数字化变电站的主要特征和关键技术分析

摘要：数字化变电站智能输电网的物理媒介是促进智能电网发展的一个关键技术。首先介绍智能电网系统组成结构，主要包括过程层、间隔层的变电站层。在此基础上，讨论了数字化变电站的主要特性和关键技术。可为数字化变电站设计和相关科研与运行人员提供参考。

关键词：数字化变电站；组成结构；主要特征；关键技术

作者简介：赵敏（1982-），女，河南漯河人，漯河供电公司变电检修部，助理工程师。（河南　漯河　462000）

中图分类号：TM63 ?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）33-0138-02

随着高速以太网的网络技术的发展，非常规的高级电子式传感器和职能智能开关技术的改进和工程应用以及IEC61850标准的实施，系统实时性高、可靠性高、可扩展性强和灵活性好的数字化变电站得到了快速发展。数字化变电站将成为智能电网背景框架下变电站建设的新特点，也是智能电网实现高级应用和无人值班运行技术的关键与核心。

数字化变电站的技术将引领未来变电站自动化系统的发展方向，其建设的运行不仅对电力系统具有重要影响，而且对世界经济和社会发展也具有划时代意义。在此背景下，本文对数字化变电站进行研究。首先本文介绍智能电网系统组成结构，在此基础上讨论了数字化变电站的主要特性和关键技术。

一、数字化变电站的组成结构

数字化变电站按照其结构组成可以看成三层结构，由上至下分别为变电站层、间隔层和过程层。其具体的结构如图1所示。

1.过程层

变电站的底层是过程层，主要由一次设备、互感器、智能综端和MU合并单元组成。

过程层是一次设备与二次设备的结合体，其功能主要分为三部分：一是电力运行过程中的电气量的检测，主要包括电流幅值和电压幅值、电流电压的相位和地电流电压的谐波成分；二是运行设备的状态参数检测，主要针对变电站内的设备包括电力主变电压器、厂内安装的电抗器和电容器等无功设备、隔离开关盒断路器等开关设备、母线和直流电源等设备，需要监测这些设备的运行状态是否正常运行，监测的内容包括设备运行的温度和压力设备的绝缘情况、设备的运行状态是否在其机械特性下以及设备的工作状态是否正常等等；三是操作控制执行与驱动，主要的操作有主变的分接头的档位调节、无功设备的投与切、开关设备的分与合以及直流电源设备的充放电等。

2.间隔层

变电站的中间层是过程层，主要由数字式保护测控装置、低压保护装置、计量装置以及接入的其他设备组成。间隔层与变电站层的通信规约采用IEC61850的通信标准，在100M的交换以太网内进行信息的交换。

间隔层的主要功能是对过程层的实时信息进行收集和整理，进行一次设备的保护和控制，发出具有优先级别的数据采集和控制命令，同时协助实现变电站层和过程层之间的通信功能。

3.变电站层

变电站三层结构的最上层是变电站层，也叫站控层，主要由变电站内的监测设备和远动服务器构成。

变电站层的主要作用主要包括以下几个方面：收集变电站内的实时数据信息；通过一定的通信协议将相关的数据信息送到电网调度系统或者控制中心，同时接受调度系统或者控制中心的命令，并将相关的命令转发给间隔层和控制层；变电站层具有在线可编层的全站操作闭锁控制功能。

二、数字化变电站的主要特性

一个高级完整的数字化变电站具有以下几个方面的特征：

1.数据采集的数字化

数字化变电站通过数字化设备对变电站内的主要电气量，如电压、电流等的测量实现数字化测量，实现了一次系统和二次系统的有效电气隔离。这种电气隔离能增加电气量测量的精度，为实现信息的集成化应用奠定了基础。

2.系统分层的分布化

网络通信技术的成熟化和通信规约的开放化使变电站自动化系统由原有的集中式向分布式发展。以IEC61850为代表的通信规约提出了变电站的三层层次结构，同时以面向对象建模、高速以太网和嵌入式以太网等高新技术的采用，使电力系统的实时性和可靠性得到了满足，同时有效解决了系统之间信息的相互通信，为实施变电站分层分布式提供了技术保证。

3.信息应用集成化

数字化变电通过对分散的二次系统装置进行整合，同时对不同装置的不同功能，如保护功能、监测功能、计量功能和控制功能等整合到一台或者两台设备上进行功能优化处理，避免了设备的重复购买，节约了投资成本。

4.设备检修状态化

常规的变电站的二次系统状态检修很难实现，而数字化变电站由于设备电气量的采集没有盲区，因此能够实时获取电网的实时运行状态，实现对操作及信号状态回路的有效监测，进而能够实现对二次系统的状态检修。

5.系统结构紧凑化

由于数字化测量装置本身比较轻便，同时体积很小，能将其集成在智能开关设备中，按照变电站机电一体化设计理念进行优化组合和设备布置。

6.设备操作智能化

数字化变电站的新型高压断路器二次系统是通过现代化先进电力电子技术和传感器建立起来的，因而能够准确地控制开关器件的跳闸、合闸，同时能实现设备的自检等功能。

三、数字化变电站的关键技术

数字化变电站的发展、建设与IEC 61850标准的应用、电子式互感器及其接口技术、智能断路器技术和计算机网络技术密切相关。这些关键技术的提高是数字化变电站发展的技术保证。

1.IEC 61850

IEC 61850采用无缝通信技术大大改善了自动化技术和信息技术的数据集成量，减少了设备运行维护等费用，同时能减少工作人员的建设、诊断和维护的时间，大大提高了变电站自动化系统的灵活性。由于它独特的优势，IEC 61850成为自动化系统的通信标准，实现了电力自动化产品的“统一标准，统一模型和互联开放”格局，实现了变电站信息的标准化建模和信息的共享。

2.电子式互感器及其接口技术

合并单元和传感器单元是电子式互感器的主要接口设备。合并单元主要用于对多路输出的数字信号进行采集，然后按照标准的规约将采集到的数字信号发送给测量控制设备和监控保护设备。由于这类电子式互感器接口设备同时具有将模拟量进行数字化处理的功能和将数字量进行模拟化的功能，使得基于电子式互感器的接口设备具有较高的灵活性，因此很容易与系统接口配合使用。

3.智能断路器技术

以计算机技术和新型传感器建立起来的智能断路器以具有自动实现重合闸、调整断路器的动作特性和自动进行断路器的选象合闸、对应的同步分析功能而成为数字化变电站发展的技术关键。此外，智能断路器技术能对断路器的状态进行在线监测。

4.计算机网络技术

支撑数字变电站发展的核心技术还包括计算机网络技术的光纤通信技术。特别是以太网为代表的高科技新型技术的不断成熟和嵌入式以太网技术在工业控制领域的广泛应用与普及，使得数字化变电站能够使用价格低廉和成熟的以太网作为其网络。

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