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摘要：数字化变电站对于我国的电力行业有着至关重要的作用，因其独特的技术优势，数字化变电站已经在全国得到了广泛的应用。然而，我国在数字化变电站领域仍然距发达国家有一定的距离。本文就数字化变电站出发，分析了数字化变电站的结构，探讨了其技术设计及应用
关键词：变电站；技术设计；数字化
1 引言
在当前数字电网发展潮流中，尽管数字化变电站已经成为了电力企业之首选，然而在技术上数字化变电站仍存在较大的提升空间。相关的技术瓶颈得不到突破，将会使数字化变电站的技术优势大打折扣，其应用推广也将受到制约，对当前数字化电网的发展势必也会带来重大影响。数字化变电站是我国供电行业的一个趋势，本文将重点对数字化变电站的技术设计及应用做详细探讨。
2 数字化变电站技术
数字化变电站体系结构趋向于分层分布式，主要由设备层（站控层）、间隔层以及变电站层（过程层）这三层所组成。基本结构图由图1表示。
（1）设备层。该层主要是由数字开关设备和电子式互感器等组成。设备层用于收集电力系统的实时电气量，检测母线、变压器、断路器等设备运行的状态和执行上一层控制的命令等。
（2）间隔层。该层主要由故障录波器、保护装置、电能计量装置、安全自动装置以及测控装置等设备所组成。间隔层是用来汇总本间隔过程层的实时数据信息，进行一次设备的保护控制，高效快速的完成和变电站层以及设备层的网络间通信。
（3）变电站层。该层主要由操作员站、主机、远动装置、五防工作站等设备所构成。变电站层的作用是对全站的实时数据进行汇总，接收调度中心传送到过程层和间隔层或者向调度中心传送命令或数据。此外，该变电站层还可以对另外两层设备实现变电站自身故障进行自动诊断分析和做在线维护的功能。相比于传统的变电站来说，对于数字化变电站的技术设计，一般体现在以下的几点：首先是一次设备的数字化。数字化变电站采用数字化的电子式互感器以及数字开关等一次设备，实现了电器自动检测、自动控制自动调节、自身故障和远方控制中心互相通信等。第二为二次设备网络化。由合并单元采集互感器的非常规输出信息，由过光纤进行传输，并利用通信网络交换信息的方式在二次设备间将采集到的信息发送至测控保护设备。第三为IEC61850标准化。数字化变电站系统实现和全站通信网络都选择IEC61850标准，其站内的设备一般都是基于IEC61850标准的开放性和系统性进行有效的互操作。第四是自动化运行管理。数字化变电站在网络通信平台的信息共享、站内设备的互操作性以及设备数字化等方面的技术特点，使其有着了高水平的管理自动化运行的特点。
3 数字化变电站设计原则和方向
3.1 设计原则
数字化变电站从规划、设计、建设到运行管理这个全寿命周期中，设计按照“两型一化”的准则，即环境友好型、资源节约型以及工业化。资源节约型的意义是在投资、建材、能源和土地方面进行节约。全面推行变电站的小型化、紧凑型线路、同塔多回、选择数字互感器等先进的技术，用最少土地资源来实现数字化变电站的功能；数字化。与常规变电站相比，数字化变电站节约了大量的建设用电缆，此外，因为数字互感器送出的信号是数字信号，能够直接被数字装置所识别，因此不必再去做数字信号变换电路，这样就大大简化了IED结构，节省大量的二次电缆；使用GIS、PASS等开关也同样节约了一次设备。
环境友好型的意义是把数字化变电站建设为环保、友好、整洁的变电站。比如在瑞士所ABB 建造的最新345kV的变电站。工业化的意义就是配置多重防误操作闭锁系统和先进的综合自动化设备等二次设备，可以满足远方全设备遥控操作，所有设备的负荷和信号情况都可以由综合自动化来进行必要的监视。
3.2 设计方向
