设备已经大体上可以满足数字化变电站的要求，还在很多运行经验的条件下，深入推进数字化变电站工程建设，能够帮助我们进一步实现技术革新，能够有效地解决常规变电站技术的不足，从而提高变电站运行的安全性和自动化水平。

现在国内已建成了几个数字化变电站试点，实践表明，在当前的情况下开展数字化变电站的试点建设的技术已经达标。

但是，目前数字化变电站建设中相关环节的技术标准和检验规范的制定还不够先进，统一规范的数字化变电站建设规范和数字化变电站的检修试验规范都在不断制定和完善中，从而能够更好地推动数字化变电站技术的普及。

数字化变电站的建设和发展，也会像是微机保护替代集成电路保护一样发展起来。

参考文献：
[1]郑建平蔡永志数字化变电站丛书-成果与展望分册.2010.
[2]沈健，艾尼瓦尔·热合曼，夏江.数字化变电站的发展[J].科技风.2011（16）.
[3]陈莉华.数字化变电站理论探讨[J].黑龙江科技信息.2008（01）.
作者简介：洪武东，男，（1983-）本科。

新疆哈密人，现任宁夏电力公司石嘴山供电局保护一班班长，职称为继电保护专业技师。