摘要：文章闡述了傳統(tǒng)變電站數(shù)字化改造的要求及各種模式的技術(shù)特點(diǎn)，結(jié)合廣州電網(wǎng)數(shù)字化的改造，對(duì)所提出的模式進(jìn)行了實(shí)踐，最后總結(jié)了傳統(tǒng)變電站數(shù)字化改造后實(shí)際運(yùn)行中存在的一些問題。
　　關(guān)鍵詞：傳統(tǒng)變電站；數(shù)字化變電站；模式；技術(shù)特點(diǎn)
　　前言：
　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)對(duì)電力設(shè)備數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的要求不斷提高。基于IEC61850的數(shù)字化變電站技術(shù)也在日益更新，特別是交流采樣值通過IEC61850-9-2協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)也被用戶逐步認(rèn)可。傳統(tǒng)的一次設(shè)備已經(jīng)不能適應(yīng)變電站數(shù)字化發(fā)展的需求，通過對(duì)傳統(tǒng)變電站的數(shù)字化改造，基本取消了硬接線和傳統(tǒng)的二次繼電器邏輯接線，所有的開入、模擬量的采集均在就地完成，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后通過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約從網(wǎng)絡(luò)傳輸，所有的開出控制也通過網(wǎng)絡(luò)通信完成，真正實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的共享。
　　1數(shù)字化變電站的技術(shù)特征
　　數(shù)字化變電站是由智能化一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備分層構(gòu)建，建立在IEC61850通信規(guī)范基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。主要技術(shù)特征包括：
　　1.1非常規(guī)互感器的使用
　　非常規(guī)互感器有兩種基本類型，一種是電子式互感器，一種是電光效應(yīng)的互感器，其最大特點(diǎn)就是可以輸出低壓模擬量和數(shù)字量信號(hào)，直接用于微機(jī)保護(hù)和電子式計(jì)量設(shè)備，去除了許多中間環(huán)節(jié)，適應(yīng)電力系統(tǒng)數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的需要，由于動(dòng)態(tài)范圍比較大，能同時(shí)適用于測(cè)量和保護(hù)兩種功能。因此，非常規(guī)互感器對(duì)于變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展具有重要的意義。
　　1.2一次設(shè)備的智能化
　　智能操作斷路器是根據(jù)所檢測(cè)到的電網(wǎng)中開關(guān)開斷前一瞬間的各種工作狀態(tài)信息，自動(dòng)選擇和調(diào)整操動(dòng)機(jī)構(gòu)以及與滅弧室狀態(tài)相適應(yīng)的合理工作條件，以改變現(xiàn)有斷路器的單一分閘特性。
　　1.3二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化
　　變電站內(nèi)的二次設(shè)備不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復(fù)的I/O現(xiàn)場(chǎng)接口，通過網(wǎng)絡(luò)真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源其享，常規(guī)的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。
　　1.4自動(dòng)運(yùn)行的管理系統(tǒng)
　　電力生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)、狀態(tài)記錄統(tǒng)計(jì)無紙化；數(shù)據(jù)信息分層、分流交換自動(dòng)化；變電站運(yùn)行故障時(shí)能即時(shí)提供故障分析報(bào)告，指出故障原因，提出故障處理意見；自動(dòng)發(fā)出變電站設(shè)備檢修報(bào)告，反映設(shè)備的正常運(yùn)行狀態(tài)。
　　2傳統(tǒng)變電站數(shù)字化改造的基本要求
　　IEC61850規(guī)約將數(shù)字化變電站分為過程層、間隔層和站控層(如圖1)，各層內(nèi)部及各層之間采用高速網(wǎng)絡(luò)通信。與常規(guī)變電站相比，數(shù)字化變電站間隔層和站控層的設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)只是接口和通信模型發(fā)生了變化，而過程層則由傳統(tǒng)的電流、電壓互感器、一次設(shè)備以及一次設(shè)備與二次設(shè)備之間的電纜連接，逐步改變?yōu)殡娮邮交ジ衅鳌⒅悄芑�一次設(shè)備、合并單元、光纖連接等內(nèi)容。因此，傳統(tǒng)變電站數(shù)字化改造主要是對(duì)過程層和間隔層設(shè)備進(jìn)行升級(jí)，將一次系統(tǒng)的模擬量和開關(guān)量就地?cái)?shù)字化，用光纖代替現(xiàn)有的電纜連接，實(shí)現(xiàn)過程層設(shè)備與間隔層設(shè)備之間的通信。
　　
　　3傳統(tǒng)變電站數(shù)字化改造的模式
　　由于數(shù)字化變電站是基于過程層信息和站控層信息在以太網(wǎng)上的完全共享，又由于數(shù)字化變電站采用了一系列不斷發(fā)展的新技術(shù)。因此，從實(shí)用化層面分析，目前傳統(tǒng)變電站數(shù)字化改造可以采用的模式大致可分為以下三種：
