關鍵詞：數(shù)字化變電站 光電互感器 智能設備
1,數(shù)字化變電站的特征
變電站綜合自動化技術已經(jīng)在電力系統(tǒng)成熟地運用了幾十年，人們日益依賴自動化給我們帶來的方便，傳統(tǒng)技術的弊端也越來越不能滿足現(xiàn)在電力系統(tǒng)的發(fā)展。有別于現(xiàn)在的綜合自動化站，數(shù)字化站有很多其它幾個特點： 1.1 光電化的電流電壓互感器
采用羅氏線圈原理實現(xiàn)的光電互感器主要特點有絕緣簡單，體積小、重量輕、CT動態(tài)范圍寬，無飽和現(xiàn)象，無諧振、二次輸出不怕開路，數(shù)字量輸出的特點。一般可分為有源和無源兩種，有源光電互感器即傳感頭部分需要外加“取能”或“送能”電源，利用光纖傳輸數(shù)據(jù)，易于實現(xiàn)高精度、高可靠性的電子電路，難點是電源的遠端取電技術和電源的管理，并且有源的物理距離受一定的限制，長時間大功率激光供能對光電設備壽命影響，易受電磁干擾等問題。無源光電互感器即不需要外加電源的自勵源式互感器，難點是如何減小“喚醒電流”的死角，晶體的雙折射現(xiàn)象，光纖的偏振效應，維爾德常數(shù)的溫度效應等。
1.2 合并器
因有可能常規(guī)互感器與光電互感器同時存在、或光電互感器三相交流量的同步，主變不同電壓側間隔獲得數(shù)據(jù)差動保護需求、母線不同間隔差動、線路兩側差動保護，安穩(wěn)裝置的同步要求，需要點對點的光纖網(wǎng)絡數(shù)據(jù)收集和分發(fā)，使得合并器的出現(xiàn)就尤為重要。
1.3 智能化的一次設備
智能設備首先應具備數(shù)字化接口，一次設備被檢測的信號回路和被控制的操作驅動回路，采用微處理器和光電技術設計，變電站二次回路中常規(guī)的繼電器及其邏輯回路被可編程控制器代替，常規(guī)的強電模擬信號和控制電纜被光電數(shù)字和光纖代替。通過過程總線接口給間隔層設備提供電氣信息，接受間隔層設備的跳合閘等控制命令；各斷路器的智能終端輸入開關位置、低氣壓、刀閘位置等狀態(tài)量，輸出跳合閘命令，含操作回路；本體智能終端輸入非電量、中性點刀閘位置、檔位等信號，輸出檔位控制、中性點刀閘控制和風扇控制等接點，智能化設備是機電一體的進一步結合。
1.4 網(wǎng)絡化二次設備
網(wǎng)絡化的二次設備具有數(shù)字化接口，能滿足電子式互感器和智能開關的要求，能滿足IEC-61850的要求，目前的問題是基于IEC-61850的間隔層和站控層的二次設備和一次設備之間相互配合的技術壁壘實際上比常規(guī)站更高，設備之間的連接全部采用高速的網(wǎng)絡通信，二次設備不再出現(xiàn)功能裝置重復的I/O現(xiàn)場接口，二次電纜也由大量控制電纜改為少量光纜，通過網(wǎng)絡真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源共享，常規(guī)的功能裝置變成了邏輯的功能模塊。因為網(wǎng)絡化二次設備的出現(xiàn)，也使得二次保護、監(jiān)控控制等設備與一次設備可以實現(xiàn)就地安裝。
1.5 自動化的運行管理和檢修
數(shù)字化變電站運行管理，運行規(guī)程和檢修方案都要獨立地制定，自動化系統(tǒng)應包括電力生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)、狀態(tài)記錄統(tǒng)計無紙化、自動化；變電站運行發(fā)生故障時，能及時提供故障分析報告，指出故障原因及處理意見；系統(tǒng)能自動發(fā)出變電站設備檢修報告，即常規(guī)的變電站設備“定期檢修”改為“狀態(tài)檢修”。光電互感器二次也因可以開路、無諧振等特點，檢修安全要求和方法也有別于常規(guī)站。
2,數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的結構
