探讨数字化变电站与传统变电站的差异

探讨数字化变电站与传统变电站的差异

沈彦秋

（广东电网有限责任公司东莞供电局广东东莞523000）

摘要：随着现代社会科学技术的飞速发展，计算机通信技术和信息处理技术在电力系统领域的应用越来越广泛，数字化变电站成为发展的方向。数字化变电站在广东电网的应用仍处于起步阶段，运维人员对数字化变电站与传统变电站的运维差异的了解不够深入，因此，分析数字化变电站与传统变电站的差异性成为一个必要性课题。

关键词：数字化；变电站；差异

0引言

近年来电子式互感器等新型设备的推广应用和计算机通信网络技术的不断成熟，基于IEC61850标准的数字化变电站已经逐渐成为发展的方向。因此，有必要对数字化变电站与传统变电站在系统结构、设备特点、设备运维等差异性进行分析和总结，加深运维人员对数字化变电站的认识，提高设备运维和管理水平。

1数字化变电站的系统结构及技术特点

1.1IEC61850标准的由来

由于各设备厂家生产的智能电子设备，可能采用不同的芯片、不同的硬件架构、不同的嵌入式系统，它们组成了一个复杂的异构环境系统，所以变电站中设备之间的通信是一个复杂的分布式信息交互问题。变电站设备要实现互操作，实际就是需要在异构环境下实现数据交换。

为了解决变电站中异构环境下的数据交换问题，国际电工委员会负责电力系统控制及其通信的相关标准的第57技术委员会（IECTC57）制定了IEC61850标准，使变电站内不同厂家的智能电子设备之间通过一种标准协议实现互操作和信息共享，实现“一个世界、一种技术、一个标准”。

目前，IEC61850标准是电力系统自动化领域唯一的全球通用标准。IEC61850标准，实现了数字化变电站的工程运作标准化，使得数字化变电站的工程实施变得规范、统一和透明。

1.2数字化变电站的定义

数字化变电站是由智能化一次设备（电子式互感器、智能化开关等）和网络化二次设备分层（过程层、间隔层、站控层）构建，建立在IEC61850标准和通信规范基础上，将信息采集、传输、处理、输出过程完全数字化，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。

1.3数字化变电站的系统结构

在物理结构上，数字化变电站由三个层次组成，分为站控层、间隔层、过程层，各层次内部和层次之间采用高速网络通信。

图1数字化变电站结构图

站控层主要设备包括主机、操作员站、五防主机、远动装置、保信子站等，与传统变电站无异。站控层主要功能是通过网络汇集全站的实时数据信息，定时将数据转入历史数据记录库，并按需要将有关实时数据信息送往调度端；同时接受电网调度或控制中心的控制调节命令并下发到间隔层、过程层执行。

间隔层主要设备包括各种保护装置、测控装置、故障录波装置、安全自动装置、电能表等，其主要功能是完成各种保护、自动控制、逻辑控制功能的运算、判别、发令，同时执行数据的承上启下通信传输功能。

过程层主要设备包括电子式互感器、合并单元、智能终端等，其主要功能是完成实时运行电气量的采集、设备运行状态的监测、控制命令的执行等。现阶段智能化开关通过传统开关就地加装智能终端的方式来实现。电子式互感器利用电磁感应等原理感应被测信号，对于电子式电流互感器，采用罗氏线圈方式；对于电子式电压互感器，则采用电阻、电容或电感分压等方式。

1.4数字化变电站与传统变电站的系统结构区别

传统变电站采用传统互感器分布式变电站自动化系统，以单一的以太网单层组网。而数字化采用电子式互感器，全站从逻辑机构上按“三层两网”构建，其中两网分别为站控层与间隔层之间的以太网、间隔层与过程层之间的SV网和GOOSE网。

传统变电站二次系统采用单元间隔的布置形式，装置之间相对独立，装置间缺乏整体的协调和功能优化，设备之间信息难于共享、不具备互操作性，电缆接线比较复杂，系统可扩展性差。而数字化变电站通过建立基于IEC61850标准全站统一的数据通信平台，无需进行协议转换，实现站内一、二次设备的数字化通信和控制，能够统一配置全站功能，提高系统自动化水平。

1.5数字化变电站与传统变电站的设备区别

1.5.1电子式互感器的使用

电子式互感器是实现变电站运行实时信息数字化的主要设备之一，其准确的电流、电压动态测量，在提高继电保护可靠性等方面具有重要作用，并为提高电力系统运行控制的整体水平奠定了基础。

电子式互感器体积小、重量轻，易于组合到开关或其它高压设备中，共用支撑绝缘子，使设备紧凑，减少变电站占地面积以及基础工程施工量。电子式电压互感器不存在二次短路、电子式电流互感器不存在二次开路，彻底避免了因电压互感器二次短路、电流互感器二次开路而造成的人身伤亡、设备损害，消除了因PT短路、CT开路引起的安全隐患。

电子式互感器还可以直接输出数字量，消除了模拟量传输损耗造成的二次压差以及模数转换带来的采样误差，使电能计量更为准确。

1.5.2一次设备的智能化

数字化变电站在一次设备就地安装智能终端，实现一次设备的智能化。智能终端与一次设备采用电缆连接，与保护、测控装置等二次设备采用光纤连接，实现对一次设备（开关、刀闸、主变压器等）的测量、控制等功能。

