数字化变电站技术在电力企业变电所的应用

数字化变电站技术在电力企业变电所的应用

周江龙

    四川省西点电力设计有限公司。 四川 成都610000

摘要：从数字化变电站技术在电力企业变电站的应用现状入手，分析了数字化变电站技术的主要优势和电力企业变电站数字化升级的路径，阐述了电力企业数字化变电站技术的发展方向，以期为电力企业变电站数字化改造提供理论支持。在电力企业的生产过程中，需要大量的电气设备，电气设备的应用对电力企业的安全稳定生产至关重要。同时，与电力设备相匹配，电力设备对电力企业的供电和调度提出了更高的要求。在过去的一段时间里，电力企业变电站自动化水平不高，电力保护设施短路，不同电力设备之间存在协调性差的问题，极大地影响了电力企业的生产效率。随着我国电力系统整体技术的提高，借助计算机辅助和自动控制设备，电力企业的变电站可以实现电力的数字化建设，为电力企业稳定高效的供电奠定了坚实的基础。本文简要分析了数字化变电站技术在电力企业变电站中的应用。

关键词:电力企业数字化变电站应用

1数字化变电站技术在电力企业变电站的应用现状

1.1电力企业变电站发展现状

目前，在电力企业的生产环境中，大多数电力企业，尤其是中小型电力企业，还停留在传统的变电站设备阶段，主要由电气一次设备和电气二次设备组成。一次设备主要是直接用来接受与分配电能以及与改变电能电压相关的所有设备,主要包括：变压器、断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器等主要设备。企业变电站中不同电气一次设备之间的连接和配合主要是通过高压电力电缆，连接二次控制设备和一次设备主要是通过控制电缆。

二次设备主要是对一次设备和总体系统的运行情况进行监视测量、控制和保护的设备，主要包括：直流系统、站用电低压系统、监控系统、二次控制回路、微机保护装置、测控装置和计量装置等主要设备。

数字化变电站是指以变电站一、二次设备为数字化对象，以高速网络通信平台为基础，通过对数字化信息进行标准化，实现站内外信息共享和互操作，并以网络数据为基础，实现测量监视、控制保护、信息管理等自动化功能的变电站。数字化变电站具有“全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化、高级应用互动化”等四个重要特征。

1.2数字化变电站的技术要点

传统的电网主要注重的是信息化传输，数字化变电站或数字电网注重的是实现信息的网络交互，而升级后的智能电网则更加注重信息的互换互用以及功能的智能化应用。确切地说，智能化电网是在网络信息交互共享的基础上实现信息互用，这需要建立电力企业的大信息平台，并在此基础上逐步实现智能电网所要求的诸多强大功能。

数字化变电站技术是变电站自动化技术发展中具有里程碑意义的一次变革，其主要特征是“一次设备智能化，二次设备网络化，符合IEC61850标准”，即数字化变电站内的信息全部做到数字化，信息传递实现网络化，通信模型达到标准化，使各种设备和功能共享统一的信息平台。

数字化变电站有3个技术特点:首先是一次设备的智能化。一次设备中被检测的信号回路和被控制的操作驱动回路都采用微处理器和光电技术的设计，这使常规机电式继电器及控制回路的结构简化了，传统的导线连接被数字程控器及数字公共信号网络所取代。可编程控制器代替了变电站二次回路中常规的继电器和其逻辑回路，常规的强电模拟信号和控制电缆被光电数字和光纤代替。尤其是电子式互感器的应用，克服了传统互感器绝缘复杂、体积大且笨重。

其次是二次设备的网络化。变电站中常规的二次设备：故障录波装置、继电保护装置、电压无功控制、远动装置、同期操作装置、在线状态检测装置等，都是基于标准化、模块化的微处理机技术而设计制造，设备之间的通信连接全部采用高速的网络，二次设备通过网络真正地实现了数据、资源的共享。

另外就是自动运行的管理系统。变电站运行管理系统的自动化包括电力生产运行数据、状态记录统计无纸化、自动化；变电站运行发生故障时，并且能够及时地提供故障分析报告，指出故障原因及相应的处理意见；系统能自动发出变电站设备检修报告。

1.3电力企业变电站数字化发展的基础

在国内电力企业生产中，变电站正逐步向数字化转型，电力企业电网改造设备的智能化迅速普及。在电力企业变电站采用的数字化改造技术中，代表性的有混合光纤电流、pass组合开关电器等。企业变电站投入智能设备的数量和质量是保证数字化改造成功的关键。企业变电站智能设备需要使用相关技术标准，在统一的技术框架下串联电力设施。IEC61850通信协议为数字化变电站建设提供了有效的技术标准，对数字化变电站建设具有重要的指导价值。支持电力企业变电站数字化改造的IEC61850通信协议主要由变电站层、间隔层和过程层组成(图1)。数字化变电站技术在电力企业变电站的应用，可以有效减少人为因素对电力企业生产和供电的影响，减轻电力企业电力工人的工作压力，加强电力企业电能的管理和控制，最终使电力企业的电力调度保持在较高水平，提高电能利用率。

图1数字化变电站功能层次图

2电力企业变电站数字化升级路径

目前，电力企业变电站数字化升级一般有三种方案。一是采用IEC61850通信协议对传统电力企业变电站进行数字化改造，建设过渡变电站，初步实现电网智能化；二是用IEC61850通信协议建设一个实用的电力企业数字化变电站；第三，全数字化变电站从设置和建设之初，就已经用智能设备进行了建设。由于我国在电网一次设备方面的技术探索和积累水平较低，新建电力企业变电站可以采用第二种方案，最大限度地提高电力企业变电站的数字化水平。此外，传统的变电站设备可以进行数字化升级，从而节省电力企业数字电网的建设成本。采用IEC61850通信协议将设备串联起来，实现电力企业变电站的数字化改造。这种过渡型数字化变电站主要通过IEC61850通信协议连接，相关智能电力设备只要支持该协议，就可以接入数字化变电站网络实现智能控制。

