浅谈数字化水电站及其实现方案

±Ｏ４ 的水 平 。 ．％ ４５ 提 高信 号传 输 的 可 靠 性 ．
座 数字 化变电站 中广 泛运 用 ， 已经过工程 的实 际验证 ， 并 均是
安 全可 靠 的 。因此 其 在 数 字 化 的水 电站 中 ， 将 逐 步 得 到应 用 也 和 推 广 。但 由于 变 压 器 、 关 、 电 机 等 的 智 能 化 还 处 在 发 展 开 发
水 电站 所 必 须 满 足 的 ， 此 ， 一 标 准 也 代 表 了数 字 化 水 电站 因 这 的 未来 发展 方 向。
Ｉ Ｃ６８ ０协议 ，是 国际电工 委员 会 Ｔ ５ Ｅ １５ Ｃ ７工作组制定 的
《 变电站通信网络和系统》 系列标准 ， 是基 于网络通信平 台的
变 电站 自动化系统 的国际标准 ， 主要特点为 ： 息分层 、 其 信 面 向对象 的数据对象统一建模 、 数据 的 自描述 、 抽象通信服务接
数字化水 电站的信 号传 输 ， 均用计算机通信技术实现 。 通 信 系统在传输有效信 息的同时 ，传输信 息校验码和通道 自检 信息， 一方 面杜 绝误传信 号 ， 另一方 面在通 信系统故 障 时 ， 可
技术 告警。
初期 ， 目前 ， 主要 采用过 渡方案 ， 是在传统 设备 就近增加符 就 合 ＩＣ６ ８ ０规 范的智能终 端 ， Ｅ １ ５ 由此完成 数字信号 、 模拟信 号 的采集 以及控制 ， 实现其传输方式完全数字化。
等 问 题
数字化水 电站 二次设 备和一次设备之 间 ，使 用绝缘 的光 纤连接 ， 电磁干扰和传输过 电压没有影响到 二次设 备的途径 ，
而 且 也 没 有 二 次 回路 两 点 接 地 的可 能 性 。
等 规约 。为 了适 应 数字 化 水 电站 的发 展需 求 ，再加 上 ＩＣ Ｅ
收 稿 日期 ： ００ ０ — ５ ２ １ － ８ ２
及相关在线检测等技术发 展到一定 程度 ，水 电站的二次侧不
作者简介 ： 倪维东 （９ ）男 ， １７ 卜一 ， 江苏盐城人 ， 助理工程师 ， 大专学历， 主要从事继 电保 护研究 ； 葛来龙 （９ ７ ）男 ， １７ 一 ， 江苏盐 城人 ， 助理工程师 ， 大 专学历 ， 主要从事继 电保护研究 ； 朱桂权（ ９７ ）男 ， １ ７一 ， 江苏兴化人 ， 助理工程师 ， 大专学历 ， 主要从事继 电保护研究。
的水 电站 自动 化 系 统 的监 控 、 动 、 远 自动 安 全 装 置 等 三次 和 二 次设备 ， 已经 基 本 采 用 数 字 技 术 ， 通 讯 规 约 未 完 全 采 用 ＩＣ 但 Ｅ ６ ８ ０接 口标 准 ， 是 主要 采 用 ＩＣ６ ８０ ５ １ １１４ Ｍｏ ｂｓ １５ 而 Ｅ ０ ７— — ０ ／０ 、 ｄ ｕ
次设备实现智 能化后 ，规范统 一的接 口标准也就成 了
数字化水电站 的灵魂 。 一方面 ， 必须满足数字化水 电站的通 其
讯需求 ； 一 方面 ， 必 须实 现站控层 和间隔层设 备数 字化 ， 另 也
以及 两 层 间 信 息 交 换 的数 字 化 。
目前我 国水 电站 已基本普及综 合 自动化系统 。常规 意义
４ 数 字化水 电站 的优 点
４１ 高 可 靠 性 和 安 全 性 ．
有发生 ， 并对继电保护产生 不 良影 响 ， 甚至造成设备误动作 。
４７ 解 决 设 备 间 的 互 操 作 问题 ．
（ ）由于采用 了智 能一次设备 ， １ 因此设备 自身具有完善 的
自检 功 能 ， 当智 能 一 次 设 备 异 常 时将 自动 发 出 报 警 ， 方 面 能 一 及 时反 映 出故 障 点 ， 同时 又 减 轻 了运 行 人 员 的工 作 量 ； （ ）电子 式 互 感 器 （ 光 学 互 感 器 ） ２ 或 的应 用 ， 方 面 有 效 地 一
协议 的设备进行规约转换 ） 、同步信号源 （ 过程层对 时 ）Ｇ Ｓ 、 Ｐ
对时（ 站控 层 对 时 ） 。
１ ｌ Ｇ ６ ８ ０标 准的 特点 Ｅ １５
ＩＣ６ ８０是 一 个 关 于 变 电站 自动 化 系统 结 构 和 数 据 通 Ｅ １５
２ 智能化 的一 次设 备与 网络 化 的二次设 备
口 Ａ Ｓ 等。 ＣＩ 二次设备 间用 通信 网络交模拟量 、 开关量 和控制命令
等信息 ， 取消控制电缆 ， 达到信息资源的有效共享 。
Ｉ Ｃ６ ８ ０协 议 将 整 站 分 为 ３层 ： 控 层 ， 隔 层 和 过 Ｅ １５ 站 间
程层 。
３ 数 字化水 电 站的概 念及 基本 组成
２１ 智 能化 的一 次 设 备 ．
信 的国际标准 ，其 目的是使变 电站 内不 同厂家 的智能 电子设
备 （ Ｄ） 间 通 过一 种 标 准 （ 议 ） Ｉ 之 Ｅ 协 实现 互 操 作 和 信 息 共 享 。 通