隨著智能化電氣的發(fā)展，特別是智能開關、光電式互感器等機電一體化設備的出現(xiàn)和應用在GIS、PASS、AIS、超高壓直流站等場合，變電站自動化的技術邁入了數(shù)字化的新階段。在高壓和超高壓變電站中，智能化一次設備的數(shù)字化傳感器、數(shù)字化控制回路代替了常規(guī)繼電保護裝置、監(jiān)控等裝置的I/O部分，而在中低壓變電站則將保護、監(jiān)控裝置小型化、緊湊化，完整地安裝在開關柜上，實現(xiàn)了變電站機電一體化設計。
在邏輯結構上數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)分為三個層次，這三個層次分別稱為“站控層”、“間隔層”、“過程層”。各層次內部和層次之間采用高速網(wǎng)絡通信，三個層次的關系如圖1所示
2.1 變電站層
變電站層的主要任務是：通過兩級高速網(wǎng)絡匯總全站的實時數(shù)據(jù)信息，不斷刷新實時數(shù)據(jù)庫，按時登錄歷史數(shù)據(jù)庫；按既定協(xié)約將有關數(shù)據(jù)信息送往調度或控制中心；接收調度或控制中心有關控制命令并轉間隔層、過程層執(zhí)行；具有在線可編程的全站操作閉鎖控制功能；具有（或備有）站內當?shù)乇O(jiān)控、人機聯(lián)系功能，如顯示、操作、打印、報警等功能以及圖像、聲音等多媒體功能；具有對間隔層、過程層諸設備的在線維護、在線組態(tài)、在線修改參數(shù)的功能；具有（或備有）變電站故障自動分析和操作培訓功能。
2.2 間隔層
間隔層的主要功能是：匯總本間隔過程層實時數(shù)據(jù)信息；實施對一次設備保護控制功能；實施本間隔操作閉鎖功能；實施操作同期及其他控制功能；對數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計運算及控制命令的發(fā)出具有優(yōu)先級別的控制；承上啟下的通信功能，即同時高速完成與過程層及變電站層的網(wǎng)絡通信功能，必要時，上下網(wǎng)絡接口具備雙口全雙工方式以提高信息通道的冗余度，保證網(wǎng)絡通信的可靠性。
2.3 過程層
過程層是一次設備與二次設備的結合面，或者說過程層是智能化電氣設備的智能化部分，其主要功能可分為三類：①電氣運行的實時電氣量檢測。即利用光電電流、電壓互感器及直接采集數(shù)字量等手段，對電流、電壓、相位及諧波分量等進行檢測。②運行設備的狀態(tài)參數(shù)在線檢測與統(tǒng)計。如對變電站的變壓器、斷路器、母線等設備在線檢測溫度、壓力、密度、絕緣、機械特性以及工作狀態(tài)等數(shù)據(jù)。③操作控制的執(zhí)行與驅動。在執(zhí)行控制命令時具有智能性，能判斷命令的真?zhèn)渭捌浜侠硇?，還能對即將進行的動作精度進行控制，如能使斷路器定向合閘，選相分閘，在選定的相角下實現(xiàn)斷路器的關合和開斷，要求操作時間限制在規(guī)定的參數(shù)內。
3, 110kV數(shù)字化站的實例及配置原則
一般的綜合自動化變電站已經(jīng)完成對于站控層與間隔層設備間的數(shù)字化改造，而間隔層裝置內部也已基本都是數(shù)字化存儲與處理，所以我們數(shù)字化建設的重點放在對于一次設備的數(shù)字化改造以及間隔層設備的數(shù)字化接口的改造?；ジ衅鞑捎霉怆娀ジ衅?，開關采用傳統(tǒng)開關設備+智能終端來實現(xiàn)。當然為節(jié)約投資，也可采用光電互感器+網(wǎng)絡化二次和常規(guī)一次設備的方式。本例介紹來自于貴陽都拉營的110kV楊柳變。
A：35kV及以下系統(tǒng)安裝于開關柜系統(tǒng)架構
系統(tǒng)架構如下圖所示：
B：對于整站的方案配置如下圖所示：
3.1 互感器及合并器配置原則
互感器按間隔配置，110kV線路及分段開關每個開關間隔布置一組互感器。線圈布置原則為1保護線圈+1計量線圈，應配置單采集器采集數(shù)據(jù)；合并器應單重化配置。
