数字化变电站方案设计的浅析

[摘 要]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通信规范基础上，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。

[关键词]数字化；变电站；方案设计

中图分类号：TP113 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）14-0211-01

1 概述

数字化变电站作为变电站的发展方向，主要解决现有变电站可能存在的以下问题：传统互感器的绝缘、饱和、谐振等；长距离电缆、屏间电缆；通信标准等。数字化变电站与传统变电站相比，主要需对过程层和间隔层设备进行升级，将一次系统的模拟量和开关量就地数字化，用光纤代替现有的电缆连接，实现过程层设备与间隔层设备之间的通信。

2 方案设计

2.1 方案介绍

2.1.1 一次设备智能化。采用数字输出的电子式互感器、智能开关（或配智能终端的传统开关）等智能一次设备。一次设备和二次设备间用光纤传输数字编码信息的方式交换采样值、状态量、控制命令等信息。

2.1.2 二次设备网络化。二次设备间用通信网络交换模拟量、开关量和控制命令等信息，取消控制电缆。

2.1.3 运行管理自动化。所有信息按统一标准建模，并按统一的通信协议标准传输，实现不同设备和不同功能的信息共享。整合监控、远动、五防、在线监测等功能，新增自动故障分析系统和程序化控制系统等高级应用功能，提升自动化水平，减少运行维护的难度和工作量。

另外，变电站站内信息数字化、标准化，在IEC 61850到主站的标准确立以后，调度端将可完全访问变电站的所有信息。除了传统的实时数据外，调度端还可以直接导入变电站模型乃至主接线图，并能获得在线监测、设备台帐等运行管理信息。

2.1.4 信息模型标准化

选用IEC61850变电站通信网络和系统标准。该标准包含通信要求、信息模型、通信协议、工程管理和一致性检测等内容，支持站控层、间隔层和过程层通信，完全满足数字化变电站的要求。

数字化变电站是由智能化一次设备、网络化二次设备按IEC61850协议整站的网络架构分层构建，从整体上分为三层：站控层、间隔层和过程层，能够实现智能设备间信息共享和互操作的现代化变电站。与常规变电站相比，数字化变电站间隔层和站控层的设备只是通信模型发生了变化，而过程层却发生了较大的改变，由传统的电流、电压互感器、一次设备以及一次设备与二次设备之间的电缆连接，改变为电子式互感器、智能化一次设备、合并单元、光纤连接等方式。

2.2 站控层功能

站控层的主要功能是为变电站提供运行、管理、工程配置的界面，并记录变电站内的所有相关信息。具体如下：①汇总全站的实时数据信息，不断刷新实时数据库，按时登录历史数据库；②按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心，接收调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行；③监控系统和远动通信服务器采用一体化数据库配置方式，生成监控数据库的同时即可完成对远动通信服务器的数据库、功能及逻辑的配置，提高了数字化变电站的维护效率；④具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能；站控层、间隔层共用一套防误规则库，防误规则库可由后台监控生成并通过网络下载到测控装置，并可在后台监控上模拟、预演、校验测控装置的防误逻辑，有效的提高了系统的可靠性与维护效率；⑤具有（或备有）站内当地监控，人机联系功能，如显示、操作、打印、报警，甚至图像，声音等多媒体功能；⑥具有对间隔层、过程层各设备的在线维护、在线组态，在线修改参数的功能；⑦具有变电站电压无功控制（VQC）、小电流接地选线、故障自动分析和操作培训等功能。

2.3 间隔层功能

①汇总本间隔过程层实时数据信息；②实施对一次设备保护控制功能；③实施本间隔操作闭锁功能；④实施操作同期及其他控制功能；⑤对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制；⑥完成与过程层及站控层的网络通信功能。保证网络通信的可靠性。

2.4 过程层的主要功能及配置

①电力运行实时的电气量检测；②运行设备的状态参数检测；③操作控制执行与驱动。

过程层设备包括光电互感器、合并单元、智能终端。合并器与互感器的输出相连并完成与一些跨间隔合并器的数据传输。

2.4.1 合并器具有以下基本功能：①可接收来自多路电子式互感器采集器的采样信号，汇总之后按照IEC61850规约以光信号形式对外提供采集数据；②以光能量形式，为电子式互感器采集器提供工作电源；③接收来自站级或继电保护装置的同步光信号，实现采集器间的采样同步功能；④可以接收传统互感器的模拟信号，进行A/D转换并完成合并功能。

2.4.2 智能终端应具有以下基本功能：①通过过程总线接口给间隔层设备提供电气信息，接受间隔层设备的跳合闸等控制命令；②各断路器的智能终端输入开关位置、低气压、刀闸位置等状态量，输出跳合闸命令，含操作回路；③本体智能终端输入非电量、中性点刀闸位置、档位等信号，输出档位控制、中性点刀闸控制和风扇控制等接点。

2.4.3 过程层设备配置方案。过程层设备主要包括电子式电流电压互感器、智能一次设备等，现阶段智能化开关由传统开关+智能终端方式来实现开关设备智能化，电子式电流电压互感器采用罗氏线圈+激光供能的光电电流电压互感器来实现互感器设备的数字化。

过程层设备与间隔层设备相连应采用点对点或网络式总线通信方式，过程层设备具有自我检测、自我描述功能，支持IEC 61850过程层协议。传输介质应采用光纤传输。

3 方案对比

综上分析，数字化变电站所具有的可靠性、维护性、实施性等特点是常规综自站不能比拟的，数字化变电站是未来变电站的发展方向，可大范围推广。