数字化变电站设计方案探讨

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【摘 要】我国社会经济不断发展，通信业不断进步，人们对于数字化变电站设计方法日益关注。数字化变电站设计方案是数字化变电站的基础与前提。本文对数字化变电站的优势进行了分析与探讨，然后对数字化变电站设计进行了具体详细的分析，以期为数字化变电站的运行提供强有力参考依据。

【关键词】数字化；变电站；设计方案；探讨

引言

数字化变电站是以IEC61850标准作为基础，进行信息收集、传输、处理和输出，全过程都使用数字化的变电站。数字化变电站的最大特征就是数字化、智能化、网络化、运行管理自动化、以及模型与通信协议统一化等。我国于2009年试运行了第一个500kV的数字化变电站试点工程，而桂林变电站数字化试点设备的正式运行，标志了我国第一个在过程层、间隔层、站控层均满足IEC61850标准变电站的建立完成。

1 数字化变电站的优势

数字化变电站主要由智能化的一次设备（智能化开关与电子式互感器）与网络化的二次设备分层（间隔层、过程层、站控层）构建，建立在IEC61850通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。其也是应用IEC61850进行建模和通信的变电站，数字化变电站体现在过程层设备的数字化，整个站内信息的网络化，以及开关设备实现智能化。

1.1 使用IEC61850标准

数字化变电站相比较于传统的变电站而言，使用自描述式设备应用，包括所有设备应用研的标准、对象、模型、命名等，从而缩短了手工配置的时间，也使I/O信号到电力系统变量的映射减少，大大降低了系统维护与高度的工作量，成功缩减成本。数字化变电站还使用了标准的设备配置文件开发和升级设备，尽管设备配置的成本降低，响应速度却获得大幅度提升。利用数字化，变电站设备间内的通信光纤能够通过自动化网络直接进行数据交换，实现更为先进的安全防护措施，布线的成本大大降低，使用端子排连接的复杂操作以及二次接线数量得到缩少，控制电缆的数量也相应地减少。数字变电站采用的是TCP/IP以及Ethernet网络协议，其用户量大、网络覆盖广，可靠性高，总体成本低，各设备间可实现无缝连接。数字化帮助提供较以往更为完善的应用服务，比如报告、日志记录、总控制监管、以及各类数据的存取和输入输出等，更能达到用户需求。

1.2 使用智能化开关设备

使用智能化的开关设备其优势主要是能够对变电站进行更为完善的状态检测服务。传统方案多采用一次设备和二次设备，两种设备间需要大量的电缆进行连接，而智能化开关设备则大大地减少这种电缆的使用量，使原有的冗余控制回路获得更好的简化和优化，比如压力闭锁、防跳等。另外，智能化开关设备还取消了一次设备与二次设备之间原有的大量端子排的连接设计，使整个设计与现场安装工作都获得了大大的简化，并且一二次界面更加清晰，高度工作量减少，人为的出错率明显降低。

1.3 使用电子式互感器

电子式互感器本身没有铁芯，绝缘结构较为简单可靠，整个互感器体积较小、重量较轻，没有磁饱和，具有较高精度，且频率响应有范围较广，暂态特性良好。当数字信号在光纤中进行传输时，电子式互感器能够达到更好的抗电磁干扰能力，使数据的可靠性大大提高，避免了二次侧开路易产生高压的危险。电子式互感器不存在易燃易爆的危险，使运行更安全，同时此设备免维护，减少工作量。而传统的互感器以模拟信号输出，经过电缆和二次设备时，信号大量损失，产生附加误差，影响系统的精度。

2 数字化变电站的设计方案探讨

2.1 数字化变电站设计分析

就逻辑结构来说，数字化变电站一体化设计主要包括：过程层、间隔层与站控层。因为功能不同，在设计上也要根据主体功能有所区分。过程层指的是一、二次设备之间的结合面，也就是智能化电气设备的智能化方面。过程层的主要功能是：第一，对电力运行进行实时的电气量检测；第二，对运行设备的状态参数进行在线的检测与统计；第三，对操作控制进行执行与驱动。间隔层相关设备的主要功能是：第一，间隔层负责对一次设备保护控制的实施工作；第二，需要对间隔过程层的实时数据进行汇总；第三，对闭锁功能进行实施运行；第四，对操作同期和其它控制进行待命实施；第五，对统计运算、数据采集、控制命令等，间隔层具有优先级别进行指令发出的控制；第六，对通信起到承上启下的作用，实现过程层与站控层的连接。站控层的主要功能包括：第一，按时登陆历史数据库，并对全站实时数据信息进行汇总，不断刷新实时数据库，保证数据的及时有效；第二，对控制中心的指令进行接收，并向间隔层及过程层发出指令使其执行；第三，将有关数据输送往控制中心或高度处；第四，可实现人机互联，具有站内当地监控作用；第五，有在线的全站操作闭锁控制功能，具此功能可实现编程；第六，对间隔层和过程层的各类设备进行在线维护、在线修改参数等；第七，对变电站的故障进行智能化分析，并实施操作培训。

2.2 数字化变电站数据库建立

使用数据库的设计方法，首先要对数字化变电站中基础性设施与电力设备等等进行数据库搭建工作，对数据库不同实体的“配置”进行反复的使用，从而来帮助完成不同等级的变电站的数字化设计。数据库的建立采用SolidWorks软件，将电力设备以及常用的设施以多配置的方式引入数据库设计，从而实现数字化；另外，对特殊设施和环境（如地基等）的设计，最好采用分别设计的方法来实现数据库。

建立数据库主要包括以下内容：主变压器实体数据库、电容组实体数据库、常用基础设施实体数据库。在设计过程中，小型的电力设备最好采用零件方式来建立数据库，并将材质、重量等真实属性设计进去，然后再根据不同等级变电站的实际需求情况进行针对性的设计；大型的电力设备，则需要分散设计，即将设备分解成3-5个零部件来进行相应的设计操作，但要注意的是分解的零件不要过多，否则可能影响整体性的设计，每一个零部件的设计与前述小型电力设备相同，等将各零部件总装后，同样需要根据不同情况进行针对性的再设计。

2.3 数字化设计

设计人员应该在数据库的基础之上，依照基础性设施装配体与电力设备、控制装配体、线路连接、环境装配体的顺序和步骤进行逐步设计。首先，电力设备及基础性设施装配的设计：数据库中调用基础设施的零部件，选取零件具体配置进行基准面的建立，再从数据库中调入设备，进行基准面与相应配置的调整，完成此类装配体的构建。其次，线路连接与控制的设计：在上一设计的基础上插入空的装配体，并在其中生成不同设备区域所需的各类接线零件，在总装配体当中编辑这些零件，并利用结构件实际功能以及3D草图来设计出实体的线路装配图。第三，环境设计：通过扫描好的周围环境生成3D的实体环境草图，导入总装配体当中以完成整个设计。

3 结语

综上所述，我国自动化技术不断发展，数字化变电站已经成为必然趋势，数字化技术的发展与成熟，将对建立更为高效安全和智能化的数字化电网具有着重要的意义。

参考文献：

[1]黄少雄，李斌.传统变电站分阶段数字化改造方案研究[J].东北电力技术，2009（07）.

[2]石磊.数字化变电站保护调试[J].电工技术，2009（04）.

[3]郑翔.从数字化变电站看保护自动化专业发展[J].电力信息化，2009（03）.

[4]吴琴芳，陈恳.IEC61850与数字化变电站的应用研究[J].电气技术，2009（02）.