主變各側間隔按照主后保護獨立原則布置互感器線圈，線圈布置原則為2保護線圈+1計量線圈，應配置雙采集器采集數(shù)據(jù)；合并器應雙重化配置（差動及后備合并器分開），合并器的輸入應分別來自不同的采集器，并分別安裝于差動及后備保護的保護屏上。
35kV間隔配置模擬量輸出的電子式電流、電壓互感器，并配置合并器將模擬量就地數(shù)據(jù)化后送給保護以及測控、計量設備。
10kV間隔配置模擬量輸出的電子式電流、電壓互感器，并配置智能單元或合并器將模擬量就地數(shù)據(jù)化后送給保護以及測控、計量設備。
三側配置獨立的PT合并器或智能終端，軟件實現(xiàn)PT并列功能。各間隔合并器應留有來自不同PT合并器的輸入數(shù)據(jù)，在間隔本身來實現(xiàn)PT切換功能。
3.2 智能終端配置原則
智能終端裝置是將傳統(tǒng)一次設備接入過程層總線的設備，它輸入開關位置、低氣壓、刀閘位置等狀態(tài)量，輸出跳合閘命令，含操作回路。
--主變間隔：高壓側各配置1臺智能終端，安裝在高壓側端子箱內；中低壓側各配置1臺智能終端，與中低壓側 合并器集成設計，安裝在開關柜上；
每臺主變配置一臺本體智能終端，安裝在主變端子箱內。
--110kV線路及分段開關間隔：配置1臺智能終端，安裝在端子箱內；
--35kV出線間隔：配置1臺智能終端，安裝在端子箱內；
--10kV出線間隔：每個間隔配置1臺智能終端，與合并器及保護集成設計，安裝在開關柜內。
4,數(shù)字化變電站的適應性
（1）因數(shù)字化設備的應用，二次設備現(xiàn)場化帶來的運行檢修、安全規(guī)程的適應問題，需修改現(xiàn)有的運行規(guī)程和安全規(guī)程，如光電互感器的二次的開路、短路問題，安全規(guī)程中需增加不得用眼睛觀察激光孔或激光光纜，以免燒傷眼睛等規(guī)定，在巡視時要特別注意光纖及與二次設備連接的尾纖應可靠連接，尾纖自然彎曲，無折痕，外皮無破損。智能設備的互操作性、機電一體化，使得狀態(tài)檢修將更加考驗現(xiàn)有的檢修技能。
（2）主變等套管CT與主變廠家的銜接還不是很好，即使套管CT、間隙PT換為光電互感器，主變溫度油、線溫測量方式也要相應改變，非電量接口也將網(wǎng)絡化。
（3）二次保護試驗方式方法的改變，不能用常規(guī)試驗臺加入模擬電流電壓，而是采用數(shù)字輸入測量裝置，測量裝置的精度又牽涉到計量水平和相關法規(guī)，保護中回路檢查如PT并聯(lián)，事故跳合閘信息，等處理手段上將更依賴網(wǎng)絡技術等等。
（4）在經(jīng)濟評估上，受材料影響，220KV及以上變電站經(jīng)濟性較好，110KV及以下變電站經(jīng)濟性較差，500KV及以上交直流站經(jīng)濟性優(yōu)勢就非常明顯。
這些都有異與常規(guī)站，還需在運行中積累大量的建設、管理、維護和運行經(jīng)驗。
5,數(shù)字化變電站的發(fā)展
國際上數(shù)字化變電站的研究已從實驗室階段進入實際工程應用階段，我國已建成了一些數(shù)字化變電站示范站。部分省電力公司已開展了數(shù)字化變電站的研究工作，在解決了通信網(wǎng)絡關鍵問題后，數(shù)字化變電站將是我國變電站技術的發(fā)展方向。同時，目前國內廠家已能提供全套數(shù)字化變電站所需的二次設備，可完全實現(xiàn)二次設備國產(chǎn)化；一次智能化設備，目前在國內市場的推動下和二次廠家配合下已能提供全套智能化的一次設備。通過各電力公司和國內多個廠家的不懈努力，具備建設完全擁有自主創(chuàng)新、自主知識產(chǎn)權的全面數(shù)字化變電站，提高了電力系統(tǒng)的經(jīng)濟性、可靠性和自動化水平。隨著新技術的不斷涌現(xiàn)和變電站與國際標準的接軌，數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)得到蓬勃發(fā)展的時代也為期不遠了。
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