在本系统中，数字化电力设备具有良好的系统兼容性，均支持IEC61850通信协议，并可通过接口功能升级变电站系统。软件升级可以有效降低电力企业变电站的维护成本，使变电站系统更适合电力企业的生产。在电力企业变电站二次回路中，继电器装置可以通过编程升级，所有装置都可以通过光纤与控制系统链接，大大优化了控制系统的回路设置。过渡型电力设备需要支持IEC61850通信协议，设备信息通过工业以太网传输。如果设备只能支持IEC61850通信协议，可以通过工业以太网直接连接。如果智能设备不能与IEC61850通信协议有效连接，需要通过相关转换设备进行连接和转换，然后通过工业以太网进行数据连接。

3电力企业数字化改造技术的发展方向

3.1自动控制系统

在当前电力企业的生产环境下，越来越多的电力企业意识到数字化变电站在提高电力效率、保障供电安全方面的积极作用，开始对传统的电力企业变电站进行数字化改造和升级。变电站大量应用数字化设备，实现了电力企业供电系统的智能化改造，提高了电力企业的生产效率。与电力企业的传统变电站相比，数字化变电站的应用可以有效地预防和管理电力企业变电站故障的发生，并且在故障发生后，智能设备可以很好地检测到故障的位置，从而有效地减少了故障处理的时间，提高了变电站设备的可维护性。变电站自动化的主要内容包括电气设备控制的自动化、数据记录、电力工作数据、信息分层等。电力企业数字化变电站的维护人员可以通过自动化监控系统监控变电站的运行状态，实现系统的自动化运行。

3.2数字化变电站中的继电保护装置

对于数字化变电站中的继电保护装置，一般是采用成套继电保护装置，模块化安装和运行，可以提高继电保护动作的准确性和成功率。在数字变电站中，所采用的协议为61850，在该协议中对于继电保护模块，将智能电子装置分为逻辑节点、逻辑设备、服务器等，通过对继电保护装置中的各个功能模块进行模拟，构建基于IEC 61850协议的数字化变电站中的继电保护装置模型，实现保护数据的通信和共享，提高继电保护动作的灵敏性。在110 kV数字化变电站继电保护装置中，可以接受和处理采集到的电气一次设备信息，送入到继电保护装置中进行分析和逻辑判断，并输出相应的保护动作策略，其中保护的各种动作信息可以通过相应的服务器进行存储，对保护动作这一较为短暂的物理过程进行较为可靠的模拟，为分析事故跳闸提高了很大的帮助。此外，在数字变电站中一般也对实时数据和非实时数据进行了分区，其中变电站中的保护信息子站和故障录波装置位于非实时区，通信管理机位于变电站中的实时区，一般通过接入变电站中的调度数据网，实现保护动作信号往电力监控中心进行传递，实现对电网的监视和控制。

3.3变电站继电保护设计

3.3.1 差动保护。差动保护作为变电站主保护方式之一，是根据基尔霍夫电流定理设计，通过将各要保护的设备装置作为一个个节点，当在正常运行状态下电流流过设备装置的前后是没有电流差的，而当设备发生故障后，该设备的流过的电流值前后便出现电流差值，所以此时便需要设定当电流差达到临界整定值便需要触发保护装置。差动保护装置的主要用于保护双绕组或三绕组的变压器等设备。

3.3.2电流速断保护。当线路及设备接线因短路故障产生较大短路电流时，其电压也会随之降低。故根据以上的电信号特点设计电流保护装置，电流互感器将短路电流转换为小电流从而通过电流继电器中，继电器根据流过电流的大小进行触发断路器，断路器根据信号便可以将根据设定的电流阈值使得保护装置能在很短的时间切断故障电流。

3.4网络技术

在电力企业数字化变电站的技术组成中，网络技术是实现数字化变电站的核心，可以有效保证数字化变电站的建成和运行。由于生产量大，电力企业使用局域网将管理和生产中的不同岗位和工作内容联系起来。变电站也是如此。利用局域网将各电气设备的信息传输到数字化变电站系统，再利用计算机进行判断分析，发出不同的命令信号，可以更精确地控制输电。利用光纤手段传播信心速度快，设备建设成本低。与光纤传输相比，数字信息传输更适合现代电力企业。

4结束语

综上所述，电力企业在现代化转型过程中需要更新生产设备和组织方式，其中生产设备的现代化首先要重视变电站的数字化建设。数字化技术在电力企业变电站的应用是我国电力企业现代化改造的重要组成部分。具备双向通信功能，一二次设备的灵活控制，通过信息网进行管理，实现全站信息采集、传输、处理、输出数字化；做好数字化变电站建设，有助于电力企业进一步提高生产效率，提高电网供电稳定性，保障电力企业稳定生产。

变电站是电力企业生产的能源枢纽。随着我国电力技术的日益进步，电力企业变电站的数字化改造将是未来电力改革的一大趋势。电力企业在进行电力企业变电站数字化改造的同时，需要综合考虑电力企业的用电需求和改造方式，根据技术成熟度选择适合电力企业生产的改造方式，通过安装智能电气设备，逐步实现电力企业变电站的数字化改造，稳步推进电力企业变电站的数字化改造。在智能电网中，数字化变电站的重要基础作用体现在通过全网运行数据分层分级的广域实时信息统一断面采集，实现变电站智能柔性集群及自动协调区域控制保护，支撑各级电网的安全稳定运行和各类高级应用；设备信息和运维策略与电力调度实现全面互动，实现基于状态监测的设备全寿命。

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