数字化保护在常规变电站中的应用

数字化保护在常规变电站中的应用

马瑞萍1马浩1马任远2

1河南省郑州供电公司河南省郑州市450006；2河南电力经济技术研究院河南省郑州市450006

摘要：随着计算机技术和电子技术的持续发展，数字化变电站作为变电站自动化领域的一次重大变革，已逐渐得到广泛的应用。本文简要介绍了数字化变电站的基本情况，并结合常规变电站实际情况分析数字化保护在应用中存在的问题以及其解决方案。

关键词：数字化；保护；应用

随着我国科学技术的快速发展，数字化和信息化作为当今世界发展的潮流，已广泛应用于各行各业。数字化推广应用于变电站，对推进我国变电站自动化技术和水平，提高电网安全运行，建设自主创新的新电网都具有非常重要的意义。

1数字化变电站概述

1.1数字化变电站的定义

数字化变电站指信息采集、传输、处理、输出过程完全数字化的变电站，基本特征为设备智能化、通信网络化、运行管理自动化等。它的采用，使变电站的设计简化、施工简单、成本降低，为运行管理自动化提供了平台，为电网数字化的建设奠定了基础。

数字化变电站具有以下主要优势：1、变电站的各种功能可共享统一的信息平台，避免设备重复；2、便于变电站新增功能和扩展规模；3、通信网络取代复杂的控制电缆；4、提升测量精度；5、提高信号传输的可靠性；6、应用电子式互感器解决传统互感器固有问题；7、避免电缆带来的电磁兼容、传输过电压和两点接地等问题；8、解决设备间的互操作问题；9、进一步提高自动化和管理水平；10、经济效益的优势

1.2数字化变电站的主要构成

数字化变电站是一个不断发展的概念，目前它是由电子式互感器、智能化一次设备、网络化二次设备在IEC61850通信规范基础上分层构建，能够实现智能设备间信息共享和互操作的现代化变电站。主要包括以下设备：

电子式互感器：克服了传统互感器绝缘复杂；重量重、体积大；CT动态范围小、易饱和；电磁式PT易产生铁磁谐振；CT二次输出不能开路等诸多缺点。电子式互感器绝缘简单；体积小、重量轻；CT动态范围宽、无磁饱和；PT无谐振现象；CT二次输出可以开路。

合并器：合并器是低压侧数据处理系统，并且为高压侧采集器提供能源。主要提供以下功能：接收来自采集器的采样光信号、两路母线电压合并器的数字信号，对原始数据处理之后按照IEC-61850规约以光信号形式对外提供采集数据；以光能量的形式，为采集器提供工作能源；

智能单元：线路的智能单元负责采集控制室内的所有跳合闸信息（保护、手动、遥跳）完成分合开关及防跳功能；以及将所有就地开关量信息采集后以接点的方式告知测控设备，并将所有告警信息一一上行。变压器的智能单元具有挡位采集、非电量信息采集、遥信采集，刀闸位置采集、挡位调节，刀闸遥控等功能。

智能单元工作方式示意图

2常规变电站数字化改造工程简介

常规变电站的一次设备采集模拟量，并通过电缆将模拟量信号传输到测控保护装置，由装置进行模数转换后处理数据，同时监控系统和测控保护装置对一次设备的控制也通过电缆传输模拟信号实现其功能。而数字化变电站一次设备采集信息后，就地转换为数字量，通过光缆上传至测控保护装置，监控系统和测控保护装置对一次设备的控制也通过光缆传输数字信号实现其功能。鉴于以上区别，常规变电站数字化改造将面临较多的困难。以下就陈庄变电站数字化改造为例加以说明。

目前国内投产的数字化变电站均为新建变电站，尚没有220KV变电站数字化改造的经验。因此，220KV陈庄变电站的数字化改造面临较多的困难。根据陈庄变电站的负荷情况，本次数字化改造分为两个阶段进行。

第一阶段：在不改变现有常规一次设备的基础上，通过在一次设备本体或附近加装智能控制单元和模拟式输入合并单元完成过程层设备的智能化；间隔层设备全部取消了模拟输入、开入和开出，仅通过通信按照IEC61850-9-1/2与合并单元、GOOSE与智能控制单元连接；间隔层、过程层间完全通过数字化连接，取消了大量点对点硬接线连接。

第二阶段：站控层和间隔层、过程层全部实现数字化。过程层设备采用非常规互感器，过程层的测量、监视和控制全部实现数字化、网络化。

现陈庄变仅进行第一阶段，更换数字化保护，保留原常规互感器、断路器。

3数字化保护在陈庄变电站中的应用

为了保证在改造中不对用户造成停电，陈庄变110KV线路均为旁带改造，线路保护实行轮停，故原110KV母差保护需保留；同时按照第一阶段改造要求，原有互感器也需保留。结合以上实际情况，改造重点主要有以下几方面：

3.1电流电压模拟量转换

由于现阶段无法对电流电压实现数字化采集，需要将现有模拟量转换成数字量提供给保护、测控等装置使用。通过分析研究，改造后电压量由常规PT模拟量通过母线电压合并器转换为光信号，按照IEC60044规约以光信号形式向其它合并器提供母线电压数据，并根据需求提供PT切换/并列功能；间隔合并器接收两路母线电压合并器的数字信号以及将电流模拟量转换成光信号，对原始数据处理之后按照IEC-61850规约以光信号形式对外提供采集数据。例如通过间隔合并器输出数据至母差、变压器的数据集中器；通过光纤以太网向保护、测控等二次设备输出数据。

3.2电压切换回路的解决

陈庄110KV线路一次采用双母接线形式，二次电压存在切换问题。为了切实贯彻“二次电压必须适应一次运行方式变化”要求，保护采集的电压必须随线路运行方式变化而变化，而电压合并器输出量均为两段母线电压数字信号，不能直接提供线路实际运行母线电压。通过分析考证将母线刀闸位置通过电缆接至保护屏，在线路合并器增加插件，实现刀闸切换功能，确保能实时正确采集电气量信息。实施后线路电压能随线路运行方式变化自动切换母线电压，为保护装置正确动作提供了准确的计算数据。

4结语

目前，陈庄变电站110KV线路保护已全部实现数字化，保护人员在改造过程中基本掌握了数字化保护的相关知识，观察积累了调试维护经验，并对改造中出现的问题一一进行归纳总结。在今后工作中，我们将对数字化保护的运行以及改进策略提出更高的要求，不断提高设备的安全运行水平，认真总结经验，推广应用于其它变电站并使之进一步完善。

参考文献

[1][XT700系列数字化变电站二次设备].南京新宁光电自动化有限公司,2006年2月.