（1）控制保护协同化。首先，在变电站内保护手段与基本的控制均保留的前提下，站域保护建设协同化控制保护，其要求是：确保继电保护的四性原则、近/远后备原则、主/后备原则。站域保护应该全方位地综合利用全站信息来提升保护的性能，同时要适应变电站的一切运行方式以及分阶段建设变电站的模式。全站实现站域有保护的、选择性的且快速后备保护。既能够综合的利用变电站内的各侧电压或/和电流的关系对每一侧的故障做定位，用来满足全站快速的后备保护，也能够在原有的后备保护基础上按照与之相配合的后备保护或者主保护的具体情况来降低该后备保护的延时值。第二，电网自适应运行状态。数字化变电站应具有备用电源自动投入装置、与相关变电站之间实时传送继电保护等的信息，可以满足数字电网之间的协调运行。按照站间交换和站内收集的信息和调度中心的指令，自动识别并自适应电网当前运行的状态。在电网正常运行状态下，综合利用无功补偿设备投切、变压器调压、FACTS等方法，优化和控制潮流的分配，提升运行效率和输送能力。电网在紧急运行的状态下，与相邻调度中心和变电站进行协调配合，动态改变稳定控制和继电保护的参数和策略，适应潮流分布和电网拓扑的改变，对运行边界进行扩展，提升可用的实际稳定裕度，充分保证电网的稳定运行。
（2）数字化事故处理
数字化事故处理的标准为，第一：数字报警以及对应的分析策略。对全站的报警信息进行综合分类，实现全站信息的分类报警功能。第二：数字报警的策略。这其中包含了信号的过滤及报警显示方案、报警信号的逻辑关联、科学的推理技术和事故及异常处理方案。预告信号将故障信号作为信号的触发点，过滤处理正常操作引起的预告信号、瞬时的中间信号等。第三：对故障进行分析以及决策辅助。第四：电能质量的评估与决策。变电站电能质量监测系统，必须能做到电能质量决策以及分析，这样的功能能够为电能质量的评估以及治理提供依据并以此进行决策。
4 数字化数字设备的应用
4.1 互感器
1)常用的数字化变电站高压(110kV及以上)互感器统称为数字式互感器或非常规互感器,其可以分为无源、有源两大系列。有源式互感器又称电子式互感器, 早期国内多数的电子式互感器均选择罗式线圈的原理,需要在其高压侧用激光电源辅助供电;无源式互感器又焦作光学互感器,因其受到传感头的寿命影响,运行经验少,市场占有率也偏小,应用不是非常的普遍。
2)10-35kV 数字化变电站互感器常选择常规互感器。由于数字式互感器在高电压等级应用时有着明显的优势,低电压等级互感器在节省电缆、抗饱和特性等方面优势不明显,同时考虑到数字式互感器相比于常规互感器投资大幅度增加, 因此数字化变电站低电压等级一般来说会选择常规互感器，这样可以在满足需求的前提下更加的节省成本。
4.2 一次设备数字化
（1）目前国内通常选择“常数字终端+规一次设备”的方法来满足一次设备的数字化方案,这种方法既考虑到了常规一次设备运行经验更加丰富, 又考虑到数字终端设备满足控制和采集信号的数字化传输过程。大量的调研情况已经表明, 该方案在云南110kV 翠峰变电站、内蒙古220kV杜尔博特数字化变电站等中应用效果十分令人满意。在完全数字化的当前一次设备选型比较困难的时候,选择“数字终端+常规一次设备”的模式来实现实时在线状态监测、一次设备的控制、信息处理、数据交换是真正实现完整意义上的数字化变电站最简单也是最有效的解决方案。
（2）开关设备,因为计算机技术的发展以及非常规互感器的出现,导致对断路器设备内部的机械动作、磁、温度、电等的状态监测变得更加容易,通过分析收集监测的数据,可以判断断路器运行趋势及状况,以便及时的安排维护和检修, 真正的实现“状态检修”。
5结束语
和部分西方发达国家相比较，我国在数字化变电站领域还有着很长的路要走，在技术方面依然有着很大的发展空间。作为数字电网的核心环节，数字化变电站可以有效地解决现在数字化变电站发展中处于瓶颈亟待解决的问题，最大限度的发挥数字化变电站的技术优势，可以极大地提升我国的供电质量，充分保证我国的经济发展平稳，有序。
参考文献：
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[3] 高翔. 数字化变电站的主要特征和关键技术[J]. 电网技术,2015,(8):22-23
作者简介:
肖强（1987—）男，汉族，本科，助理工程师，主要从事电气评审工作，以前在生产运作。
论文作者:肖强
论文发表刊物:《电力设备》2016年第23期
论文发表时间:2017/1/14
标签：变电站论文; 互感器论文; 设备论文; 电网论文; 数字论文; 信号论文; 技术论文; 《电力设备》2016年第23期论文;