数字化变电站自动化技术的应用白俊杰

数字化变电站自动化技术的应用白俊杰

白俊杰

（中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司）

摘要：数字化变电站技术所涉及的科研领域广泛，如通信网络、继电保护自动化及计算机等，而变电站自动化技术也随着智能化电气的发展即将踏入数字化的时代。在变电站自动化技术发展中数字化变电站技术的变革占有里程碑一样的意义，而在将来数字化变电站也将成为变电站建设的一种标准模式。

关键词：数字化；变电站；自动化技术；应用

1数字变电站的特点

1.1一次设备的智能化

变电站被控制的操作驱动回路以及被检测的信息回路主要采取了光电技术以及微处理器设计，从而使得常规的机电式继电器与控制回路结构变得更加简单、易于操作。同时其也改变了传统的导线连接方式，而是采用数字公共信号网络与数字程控器，这样就会大大提升连接的可靠性与稳定性。在数字化变电站的二次回路中，信息传输的工具也由原来的电缆而被替换成光纤，其主要是由微处理器系统、电光元件、光纤系统与光学元件组建而成。信号传输的载体也由原来的电子而被替换为光子。而且由可编程序器替换了原来的继电器及与其逻辑回路。由光电数字替换了原来的强电模拟信号。

1.2二次设备的网络化

数字化变电站的二次设备主要包括故障录波装置、测量控制装置、同期操作装置以及继电保护装置等等。这些设备都利用模块化以及标准化的微处理器设计构造而成的。各个设备之间都是选用高速度的网络通信连接起来，这样就能够利用网络实现资源与数据的共享，在此状态下，传统的功能装置也转变为逻辑的功能模块。

1.3变电站运行管理自动化系统

此系统主要包含分流交换以及数据信息分层自动化，电力生产运行状态以及数据的记录与统计。在数字化变电站运行的过程中，一但出现故障问题，那么就可以立即输出故障的分析报告，详细地指出故障发生的原因及具体的处理意见。

2数字化变电站建设的基本架构

2.1站控层

站控层是数字化变电站系统中非常关键的结构，其主要用于定时登录数字化变电站系统数据库，实时刷新数据库信息，按照数字化变电站运行要求，采集调度中心相关数据信息保存在数据库中，并且将相关指令和信息向变电站的间隔层和过程层进行反馈。同时，工作人员可在数字化变电站的站控层进行在线编程，实现良好的人机交互，并且可实时监控变电站系统的运行状态，基于变电站系统网络在线修理和维护间隔层和过程层出现的运行故障，实现了数字化变电站故障分析、诊断和维护的自动化和智能化。另外，数字化变电站站控层具有触控、打印、预警、显示等操作功能，可以很好地保障数字化变电站安全运行。

2.2间隔层

数字化变电站间隔层主要通过实时汇总变电站系统数据信息，有效控制一次设备和系统线路的继电保护。同时，间隔层实现了数字化变电站间隔操作的控制锁止，可优先获得控制命令、运算、整体分析、数据采集等控制权，在数字化变电站系统中发挥着衔接过渡的作用，并且基于变电站通信系统，间隔层中的各种电气设备实现了相互对话、信息共享的功能。

2.3过程层

数字化变电站过程层通过检测谐波分量、相位、电流和电压，根据间隔层电气设备运行情况，结合这些参数，计算出变电站的电能量、无功功率和有功功率。其次，检测数字化变电站运行情况，做好压力、电解液密度、温度、绝缘等级等数据统计，汇总这些数据信息传送到数字化变电站系统服务器上，有效控制数字化变电站具体操作，包括开关分合控制、断路器隔断控制、升压器接头控制、直流电源和交流电源充放电控制、电感电容投切控制等。

3数字化变电站系统的应用现状

3.1可靠性较低

数字化变电站系统过程层引进了很多电气设备，需要设置合并器，但是在变电站实际应用中，合并器频繁地进行数据交换，会严重影响数字化变电站运行的稳定性和可靠性。数字化变电站系统采用数字化信息传输，容易出现保护动作延时、误码等问题。并且，电子式互感器和光电式互感器工作方式和结构特点具有特殊性，使得数字化变电站无法顺利对互感器进行比差、角差的现场试验，也不能顺利开展极性试验，在电气设备带电投运后，影响接线检验的可靠性和准确性。

