論數字化電力變電站重要技術以及對未來的發展

　　為了提高電力系統的自動化水平和可靠性，提高電網企業的經濟效益和管理水平，我國電力企業積極進行變電站的數字化。隨著國家標準的不斷完善以及智慧斷路器、非常規互感器和網路技術的發展，數字化將是未來變電站自動化發展的必然趨勢。

　　一、數字化變電站的特點

　　隨著數字化技術的出現和應用，數字化變電站的概念也被提出。數字化變電站可以實現資訊的整體和統一處理,同時具備變電站內IED之間、控制中心和變電站之間協同互動執行的能力。一般情況下，數字化變電站具備以下幾個技術特點。

　　1.層次化

　　由於所具備的功能差異，變電站的結構邏輯可分成間隔層、過程層以及變電站層。間隔層的作用是通過本間隔的資料作用於自身間隔的一次裝置。所有與一次裝置介面功能的實現是通過過程層完成的。利用全站的資料，變電站層可以對全站的一次裝置進行監視以及控制，同時可以實現與遠方控制中心進行交換資料。

　　2.一次裝置的智慧化

　　可程式設計***PLC***控制器可以替換變電站二次迴路中的繼電器及其配套的邏輯迴路，光電數字和光纖將會代替變電站目前普通的模擬訊號和控制線路被。

　　3.二次裝置的網路化

　　變電站的二次裝置不設功能裝置重複的輸入/輸出介面，通過網路可以真正實現資料共享、資源共享，普通的功能裝置也會演變成邏輯的功能模組。

　　4.執行管理實現自動化

　　日常執行、維護、資料記錄可以實現無紙化辦公和自動化的資訊分流交換;變電站發生故障時，及時提出故障原因和維修意見;系統可以自動發出變電站裝置狀態檢修報告。

　　二、數字化變電站中的關鍵技術

　　由於使用者對供電質量、可靠性要求以及電壓等級和電網容量的不斷提高，電力電子、感測器、網路通訊和訊號處理等技術日漸成熟，所以變電站一次裝置智慧化、自動化成為發展的必然趨勢。當前，該技術主要是智慧斷路器、整合型智慧開關以及電子式電流電壓互感器等裝置的發展和應用。

　　1.非常規的互感器

　　隨著計算機技術和光電技術日益成熟，非常規互感器在實際生產中得到了廣泛的應用。它具有很強的抗電磁干擾能力、絕緣好、可測量頻頻寬，新型光電/電子式互感器具有現代光電技術的優點以及電光晶體的各種優異特性，在電力行業有著廣泛的應用。同時，結合數字訊號處理DSP技術和光電技術，未來將呈現出很好的發展勢頭。

　　數字化保護和測控裝置可以和非常規互感器直接介面，省去了中間環節。它的優點是：能隔離高低壓，絕緣效能良好;由於不含鐵芯，鐵磁諧振和磁飽可以消除;良好的抗電磁干擾效能，低壓側無開路高壓危險;測量精度高，動態範圍大;頻率響應範圍大;無易燃、易爆等危險。

　　由於以上優點，非常規互感器不僅具有可觀的經濟效益和社會效益，而且能很好地適應電力系統數字化、智慧化和網路化發展的需要，提高了電力系統自動化程度並且能夠保證其安全可靠的執行。

　　2.整合型智慧開關裝置

　　國外一些大的電力裝置生產公司已經推出類似產品，瑞士ABB公司推出的接插式開關係統PASS是最具代表性的。它是ABB公司在生產氣體絕緣組合電器GLS和空氣絕緣開關裝置ALS的基礎上研發的一種新型電器裝置，而該款產品具備了GLS的優點。從20世紀末應用至今，已在美國、加拿大、英國、瑞典等變電站使用並且使用者反應良好。可以說，整合型智慧開關裝置是電力系統將來一次電氣裝置的發展方向，它的主要優點是結構緊湊、安裝方便、接線簡化、佔地面積小、自動化程度高、可靠性高和日常維護簡單。

　　3.斷路器智慧技術

　　為了改變現有斷路器的單一空載分閘特性，自動獲得實際開斷時電氣和機械效能上的最佳開斷效果，且由於電網執行過程中會經常有各種開斷指令，斷路器可以執行相應的智慧操作——自動調整執行機構和滅弧室工作條件的選擇。通過智慧斷路器的過程層***I/O***通訊介面，輸入和輸出通訊資料，而這些通訊資料必須符合IEC61850標準。或者說根據IEC61850提出的標準體系，斷路器屬於過程層裝置，所以控制跳合閘命令的傳遞以及斷路器狀態資訊傳輸是通過IEC61850標準的通訊資料來實現的。

　　三、數字化變電站通訊網路結構

　　建設數字化變電站的基礎之一就是從邏輯概念和物理概念上，將通訊體系分為三個層次，即間隔層、變電站層以及過程層，並且制定了各層通訊介面之間的通訊標準。而另一個前提就是制定的IEC61850標準，該標準的制定，有利於實現電力自動化系統的三個功能，即控制、監視和繼電保護功能。

