数字化变电站新技术发展现状

数字化变电站新技术发展现状

吴北辰姜枫

吴北辰1姜枫2（1.黑龙江省电力有限公司；2.辽宁省电力有限公司）

摘要：数字化变电站是变电站未来发展的方向，四大领域的技术创新是数字化变电站得以发展和突破的基石。本文对数字化变电站新技术发展现状进行了阐述。

关键词：数字化变电站新技术

0引言

变电站综合自动化系统技术经过10余年的发展，目前已经基本成熟，得到了广泛的工程应用。但是综自系统采用传统的互感器及开关设备，需要铺设大量的采集和控制、信号等二次电缆，数据采集环节冗余，各子系统的功能重复配置，不仅造成浪费而且与一次设备的电缆接线复杂，系统可靠性受二次电缆影响大，二次回路的检修非常困难，装置间缺乏整体协调和优化，信息对象未统一建模导致信息共享难，系统扩展复杂。为了解决以上问题，数字化变电站各项新技术得到了飞速发展和应用。

数字化变电站是以IEC61850系列标准为先导牵引，以OCT/ECT等非常规互感器、智能断路器技术发展为突破口，以网络技术发展为支撑的系统化工程。与传统变电站相比，具有八大主要技术特征[1]，引入了过程层的概念，信息应用模式发生了根本变化，基于网络的数字信息交互更加广泛，更加智能化的一次设备与二次设备的界限变得模糊，一次和二次设备融合是未来的发展趋势。

IEC61850系列标准、非常规互感器、智能断路器、高速工业以太网这四大新技术领域的创新就像四个有力的引擎推动着传统的变电站自动化系统进入到全新的数字化变电站发展阶段。

1四大新技术的发展现状

1.1IEC61850系列标准[2]IEC61850系列标准不同于以往的规约，是一套完整的体系，包含了10个标准文本；自2004年第一版颁布后，我国电力标委会积极跟踪研究并转化为国内DL/T860系列行业标准，并与2007年11月提出了《DL/T860系列标准工程化实施技术规范》，以规范在我国的实际应用。IECTC57工作组也在不断地补充和完善IEC61850系列标准，推出的IEC61850-9-2/LE版是IEC61850-9-2的更为明确定义的限定性、实例化的配套规范；IEC61850的第二版即将于2009年发布，这一新版本主要是解决第一版存在的问题，如标准内容本身前后不一致的、表述模糊导致各厂家理解不一致的、被厂家在开发产品的过程中发现且TC57工作组确认是需要解决的问题等，此外还会增加一些新的逻辑节点类。

由于制定该系列标准时采用了先进的面向对象建模理念，并采用了分层、映射的策略，使该系列标准与传统的其他规约标准相比具有突出的优势，具有更长久的生命力。对变电站自动化及其相近系统通过统一建模的方式规范信息内容，这部分标准采用了通信服务和通信映射相分离的策略，确保了其内容的长期稳定性，通过分层和映射的策略使得标准能够适应网络通信等技术快速变化的步伐，使该系列标准取得稳定性与适应性的平衡，从而特别是在考量数字化变电站全生命周期时，会大大降低用户未来改造、替代、维护的成本，达到总经济效益最优。

该系列标准是不断发展的，内核是稳定的，外部的大多数变化只影响系列标准的一小部分，该系列标准适用的业务领域也在拓展，比如风电等新能源领域、低压智能配电、工业自动化等领域，相关的探索和研究应用也在快速开展，未来打算扩大到更广泛的工业领域，真正实现“一个世界，一个标准，一个技术”。

1.2非常规互感器传统电磁感应式电流和电压互感器除了固有的磁饱和、铁磁谐振、动态范围小、暂态特性差等缺点外，随着现代电力系统逐渐向大容量、高电压等级方向发展，传统互感器其绝缘、体积、重量和安装等问题也越来越突出[3]。对非常规互感器的需求更加迫切，这也一直以来是国内外关注的热点之一。IEC60044-7/8是电子式互感器的国际标准，定义了设计要求、接口标准和测试要求等。

