摘要：随着信息化、智能化时代到来，变电站也向数字化智能化发展。我国经过一系列政策推动与研发，也已经具备数字化设备生产能力，本文在此背景下探讨数字化变电站关键技术。
关键词：数字化；变电站；关键技术
引言：数字化变电站的概念是在国内提出，目前主要是通过光电/电子式互感器、智能断路器，在IEC61850的标准规范下应用和构建的。数字化变电站的继承并发展了分层分布式综合自动化变电站的系统结构，同时随着光电/电子式互感器、智能断路器技术的不断发展和应用，使得数字化变电站的系统特征相对于常规变电站发生了巨大的变化，也呈现出鲜明的技术特征。
1.研究背景和意义
20世纪90年代以来，随着变电站综合自动化技术的不断发展，微机保护的广泛应用，使得电网的自动化控制水平得到极大地提高，但是由于变电站自动化系统应用范围的拓展，常规数字化变电站逐渐出现技术瓶颈。随着计算机网络技术、自动化技术的不断发展，变电站内各电气设备通过智能电子设备IED，使出自不同制造商的设备之间具有了较强的互操作性，逐步实现了分布式模式的发展。
2.国内研究现状
自2000年起，经过5年时间，全国电力系统管理及其信息交换标准化技术委员会完成了将IEC61850标准向行业标准DL/T860的转化。2004年至2006年期间，国家电力调度中心组织完成了多次互操作性试验，促进了IEC61850产品的研发和改进，在此期间，多个厂家合作测试IEC61850规约定义的所有功能，符合标准规定的一致性测试和互操作要求。到2009年，我国已基本完成了IEC61850的国产化工作，已有多个国内厂家的光电互感器已通过国家级鉴定，涵盖10kV至500kV电压等级产品，且在投运后获得了较长时间的连续稳定运行经验。国内主要的二次设备生产厂家的产品，已能具备兼容与智能一次设备直接接口。
3.数字化变电站关键技术
3.1电子互感器
电子式互感器是基于光学技术、微电子技术、微机技术的非常规互感器，利用光纤传感或光电子技术来实现电压电流量的测量。它从原理上避免了传统互感器的铁芯饱和、有开路和短路危险等诸多问题，具有不受电磁干扰、不饱和、测量范围大、效应频带宽，体积小重量轻等优点。根据原理的不同，电子式互感器可分为有源型和无源型两类。
应用原则:
(1)有源电子式互感器应在110kV及以下电压等级使用。该类互感器对电磁干扰较为敏感，考虑到220kV及以上电压等级变电站，运行操作和故障过程中电磁干扰较为严重，不建议使用有源电子式互感器。
(2)尽量不在户外场地应用电子式互感器。这是由于户外场地对电子式互感器的耐高温、耐湿热、防尘等工艺要求高，而现在设备的制造能力尚未达到要求。
(3)采用两套独立的采样回路，防止继电保护误动。电子式互感器的电子元件，在外界干扰下，有可能出现采样值异常的情况。为了防止这种情况造成继电保护误动，造成供电事故，工程中应为每一套保护都配置完全独立的两套采样回路，通过相互校验的方式，防止保护误动。
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3.2合并单元
电子式互感器完成一次电流电压量的采集后，其数据信息必须经过三相合并和同步处理，将处理后的信号按照统一特定的格式输出，输出数据满足标准要求。合并单元汇集12个二次变换数据通道，所采集的7路电流量、5路电压量，用于测量或保护均有明确定义，合并单元通过以曼彻斯特编码或ISO/IEC802.3协议格式打包信息，输出到间隔层的二次保护和控制设备。需要指出，标准并未规定合并单元的12路电流、电压数据通道必须与传感器输出量连接，可对不使用的电流、电压信息置标志位，发给间隔层设备的数据帧里包含这些标志位信息。
3.3智能终端
智能终端是智能开关等设备的过渡产品，通过过程层网络基于GOOSE服务发布采集信息和接收指令，智能终端与过程层网络采用光纤通信传递信息，与断路器、隔离刀闸、变压器等设备通过二次电缆连接，通过执行器实现对变电站各种设备的操作控制和状态监视。部分数字化变电站的智能终端装在就地智能柜内，就地智能柜安装在高压场地，内部还主要包括GOOSE压板、光纤熔接盒、二次端子、电源空气开关等设备，具备对断路器、隔离开关、主变抽头就地控制功能。智能终端的主要有如下特点：（1）与间隔层实现快速信息通信。（2）具有自检功能，故障时及时发出告警信息，具有在线监测功能。（3）同时传送开关量、模拟量信息。（4）通过光纤与间隔层通信，代替原有电缆接线，通过更改配置，可达到原来需要更改配线才能实现的功能。
3.4断路器与二次系统的联结
目前断路器与二次系统的控制操作命令的实现主要通过操作箱或操作继电器屏实现，国内比较普遍采用操作箱实现跳闸回路自保持、发出断路器跳合闸命令、完成断路器电气防跳功能、及手动操作断路器，或者说断路器的控制功能主要体现在操作箱内，与此同时，操作箱实际上也一定程度上构成了二次系统的“瓶颈”。这种应用模式主要基于如下考虑:（1）保护装置的跳闸。出口继电器容量比较小，需要有较大断弧能力的辅助继电器来启动断路器跳闸线圈，同时，保护出口跳闸回路需要自保持。（2）实现断路器防跳功能。即在断路器进行合闸操作时，收到合闸命令后防跳继电器启动，直到合闸命令撤销，以保证断路器在同时收到跳闸命令时不会发生跳跃。断路器内部有机械的防跳回路设计，由于以往国产断路器机械防跳回不可靠，因此，通过操作箱的电气防跳回路来弥补断路器防跳功能的不完善。
3.5数字化变电站组网
网络是数字化变电站功能实现的核心，组网方式是否合理直接关系到变电站能否安全稳定运行。数字化变电站的基本结构继承了分层分布式的特点，其功能在逻辑上被分配到3个不同的层(即过程层、间隔层和变电站层)中，连接三层设备的两个网络，分别是站控层网络和过程层网络。目前变电站通信网络拓扑物理结构主要有：总线型、星型、环型拓扑。总线型拓扑结构没有中心节点，可扩充性好、容易安装；但是总线型网络也存在传输速度随入网用户的增多而下降的缺点以及维护难、分支节点故障查找难的缺点。星形拓扑结构网络中心有一个节点，其它的设备都要与这个节点相连接，中心节点不仅可以作为连接设备，也可以作为服务器。星型拓扑网络结构简单，维护方便，故障容易查找，报文延时固定的优点，但这种结构也存在浪费硬件资源、中央节点负担重以及各站点的分布处理能力低的缺点。环形拓扑结构实现起来简单，交换机数量少，投资小，而且具有传输速度快的优点，但也存在网络结构复杂，报文延时不固定，维护困难、扩展性能差，有广播风暴可能的缺点。
结束语：
虽然数字化、智能化变电站是未来发展趋势，但目前数字化技术仍不成熟，不同厂家之间的仍然存在配合问题，同一站内减少设备厂家的数量有利于降低运行风险。相信随着时间推移，数字化变电站会逐步完善，替代传统变电站。
参考文献：
[1] 周铭骏. 智能变电站关键技术及其构建方式研究[J]. 通讯世界, 2013(19):93-94.
论文作者:刘晓鹏
论文发表刊物:《电力设备》2017年第3期
论文发表时间:2017/4/26
标签：变电站论文; 断路器论文; 互感器论文; 设备论文; 智能论文; 操作论文; 功能论文; 《电力设备》2017年第3期论文;