变电站数字化改造技术分析

栾　晖 敖子荣

（神华准格尔能源集团公司供电公司，内蒙古 鄂尔多斯 010300）

变电站数字化改造技术分析

栾晖 敖子荣

（神华准格尔能源集团公司供电公司，内蒙古 鄂尔多斯 010300）

随着我国经济的发展，科学技术的进步，电网建设也取得了很大的成就，在数字化技术应用之后，对变电站的功能提出了更多的要求。数字化变电站建设是智能电网的重要组成部分，对常规变电站进行数字化改造也已经成为未来的发展趋势，通过数字化改造，能提高变电站的质量，工作效率也有很大提升。

变电站；数字化；改造技术

对于数字化变电站而言，就是在正常运行过程中，无论是进行信息的处理、信息传输、信息采集等，都是由传统模拟信息转变为数字化信息，在此基础上，建立一个相互适应的系统变电站和通信网络，和常规变电站最大的不同就是数字化变电站的一次设备具备智能化，二次设备拥有网络化，而管理系统具备自动化等特点，这些先进技术的应用，极大地提高了其运行效率，保证整个电网运行的安全性和稳定性。

一、对数字化变电站的整体结构进行分析

在对数字化变电站进行设计的时候，对一次设备和二次设备，以及其他系统都有一定的要求，例如一次设备一定要具备智能化，而二次设备要拥有网络化的特点。对于变电站而言，设计中分成3部分进行考虑，有过程层、间隔层和站控层，在过程层中主要利用模拟量对终端的合并单元进行收集，在此基础上，由开关的输入，开关的输出等构成。对于间隔层而言，构成部分主要包括测控装置和保护装置。对于站控层而言，其功能模块中主要涉及到故障信息的子系统，运动子系统，以及监控子系统等，结构并不十分复杂。

二、分析过程层数字化改造技术

对于常规使用的变电站而言，其内部的保护装置，测量控制装置，以及一次设备之间，都是利用电缆直接进行连接，这样就可以很好地完成电气量的采集工作，有效控制刀闸和开关。在进行一次设备的数字化改造过程中，必须利用智能终端的功能，主要涉及到常规智能操作箱，变压器智能单元，以及合并单元等，使用电缆连接一次设备和智能终端，有效把电信号变为光信号，媒介是光纤网络可以很好地进行信息之间的交互。

1.对合并单元的改造分析

安装常规互感器时，要遵循就地安装原则，利用交流头的作用，对电缆传送模拟信号进行采样，然后对收集到的数据进行处理，再通过IEC60044-8的协议借助光纤通道装置，将这些数据发送到网络交换机中，其主要作用就是为测控装置提供共享数据，或者为模拟量进行保护。在实践中应该得知，1台合并单元可以对12路的模拟量数据进行收集，这12路模拟量主要包括4路的测量电压，3路测量电流，以及5路的保护电流，保证数据的准确性，为以后的工作打好基础。

2.分析变压器中的智能单元情况

对于变压器智能单元而言，其会受到传统变压器制造特点的限制，由于制造时没有进行实际试验，导致其有一定的制造缺陷，因此二者之间的配合有一定问题，对于变压器中的各种设备，传输装置等，都是利用电缆进行连接的，然后对继电器进行驱动，进而完成整个信息的交流过程。而对于这种新型的数字化变电站中，间隔层和过程层之间是利用光纤连接的，通过网络进行各自信息的共享和交换，根据变压器非电气量相对独立的特点，使用变压器本体智能单元，可以实现非电气量保护和测控一体化。对于本体智能单元而言，其会结合常规变电站的方式，完成变压器非电量保护和本体测控功能，在此基础上，还会利用光纤网络技术，把变压器非电气量信息输送给间隔层装置，实现二者信息之间的共享。

3.分析系统中智能操作箱的情况

对于智能化操作箱而言，其解决了传统变电站的接口问题，例如数字化网络接口，以及一次设备接口等，对于智能操作箱而言，其是整个设备的操作终端，可以使用网络将测量控制装置，一次设备的保护装置很好地连接到一起，有效控制刀闸和断路器。在具体运行过程中，智能操作箱根据上述两个装置所发送的信号，然后利用GOOSE网络，向刀闸和断路器下发命令，这样就能很好地对其分合进行控制，之后这些操作就会转变为继电器的输出。对于控制断路器操作时，需要将刀闸分合的节点接入到操作回路中，在其中设置一个插件，这样插件就可以完成这些操作，而且都是自动化控制，还具备一定的防跳以及压力闭锁等功能。该装置还可以对刀闸、变压器设备，以及断路器的信息进行收集，同时借助GOOSE网络，将信息传递给测控装置和保护装置。