智 能化 的一次设备 主要包括 ：电子 式电流 ， 电压互感 器 （ 或光学互感 器 ）智 能型断路 器 ， 、 隔离开 关 、 能化变压 器 、 智
一
数字信 号可以用光纤传输 ， 从根本上解决抗 干扰 问题 。 传 统水电站一次设备 和二次设备间 ，直 接通过电缆传输 没有校验信 息的信号 ， 当信号 出错 或 电缆断线 、 短路时 ， 都难
以发 现 ； 且 传 输 模 拟信 号难 以使 用 光 纤 技 术 ， 而 易受 干扰 。 ４６ 避 免 电缆 带 来 的 电 磁 兼 容 和 传 输 过 电压 以 及 两 点 接 地 ．
数字化水 电站指信 息采集 、 传输 、 处理 、 出过程 完全数 输
站控层设 备包括监控 主机 、 远动 主机 、 服务器 、 工程 师站
等。 其主要功能为变电站提供运行 、 管理 、 工程配置的界 面， 并 记 录变电站内的相关信息。远动服务器等与站外传输的信息 可转换 为远 动和集控设备所 能接受 的协议规范 ，实现监 控中
数字化水 电站 的所 有智能设备 ，均按 统一的标准建立 信 息模型和通信接 口， 设备问可实现无缝连接 。
数 字 化 变 电 站 唯 一 可 用 的 通 信 标 准 为 ＩＣ ６ ８０ ＩＣ Ｅ １５ 。 Ｅ
将互感器高 电压 部分 隔离 ， 解决 了电流互感 器二次开路 、 电压 互感器 二次短路可能危及 人身或设备等 问题 ，同时也避 免 了
６ ８ ０的信 息 自解 释机制 ， １５ 在不 同设备厂 家使 用了各 自扩展 的 信息时 ， 能保证互 操作 性。 也 传统水 电站 的不同生产厂家 ，二次设备 之间 的互操作 性 问题 ， 至今 仍然没有得到很好 地解 决 ， 主要原 因是二次设 备缺 乏统一 的信息模 型规范和通信标准 。为实现不 同厂家设备 的 互连 ，必须设 置大量的规约转换器 ，增 加 了系统 复杂 度和设 计、 调试 和维护 的难 度 ， 降低 了通信系统 的性 能。
目前 ， 经济发达国家大部分技 术及 经济可行 的水 电资源 ， 都得到 了有效开发。 而发展中国家水 电开发率还很低 ， 然 尤其
向对象的统一数据建模 。 与站外接 口的设 备如远动装置等 ， 应
能将站 内 Ｉ Ｃ６ ８０协议转 换成相对应规约格式 。所有站控 Ｅ １５
层设 备 ， 均应 采用 以太 网 ， 按照 ＩＣ６ ８ ０通信规 范 ， 并 Ｅ １５ 进行
Ｅｑｕｐｍｅ Ｍａ ｆ ｔｉ ｇ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｎｏ １１ ２ ｉ ｎｔ ｎｔａｃｒｎ ｃ ｎ ｌ ｇ ． ， ０１ ０
浅 谈数 字化 水 电站及 其 实现 方 案
倪维 东 ， 来龙 ， 葛 朱桂 权
（ 国电南京 自动化股份有限公司 ， 江苏 南京 ２ ０６ ） １０ １
问题 ， 着 非 常重 要 的作用 。 起 正 是 由于 水 电站 的重 要 作 用 和地 位 ，并 随着 智 能 电 网 和
备 。要求所有信息上传均能够按照 ＩＣ６８０ Ｅ １５ 协议建模 ， 并具
有 支 持 智 能 一 次 设 备 的 通 信 接 口功 能 。 过 程 层 设 备 包 括 电子 式 电 流 、 电压 互 感 器 、 能 化 开 关 设 智 备 、 能化 发 电机 、 能化 变压 器 等 。 智 智
是在非洲 ， 开发率还不到 ８ ％。因此 ， 先发展水 电 ， 优 对全球尤
其 对 发 展 中 国 家是 非 常重 要 的 。发 展 中 国家 可 以 以更 好 的方
系统建模并进行信息传输 。
问 隔层 设 备 主要 包 括 保 护 装 置 、测 控 装 置 等 一 些 二 次 设
式发展水 电 ， 利用水 电。水 电的价格是非常便宜 的 ， 而且是可 持续的和低碳环保 的 ，因此对解决气候变暖问题和能源供应
６ ８ ０标 准 自身 的 良好 的体 系架 构 和 可 扩 展 性 ， 必 将 在 数 字 １５ 其 化 水 电站 上 广 泛 应 用 ， 数 字 化 水 电站 增 添 活 力 。 为
传统水 电站 的二次设备与一次设备 之间 ，仍然采用 电缆
进 行 连 接 ， 缆 感 应 电磁 干 扰 和 一 次 设 备 传 输 过 电 压 ， 能 引 电 可 起 的 二 次 设 备 运 行 异 常 ， 二 次 电 缆 比较 长 的 情 况 下 ， 电 容 在 由 耦 合 的干 扰 ， 能 造 成 继 电保 护误 动作 。尽 管 电 力 行 业 的有 关 可 规 定 中要 求 继 电保 护 二 次 回路 一 点 接 地 ，但 由于 二 次 回 路 接 地 点 的状 态无 法 实 时 检 测 ， 次 回路 两 点 接 地 的情 况 近 期 仍 时 二
心 远方 控 制 。
字化 的水 电站 ， 基本特征为 一次设备智 能化 、 通信 网络化 、 运
行管理 自动化等。
数字化水电站诞生的前提 ， 电子式电流电压互感器 （ 是 或