1.5.3二次设备的网络化

数字化变电站二次设备之间的连接采用高速网络通信，实现数据共享。电子式电流电压互感器就地将电流、电压信号转为数字信号，经光纤输出至合并单元，合并单元将电流、电压信号进行数据合并及同步处理后，送往SV交换机，保护、测控、安稳、备自投装置从SV交换机读取所需的交流采样量，光纤替代了传统的电缆回路。保护装置之间、保护、测控与智能终端之间相互通讯采用GOOSE报文实现，取消传统二次屏柜之间电缆接线。

1.6数字化变电站与传统变电站的技术特点区别

传统变电站中开关和保护、测控之间通过控制电缆实现开关位置信号、控制信号等信息的传输，一次设备采集的模拟量，通过电缆将模拟信号传输到保护测控装置，装置进行模数转换后处理数据，然后通过以太网将数字量传到后台监控系统。保护测控装置通过电缆传输模拟信号，实现其对一次设备的控制功能。

数字化变电站中开关和保护、测控之间通过光缆实现开关位置信号、控制信号等信息的传输，一次设备采集信息后，就地转换为数字量，通过光缆上传保护测控装置，然后传到后台监控系统。而保护测控装置对一次设备的控制也是通过光缆传输数字信号实现其功能。

另外，数字化变电站普遍应用在线五防系统，全站操作在线防误闭锁，将五防功能融入到变电站自动化系统中。

2数字化变电站与传统变电站的日常运维区别

数字化变电站一次设备智能化，二次设备网络化，给设备的日常运维工作带来了新的挑战，继电保护定检、运行维护等方面与传统变电站也存在较大差异。

2.1继电保护定检方面

在传统变电站中，继电保护定检工作主要是通过对交流、电流电压回路，直流回路等电气量进行测量的方式，进而发现保护元器件的缺陷，而数字化变电站二次系统可以全面监视电气量采集、信息的传输和跳合闸的控制命令，二次设备中的缺陷大多都可以通过自检告警的方式来发现，检修更侧重于信号传输是否断链，通信网络是否畅通方面。如合并单元故障，可通过自检信息，初步判断合并单元是否丢帧、失步等故障，故障类型确定后，通过横向对比同一时间节点采样报文，找出存在故障的合并单元，并对异常报文进行分析，找出原因解决问题。

2.2变电运行方面

2.2.1设备巡视

数字化变电站大量应用新技术和新设备，这改变了传统变电站设备的原理、结构乃至外观，这就需要及时制定符合数字化变电站运行的巡视项目表。例如对于数字化变电站的电子式互感器，新制定的巡视项目表应包括检查电子式互感器的绝缘子状态、采集器和光纤连接是否正常等；对于合并单元，巡视项目表应包括检查母线侧刀闸位置指示是否正确，有无告警情况等；对于智能终端，巡视项目表应包括检查开关、刀闸、地刀各个位置指示是否正确，有无告警情况等。

2.2.2倒闸操作

目前在电力系统中应用最为广泛的是传统的微机防误闭锁系统。微机防误闭锁系统主要由三个部分组成，即防误主机、电脑钥匙及现场锁具。在倒闸操作过程中，将模拟预演后的正确操作步骤传输到电脑钥匙，其后的操作以电脑钥匙为主，来完成五防锁具的开锁工作。

而数字化变电站普遍应用在线五防系统，在线五防系统是充经集成在自动化系统后台软件中五防模块及测控装置中间隔五防模块对电气操作防误闭锁实时判断，对满足防误闭锁操作条件的电气设备逐步开放操作的一套防误闭锁系统。

在线五防系统取消了微机五防中的电脑钥匙和相关的挂锁、机械锁及电气编码锁，测控装置闭锁接点替代了设备操作回路中的电气编码锁，测控装置闭锁接点控制的在线五防专用锁具替代了网门、柜门、临时接地桩的挂锁。在线五防系统通过对全站电气设备、在线五防专用锁具，以及现场实际操作情况的在线监视，结合经预演成功保留在五防主机中的操作票序列，按操作票步骤依次开放每步电气操作，一旦操作对象的操作条件改变不满足操作要求，自动中断操作，实现全程实时在线闭锁，大大降低了电气误操作风险。

3结束语

数字化变电站与传统变电站的系统结构、技术特点、日常运维管理工作都存在较大差异。我们需要通过数字化变电站投运前的设备验收、投运后的设备运维工作，不断积累经验。

随着电网的发展，各种新技术、新设备、新系统不断投入到电网运行当中，我们只有不断自我提高、完善自己的知识结构、提高自己专业技能，这样才能在今后数字化、信息化智能电网的飞速发展中游刃有余，战胜职业生涯中的各种挑战。

参考文献：

[1]韩妙龄，数字化变电站与传统变电站日常维护区别的探讨，中国科技纵横，2014年15期（190）

[2]郑建全，变电运行工作中数字化变电站的应用，大科技，2013年第20期（191-192）

[3]肖志强、吴文斌、范运珍，智能变电站与传统变电站运行维护的几点关键区别，华中电力，2012年第3期（63-66）

作者简介：

沈彦秋（1985-），男，汉族，本科，工程师，技师，研究方向为电力系统变电运行。