数字化变电站技术应用

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摘 要：随着数字化变电站的发展，以及IEC61850协议的不断推广，数字化变电站的建设已由理论研究阶段走向工程实践阶段。介绍了江西省首座220kV数字化变电站——董家窑变电站，对IEC61850协议、智能开关、电子式互感器、数字计量系统进行了分析，分析了数字化变电站技术较常规站技术的先进性，并指出了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；电子式互感器；IEC61850

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 14-0000-02

一、引言

在我国，变电站综合自动化技术经过十多年的发展已经走向成熟，变电站自动化技术的广泛采用提高了电网建设的现代化水平，增强了输配电和电网调度能力，降低了变电站建设的总造价，这些都已经成为不争的事实。电子式互感器、智能化一次设备及其在线状态检测、变电站运行操作培训仿真等技术日臻成熟，以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用，为全数字化的变电站技术提供了新的契机。

数字化变电站是利用数字化技术使变电站的信息采集、传输、处理、输出过程全部数字化，其基本特征为设备智能化、通信网络化、模型和通信协议统一化、运行管理自动化等。

数字化变电站建设的关键是实现能满足上述特征的通信网络和系统，并开发出相应的智能设备。IEC61850标准包括变电站通信网络和系统的总体要求、功能建模、数据建模、通信协议、项目管理和一致性检测等一系列标准。数字化变电站可按照IEC61850标准建设通信网络和系统的变电站。

二、数字化变电站的设备特点

数字化变电站的主要一次设备和二次设备都应为智能设备，这是变电站实现数字化的基础。智能设备具备可与其他设备交互参数、状态和控制命令等信息的通信接口。如果确需使用传统非智能设备，应通过配置智能终端将其改造为智能设备。设备间信息传输的方式为网络通信或串行通信，取代传统的控制电缆、CT电缆和 PT电缆等硬接线。

电子式互感器的应用是数字化变电站发展的核心与基础，任何形式的数字化变电站都离不开互感器的数字化。江西南昌董家窑220kV变电站作为华中电网首个数字化变电站，率先在110KV系统采用电子式互感器及相关二次设备。

（一）IEC61850协议

IEC61850是关于变电站自动化系统的完整的标准体系，提出了信息分层，系统的配置、管理、面向对象建模同一建模、采用映射的方法实现通信，符合采用网络通信传输实现无缝通信系统的要求。为不同系统、不同设备之间的无缝联接提供了统一平台。IEC61850是智能化一次设备和数字式变电站的实现标准。IEC61850是至今为止最为完善的变电站自动化标准，它适应了变电站应用功能的分布式实现和组合式实现，为变电站一体化提供了统一平台。变电站内采用IEC61850通信标准符合当今变电站自动化发展的方向，对整体提高变电站技术水平具有重大意义。

（二）智能开关的应用

理想的智能开关是指在断路器内嵌电压、电流变换器及其光电测量系统 ，由微机控制的二次系统、IED设备和相应智能软件实现集成开关系统智能性的开关设备。但由于智能开关等一次智能化设备的开发周期以及造价等原因，目前最佳的解决方案依旧是采用智能终端+传统一次设备的方式。从严格意义上来说应该智能终端称之为智能操作箱即将原有的操作回路下放至端子箱再配以智能化系统来实现传统开关设备的数字化。实现了传统开关的“自我描述”“自我检测”机制。

（三）电子式互感器的应用

电子式互感器分为光学电子式互感器和混合电子式互感器（或电学电子式互感器）。

光学电子式互感器（即无源式电子互感器）的电流测量原理包括Faraday效应、磁致伸缩效应、Kerr效应和逆压磁效应等，电压测量原理包括Pockels效应、Kerr效应和逆压电效应等。其中利用Faraday效应测量电流和Pockels效应测量电压的方法最直接，精度高。

混合电子式互感器（也称为有源式电子互感器）的电流测量原理包括罗氏线圈和LPCT，电压测量原理包括容式分压、感式分压等。董家窑220kV变电站采用的是有源式GIS结构的电子互感器。

以下为电子式互感器与常规互感器的差异：

（四）计量系统的应用

数字化变电站由于采用了电子式互感器，从而使得传统的计量系统（电度表）已无法使用，在现阶段已开发出能够接IEC61850协议过程层接口的电度表从而满足了数字化变电站对于计量系统的需求。数字式电度表DTSD/DSSD1056已获得了质量技术监督局的计量许可证，DTSD/DSSD1056三相电子式多功能电能表在接收到光纤以太网传送的数字化电流电压信号后，实时运算和处理CPU系统对该数据进行处理光电式电能表的电量输入采用了数字输入接口模式。数字输入接口严格遵循了当前国际流行的IEC61850标准，数字输入接口在物理和链路层上采用了IEC61850推荐的高速光纤以太网。

数字化计量系统与传统计量系统的对照如下图所示。

三、结语

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，实用的全数字化变电站已有一些先例。目前，数字化变电站所需的大部分设备，可基本实现国产化。国家电网公司及各省市电力公司始终跟踪数字化变电站的最新发展，并做了大量实际工作，继2003年数字化间隔挂网试运行后，陆续有220KV安徽铜陵周庄变、220KV青岛午山变、220KV河北保定安新变、220KV哈尔滨延寿变等数字化变电站成功投运。还有部分省市电力公司按 IEC61850标准进行的500kV试点变电站正在调研中，并准备在近期内建设。数字化变电站将是我国变电站技术的发展方向。

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[作者简介]赵琛（1976.10-），女，江西南昌人，大专，助理工程师，研究方向：运维操作。