法拉第效应的光电流/电压互感器（OCT/OVT）和罗氏线圈原理的电子式电流互感器是两大主流技术。由于成本的原因，OCT/OVT应用于110kV及以上有优势，OCT在高压系统中获得突破的可能性最大；罗氏线圈原理的互感器应用于中低压为宜，比如在紧凑型开关柜中应用。有关传感器的几个关键问题如其电子部分的寿命问题、与二次保护测量等设备接口问题已解决，工艺问题和环境适应性问题上也已有突破，已从实验室阶段逐渐走上工业应用。国外如ABB、AREVA等公司在123kV、170kV、345kV、420kV、525kV系统中进行了大范围的工业试验，具有一定的运行经验[4]。我国国内，许继的法拉第磁旋光效应光学电流互感器解决了精度温漂问题和运行稳定性问题，并通过了武汉高压研究院的型式试验，各电压等级上都已有挂网运行；另外一家较早开展纯光学互感器的西安同维也有产品在挂网运行。但由于运行经验少，可靠性要得到用户广泛认可还需要假以时日。

1.3智能断路器技术断路器经历了少油断路器、空气断路器及SF6断路器，目前以SF6为绝缘介质的断路器基本取代了前两者，可靠性明显上升。GIS技术发展将断路器、刀闸、地刀、TA和TV以及母线组合在一个SF6绝缘的密封壳体内，实现了紧凑化，并且随着电力电子技术的应用，使得操作能量大幅减少，使开闭断路器由电力电子和微机组成的智能接口来完成，代替常规机械结构的辅助开关和辅助继电器，可按电压波形控制跳合闸角度，精确控制过程时间，减少瞬时过电压幅值，保障了电网安全，也大大延长设备寿命。独立的新型传感器可监测设备缺陷和故障并告警，实现在线状态检修，将这些功能集成在一起实现的断路器就是所谓的智能断路器。

IEC62603标准中定义了智能断路器[5]：“具有较高性能的断路器和控制设备，配有电子设备、传感器和执行器，不仅具有断路器的基本功能，还具有附加功能，尤其在监测和诊断方面。”

近年来国外制造商陆续推出智能断路器相关技术，日本三菱公司的MITS信息化技术开关；西门子公司HIS高度集成开关设备；ABB公司意大利ADDA工厂的Compass紧凑型预制式；瑞士工厂的252~550kVPass插接式开关系统；瑞典工厂Compact紧凑型；日本东芝公司的TSMAIS复合型开关装置。基于ECT/EVT的组合电器未来的前景看好。[6][7]

由于电力系统断路器发生故障后造成的破坏和影响巨大，所以对断路器的动作速度和可靠性要求都极高，在实际的应用过程非常慎重，该领域的进展是相对缓慢的。

1.4高速工业以太网网络通信技术是发展最快速的领域之一，随着微处理器技术、通信技术和网络技术的发展，缘于通信的需求，网络技术发展迅速，从早期的串行通信到现场总线、再到工业以太网通信。当以太网从10M升到百兆乃至千兆，交换技术的发展，使通信的实时性得到保障：IEEE802.3x全双工技术减少通信冲突；IEEE802.1p优先级队列保障重要信息准时到达；IEEE802.1QVLAN分区隔离减少碰撞几率；IEEE802.1w快速生成树协议构建网络冗余结构，提供快速恢复的能力；IGMPSnooping/组播过滤保证数据只被需要的设备接收，降低网络带宽占用，提高了设备的响应性能。

解决了基于HUB的共享式以太网冲突检测机制造成的丢包问题和交换式以太网的实时性不确定问题以后，基于上述技术的高速的交换式工业以太网迅速成为工业控制领域网络选型的主流，带有以太网接口的智能电子设备在过去几年中得到了显著的发展。光通信技术、路由交换技术、无线通信技术是未来网络通信的技术热点。

2结语

数字化变电站技术的发展本身用6个字描述，就是“开放、创新、整合”。数字化变电站是变电站未来发展的方向，四大领域的技术创新是数字化变电站得以发展和突破的基石，掌握数字化变电站技术的发展现状，了解四大领域技术的发展趋势，对现代智能电网发展起着至关重要的作用。

参考文献：

[1]高翔.数字化变电站应用技术.中国电力出版社.2008.

[2]IEC61850系列标准.

[3]电力用互感器和电能计量装置设计选型与应用.中国电力出版社.2004.

[4]邸荣光.光电式电流互感器技术的研究现状与发展.电力自动化设备.2006.26（8）：98-100.

[5]高压开关设备国内外产品水平.西安高压电器研究所.2004.

[6]王晋根.电网自动化及高压开关智能化装置与市场分析.江苏电器.2000.NO.1.

[7]陈振生.智能化中压开关柜的监测和传感技术.江苏电器.2003.NO.1.