浅议数字化变电站技术
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【摘 要】本文笔者从数字化变电站的特征入手，介绍了数字化变电站系统的结构，分析了数字化变电站应用中存在的不足，指出了理想的数字化变电站建设是变电站未来发展的必然趋势。
【关键词】数字化变电站；自动化；发展
1、数字化变电站的特征
1．1 智能化的一次设备。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，简化了常规机电式继电器及控制回路的结构，数字程控器及数字公共信号网络取代传统的导线连接。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。
1．2 网络化的二次设备。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、同期操作装置以及正在发展中的在线状态检测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。
1．3 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即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”。
2、数字化变电站系统的结构
数字化变电站自动化系统结构在物理上可分为两类：智能化一次设备和网络化二次设备。在逻辑结构上可分为三个层次，据IEC 61850 通信协议草案定义，这三个层次分别为“过程层、间隔层、站控层”。各层次内部及层次之间采用高速网络通信。
2．1 过程层。过程层就是一次与二次设备相互联系的层面。过程层的主要功能分三类：运行实时的电气测量；运行设备的参数检测；操作控制执行与驱动。
（1）运行实时的电气测量。主要是电流、电压、相位以及谐波分量的检测，其他电气量如有功、无功、电能量可通过间隔层的设备运算得出。与常规方式相比所不同的是传统的电磁式电流互感器、电压互感器被光电电流互感器、光电电压互感器取代；采集传统模拟量被直接采集数字量所取代，这样做的优点是抗干扰性能强，绝缘和抗饱和特性好，开关装置实现了小型化、紧凑化。
（2）运行设备的参数检测。需要检测参数的主要设备有变压器、断路器、隔离开关、母线、电容器以及直流电源系统。在线监测的主要内容有温度、压力、密度、绝缘、机械特性以及工作状态等数据。
（3）操作控制的执行与驱动。操作控制的执行与驱动包括变压器分接头调节控制，电容、电抗器投切控制，断路器、刀闸合分控制，直流电源充放电控制。过程层的控制执行与驱动大部分是被动的，即按上层控制指令而动作，在执行控制命令时具有智能性，能判别命令的真伪及其合理性，还能对即将进行的动作精度进行控制，能使断路器定相合闸，选相分闸，在选定的相角下实现断路器的关合和开断，要求操作时间限制在规定的参数内。
2．2 间隔层。间隔层设备包括间隔对象配置的保护测控装置、计量装置以及接入其它智能设备的规约转换设备。所有保护测控都是基于标准化、模块化处理系统，要求所有信息上传均能按照IEC 61850协议建模并且支持智能设备的通信接口功能：(1)汇总本间隔过程层实时数据信息；(2)实施对一次设备保护控制功能；(3)实施本间隔操作闭锁功能；(4)实施同期操作及其他控制功能；(5)对数据采集、统计运算及控制命令的发出，具有优先级别控制。
2．3 站控层。由变电站监控系统、远动系统、防误闭锁系统、保护信息管理系统、电量远传系统、安防监视系统、火灾报警系统并结合灯光遥控等系统进行整合。各系统均以网络通信方式接入间隔层网络，设置网络防火墙及网络物理隔离装置，经专用网络向相关部门传送数据。站控层设备与间隔层设备之间采用IEC 61850协议通信。
3、数字化变电站应用中存在的问题
目前光电/电子式互感器的生产厂家数量有限，产品可选型号相对较少，部分高电压等级的电流互感器变比较大，使得TA的输出精度无法满足要求，给变电站的计量、保护都带来一定的负面影响，不能满足现场运行需要。
由于光电/电子式互感器本身的结构特点和工作方式，导致互感器的角差、比差现场试验难以进行，甚至极性试验也无法开展，只能等到设备投运带电后，才能检验接线的准确性。另外，光电/电子式互感器的局放试验、伏安特性试验的试验方法和标准也与常规设备有很大的区别，这都需要设备厂家和运行主管单位专门制定。
数字化变电站保护校验相对复杂，在变电站运行的条件下对部分间隔保护校验的难度很大，目前的常规继电保护校验装置无法提供数字化保护所需的电流量和电压量，因为电流量和电压量必须经过合并器才能进入保护装置，而要完成试验必须自带合并器提供模拟试验中的电流量和电压量，要完成母差保护这类需要大量电流电压量的保护校验便显得尤为困难。
IEC61850通信协议本身并未对变电站网络系统的安全性做任何规定，同时协议本身的开放性和标准性给变电站的网络安全带来重大隐患。要做到二次系统信息的保密性、完整性、可用性和确定性，符合二次系统安全防护的要求，是自动化厂家仍需考虑和完善的技术环节。虽然目前已投运的变电站采取了防火墙、分层分区隔离等手段进行防护，但防护的效果仍有待时间的考验。
4、数字化变电站的未来发展
国际上数字化变电站的研究已从实验室阶段进入实际工程应用阶段，我国已建成了一些数字化变电站示范站。部分省电力公司已开展了数字化变电站的研究工作，在解决了通信网络关键问题后，数字化变电站将是我国变电站技术的发展方向。同时，目前国内厂家已能提供全套数字化变电站所需的二次设备，可完全实现二次设备国产化；一次智能化设备，目前在国内市场的推动下和二次厂家配合下已能提供全套智能化的一次设备。通过各电力公司和国内多个厂家的不懈努力，具备建设完全拥有自主创新、自主知识产权的全面数字化变电站，提高了电力系统的经济性、可靠性和自动化水平。随着新技术的不断涌现和变电站与国际标准的接轨，数字化变电站自动化系统得到蓬勃发展的时代也为期不远了。
结束语
数字化变电站综合自动化系统的实现，推动了电网自动化技术的进一步发展。数字化变电站的发展说明了数字化技术正从变电站的二次设备向一次设备延伸，这将对变电站的自动化运行和管理带来深远的影响，使新技术的应用能有机地结合电网的发展，未来在数字化变电站应用技术成熟的基础上将标志着新一代数字化电网的实现。
参考文献
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