　　由於沒有規定通訊拓撲，並且對裝置之間的通訊介面沒有任何標準，所以各個廠家只是根據客戶需求自行設計和定義物理通訊鏈路上的通訊介面，上述的三個層次僅是抽象的概念。由於IEC6185O使用乙太網作為基本通訊技術，並沒有限制實際的網路形式，所以，隨著網路技術的進步，同一個網路完全可以融合變電站匯流排和過程匯流排。這樣的通訊系統既有利於變電站與控制中心構成統一的無縫通訊網路，而且可以同時實現變電站內的無縫連線。

　　變電站層有兩種功能。變電站層功能是指SAS到各個介面的功能，即到本地站操作員人機介面、遠方控制中心遙控介面或遠端監視維護工程遠方監視介面的功能。另外一個功能是指利用多個變電站或間隔的資料，而且作用到整個站的一次裝置或多個間隔。

　　間隔層是利用分析某個間隔資料，然後可以實現控制該層一次裝置的目的。該功能是與任何型別的I/O或智慧感測器和執行器通訊，即通過一定的邏輯介面在間隔層內通訊或與過程層通訊。

　　過程層功能是連線到過程的全部功能。

　　四、數字化變電站對變電站的影響

　　1.對二次系統應用的影響

　　由於現代數字技術的發展以及相關標準的制定，變電站數字化技術得以迅速發展應用。在電氣量採集的環節、IED裝置資料傳輸交換方式、變電站資訊冗餘性、變電站二次系統執行安全性、可靠性等，都將由於變電站數字化技術的應用產生巨大的影響。

　　2.對變電站整體建設方案的影響

　　當今，由於土地價格昂貴，縮小變電站的佔地面積將是目前變電站建設急需考慮的問題。由於電子式互感器的體積小，方便安裝，與其他高壓裝置整合方便，所以能減少變電站的佔地面積。實現數字化的變電站基本上沒有電纜，採用光纖通訊，造價低，重量輕。可以取消變電站內大部分電纜井和電纜層，建設變電站的成本也可大大減少。

　　3.數字化變電站對裝置除錯的影響

　　數字化變電站不僅可以提高二次系統安全性，而且可以大大簡化二次系統的除錯;電壓互感器的極性由安裝位置決定，所以現場不需要校驗;絕緣電阻不需要測試;電子式互感器還可以確保使用資料正確，這是由於該裝置傳輸的資料都有標記，方便識別;除此之外，由於一二次迴路接線不需要查線，原來的查線工作大大減少，減輕執行維護人員的工作量;由於絕緣的系統的光纖訊號傳輸迴路，所以沒有接地，減少了變電站檢查接地的工作量。

　　五、數字化變電站未來的發展

　　電力系統通過SAS技術的應用，不僅提高了電網執行的安全性、穩定性，而且還大大減少了系統的維護和檢修費用，具有十分明顯的經濟價值。由於變電站是整個電力系統最基本資訊源，所以它也是整個系統中數字化的基礎。基於以上原因，數字化變電站應具備以下幾項技術優點。

　　***1***過程層資訊系統內部互相呼叫。在數字化變電站過程層的資料化的資訊傳輸都是通過光纖完成的，所以過程層的資訊可以實現系統內部互相調。

　　***2***檢測除錯方法的變化。由於數字化變電站中的大多數自動化功能都以資料通訊的方式實施，所以通訊監測裝置顯得非常關鍵，不僅用於檢查網路的聯通性，而且對通訊過程和傳輸資訊進行監視，用來分析自動化功能的實施情況。

　　***3***廣域自動化功能。數字化變電站的通訊網路建設需求是互相相容的，傳輸的資訊有同一個標準同時必須能夠相互共享，這樣才能達到電網與變電站之間協同配合的目的。

　　***4***數字化變電站通訊網路技術有及時性、穩定性以及相容性等優點。

　　***5***資訊模型化和互操作。作為電力系統的資訊源頭，數字化變電站不僅要提供儘可能多的資訊，而且這些資訊應建立在統一的電力系統資訊模型的基礎之上。作為執行終端，實現各種協同功能是數字化變電站最基本的特徵，這要求IED之間能夠互操作。為了實現裝置之間互相操作，變電站資訊的標準化是基礎。

　　六、總結

　　由於數字化變電站技術涉及到許多通訊網路以及新裝置的應用，所以從研發到實際應用將會是比較長期的過程。如IEC61850標準體系、智慧斷路器、電子式互感器、網路通訊技術等。由於各種新技術沒有經過一定時期的實踐檢驗，所以在現場應用的穩定性需要結合工程實際逐步完善。

　　國內外數字化變電站的研究和建設也還在起步階段。我國的數字化變電站建設的總思路是先把低電壓變電站***110kV以下***作為建設試點，通過一段時間的摸索，然後應用到高的電壓等級的變電站上，在此期間更需要進行大量的理論研究和實踐摸索。同時，由於目前大部分變電站都沒有經過數字化改造，所以現有的常規變電站就可以為數字化變電站技術的發展提供應用的平臺，而電網的發展也為變電站數字化技術提供契機。未來數字化變電站應用技術的成熟，將標誌著新一代數字化電網的實現。

　　但一些數字化變電站關鍵技術和裝置，如電子式互感器、智慧斷路器技術、網路通訊技術等還處於實際應用的起步階段，需要進行大量的理論研究和執行經驗的積累。