3.2保护不足

数字化变电站运行条件下，部分线路的间隔保护和保护校验比较复杂，操作难度较大，变电站系统所需的电压量和电流量无法从常规继电保护装置中获得，由于数字化变电站电压量和电流量要先通过合并器才能流入保护系统，但是试验过程中需提供标准的电压量和电流量，并且自带合并器才能进行模拟试验，实现数字化变电站的误差保护，这给电压量、电流量保护校验带来很大麻烦。当前，数字化变电站主要基于IEC61850通信协议，实现二次设备、一次设备的信息通信，但是受到技术方面的限制，数字化接口和通信还存在一些问题，影响了数字化变电站保护的可靠性和稳定性。另外，IEC61850通信协议没有明确变电站的安全保护设置，由于该协议的标准性和开放性，给数字化变电站系统埋下很多安全隐患。

4数字化变电站自动化技术应用分析

4.1建立了统一的信息共享平台

数字化变电站基于IEC61850通信协议，实现二次设备和一次设备的网络化、智能化，基于同一个通信网络，该变电站的监控、计量、测控、保护等模块接收谐波、电压、电流等信息，发送控制信息，不用再为数字化变电站的不同功能构建信息执行、传输和采集系统，构建统一的功能模型、数据模型和信息模型，通过通信服务接口、对象建模，实现数字化变电站电气设备的互操作和信息共享，使控制中心和变电站系统实现无缝通信，可有效提高数字化变电站的互操作性，实现信息在数字化变电站支持系统和各种运行系统的共享，减少数字化变电站重复建设和运行维护总投资成本。

4.2更新变电站功能

数字化变电站通过通信网络实现各种电气设备之间的信息交换，若数字化变电站需要进一步扩大系统规模或者增加一些个性化功能，只需要在通信网络平台上设置新的系统模块或者引入新设备，不用将原有设备更换掉，极大地减少数字化变电站的建设成本，节约各种资源，简化数字化变电站运行操作，不断提高将数字化变电站的运行效率。

4.3有效提升变电站运行可靠性和安全性

传统变电站系统的电气设备和通信设备主要通过电缆线路接收和传输数据信息，需要耗费大量的人力资源和电缆资源，并且维护检修难度较大，成本很高。数字化变电站主要采用光纤线路，有效解决了普通电缆线路的电磁兼容问题，实现了数字化变电站高低压系统的电气隔离，极大地减少了变电站系统调试保护、设备检修的工作量。另外，数字化变电站系统用网线或者光纤通信替代传统二次回路接线，消除了二次回路的绝缘、接触隐患，极大地提高了数字化变电站的可靠性和安全性，节省了变电站系统运行维护的大量人力、物力和财力。

4.4提高了测量精度

传统变电站系统二次设备和一次设备信号采集和互感器模拟信号输送过程中存在附加误差，而数字化变电站系统中设置了多个电子式互感器，数字信号采集准确度较高，这样可保障数字化变电站计量系统、测量系统和保护系统的精度，有效提升数字化变电站的运行效率和工作质量。同时，数字化变电站的电气量测模块重量轻、体积小，智能开关设备系统应用集成化电路模块，按照一体化机电设计理念，合理布置数字化变电站电气设备，实现各种功能的组合优化。

结语

总而言之，数字化变电站自动化系统的出现，有效优化了电网运行方式，促进了自动化技术的广泛应用，大大提升了设备的稳定性以及可靠性。在未来，数字化变电站技术的发展应该是利用智能变压器以及光电式互感器等数字化一次设备，再借助其他智能电子设备，再通过合理地改良与创新，努力创建出一种智能变电站自动化系统，从而有效实现系统集成以及信息共享，并且实现变电站站内各个层次之间的无缝通信，进而保证变电站安全、稳定地运行。

参考文献

[1]刘伟，郑伟洪.变电站自动化系统的数字化趋势[J].天津电力技术，2011.

[2]刘正道，郭大伟.数字化变电站技术应用[J].科技资讯，2011.

作者简介

白俊杰（1983.2.12），男，能，北京市，单位：中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司，本科，工程管理