　　（1）基于站控層IEC61850的數(shù)字化變電站。該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)基本類似。間隔層智能電子設(shè)備IED（保護(hù)及自動(dòng)化裝置）仍然可被安裝在間隔層設(shè)備上或集中組屏。這種模式的推廣是為了解決傳統(tǒng)變電站中智能設(shè)備的互聯(lián)互通及信息互操作問題。由于變電站的智能設(shè)備的通信及功能被約束在IEC61850標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，因此，整個(gè)系統(tǒng)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息傳輸被標(biāo)準(zhǔn)化，從而使得整個(gè)系統(tǒng)的可維護(hù)、可擴(kuò)充性能大為提高。聯(lián)閉鎖的GOOSE信號(hào)及保護(hù)間的配合信號(hào)也可以在這里實(shí)現(xiàn)。
　　（2）基于傳統(tǒng)互感器及過程層GOOSE信息交換的數(shù)字化變電站。這種模式不僅在站控層信息交換采用了IEC61850，而且增加了過程層網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行過程層信息交換。對(duì)于每一個(gè)間隔，配置了過程層智能操作箱，首先將設(shè)備的信息及操作數(shù)字化，與之相關(guān)的間隔層智能電子設(shè)備IED（保護(hù)及自動(dòng)化裝置）則通過光纖以太網(wǎng)與對(duì)應(yīng)間隔智能操作箱相連接。IED與合并單元、智能操作箱之間既可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式互聯(lián)，以網(wǎng)絡(luò)總線方式相連。IED可以根據(jù)需要安裝在變電站的任何地方。由此可見，原來一次設(shè)備與IED之間的傳統(tǒng)的大量銅芯電纜被少量的通信光纜代替了。同時(shí)由于建立了過程層網(wǎng)絡(luò)，過程層的高速采樣數(shù)據(jù)可以被不同類型的裝置共享，從而大大簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)的一次接線。
　　（3）基于站控層及過程層全信息交換的數(shù)字化變電站。與第2種模式相比，該模式采用電子式互感器代替了傳統(tǒng)互感器。電子式互感器的發(fā)展在數(shù)字化變電站領(lǐng)域有著絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。無論是有源式、無源式、還是內(nèi)置GIS式的電子式互感器，由于采樣直接在一次進(jìn)行，轉(zhuǎn)換為光信號(hào)后經(jīng)過光纜傳給二次，使得互感器對(duì)絕緣的要求大大降低，并大大減小了模擬量信號(hào)在傳輸過程中受到的干擾。
　　根據(jù)上述三種方案的技術(shù)特點(diǎn)，不難看出全信息交換的數(shù)字化變電站既能比較好的解決現(xiàn)有自動(dòng)化技術(shù)的缺陷，又能克服傳統(tǒng)電磁型設(shè)備的不足，是現(xiàn)階段比較理想的數(shù)字化改造模式。組網(wǎng)模式參考圖2。
　　
　　4實(shí)例分析
　　110kV長(zhǎng)洲站作為廣州電網(wǎng)全數(shù)字化先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用試點(diǎn)，采用了羅氏線圈電子式互感器、低功率線圈（小信號(hào)）互感器、智能操作箱、基于61850規(guī)約的保護(hù)測(cè)控一體化裝置。系統(tǒng)由站控層、間隔層、過程層組成，采用分層、分布、開放式結(jié)構(gòu)，所有二次設(shè)備均支持IEC61850規(guī)約。通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)快速變量傳輸機(jī)制進(jìn)行間隔層控制保護(hù)裝置之間的通信，解決了保護(hù)死區(qū)和開關(guān)失靈等問題，同時(shí)減少了電纜，方便了工程的實(shí)施與維護(hù)。高壓室與控制室間采樣數(shù)據(jù)、控制命令不再依賴控制電纜傳輸，電磁兼容問題也得以抑制。而且利用GOOSE在信號(hào)沒有變位的時(shí)候，發(fā)送心跳報(bào)文實(shí)現(xiàn)了鏈路的狀態(tài)檢修，解決了傳統(tǒng)電纜接線松動(dòng)無法檢測(cè)的隱患。
　　5 結(jié)語(yǔ)
　　全數(shù)字化變電站有著傳統(tǒng)變電站不可比擬的優(yōu)勢(shì)，但是應(yīng)用電子設(shè)備數(shù)量多是數(shù)字化變電站的一個(gè)潛在缺陷，長(zhǎng)期戶外高溫運(yùn)行，對(duì)設(shè)備的健康和數(shù)據(jù)采樣的穩(wěn)定性，都有一定的影響。同時(shí)，完全網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)計(jì)在實(shí)現(xiàn)信息共享的同時(shí)也大大增加了系統(tǒng)遭受攻擊的風(fēng)險(xiǎn)，而且為了保證系統(tǒng)冗余度所采取的措施，也為設(shè)備損壞時(shí)的及時(shí)更換帶來不便。因此，在實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)變電站數(shù)字化的同時(shí)，我們也要加快解決數(shù)字化運(yùn)行的一些問題，使得這種技術(shù)更好的為實(shí)現(xiàn)智能化電網(wǎng)服務(wù)。
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