三、分析间隔层数字化改造技术

常规变电站在二次系统中，设备运行的基本情况信息，以及保护装置的一些模拟量信息，都需要使用电缆来传送，对于其中的动作逻辑，要在不同装置之间启动和封闭，因此不同装置不同设备之间都需要进行电缆连接，由此可见，在传统方式当中，二次回路的设置非常复杂，线路较多，因此无论在安装过程中还是在运行过程中，都容易出现问题，进而产生故障，不利于整体运行的安全性和可靠性，基于这一点需要进行改造。对其常规的间隔层进行技术改造时，要求必须满足变电站的通信标准IEC61850，在改造的时候，间隔层之间的连接，摒弃了传统方式，使用双重的以太网进行连接，通过网络中的开关量信息，以及共享模拟技术，就能完成保护动作逻辑，以及不同装置间隔之间的封锁功能，对于开关量的传输，以及模拟量的传输中，都要使用单播采样值服务，利用变电站事件服务来完成整个工作。

1.分析对SMV的改造情况

在数字化变电站中，其中安装了数据采集系统，在进行电力模拟量采样的时候要遵循一定的要求，必须按照规定的采样率来完成，使用GPS对时系统，再利用网络技术，就可以达到采样的同步化，对于模拟量信息而言，使用了SMV报文形式进行信息的传送，在实际应用中，SMV可以为全站模拟量提供可靠的传输服务，和传统站的相关技术对比，传统变电站设置了多个装置，而且其都共同享用同一个电气量，为了达到这一目的，就要依靠互感器多个绕组技术。这种数字化变电站的采样操作，利用对单元格的合并，再使用IEC61850-9-2协议将信息发送到交换机上，这样在网络上的很多保护装置，录波装置，以及管控装置就能进行信息共享，做到传递信息的及时性，提高整体的工作效率，在实践中由于优势明显，因此受到广大技术人员的青睐。

2.对GOOSE的改造技术分析

由于IEC61850中明确规定，在应用GOOSE时，要有以太网多播报文传输作为基础，其替代了传统IED设备，传统的通信中需要使用电缆进行各个装置接口的连接，这样就可以很好的对联锁信息、断路器位置、保护跳闸等动作进行控制，在这些数据传输中，其对数据传输的实时性要求很高，技术人员都清楚电缆质量与连接准确的重要性，但是由于其有一定的复杂性，因此问题肯定会出现，影响整体的运行质量。对于GOOSE服务的信息交换技术而言，是以发布、订阅机制作为技术基础的，在同一个GOOSE网中，任何一个IED要在订阅端很好地接收数据，如果情况需要，其还可以作为一个发布端，进而为其他的IED传输有效的数据，利用这一技术，在实际操作中，如果IED之间所传输的数据有所增加，或者出现错误需要进一步更改，操作流程就更加方便。对于GOOSE报文而言，使用了ASN.1语法编码，其和基本的编码规则相符合，具体而言，应用了变位报文和心跳报文，两种快速重发相互结合的方式，这样就能直接在以太网链路层上进行信息传输，与此同时，GOOSE在接收过程中，还应该结合报文中所规定的允许生存时间，对链路的中断情况进行检测，结合报文中测试标志对检修装置做相应的处理，极大地提高了GOOSE服务的及时性和可靠性。

四、分析站控层数字化改造技术

对于在站控层应用的网络，直接使用网线进行连接，对于应用网络使用了双重化的配置，在站控层和间隔层之间，根据制造报文的相关规范，利用网络技术进行不同数据的传输，由于该技术的支持，可以很好地完成对变电站的控制工作和监视工作。在数字化变电站中站控层中，MMS表示ISOTC184开发和维护在网络环境下，IED和计算机进行数据实时交换的一套独立的国际标准报文规范。

1.对信号上送技术的分析

利用具有缓冲报告功能的控制块就能完成开入、事件、报警等信号类数据的上送，然后再映射到MMS中，通过BRCB功能，就可以完成总召、事件缓存、周期上送、遥信和开入的上送等。使用了多可视的实现方案，不同的事件可以同时送到多个后台中，这样就提高了工作效率，节省了传输的时间，提高了数据传递的及时性，更好地让技术人员进行分析和判断，时间非常充裕。

2.对测量上送技术的分析

在操作过程中，利用无缓冲报告控制块就可以完成对遥测、保护测量类数据的上送，然后再将数据映射到MMS的读写和报告服务中。利用URCB装置就可以对遥测的变化进行上送，很好的对零漂和死区进行对比，除此之外，还可以实现总召和周期上送，进而把事件传输到不同的后台中。

3.对控制技术的分析

使用IEC61850的控制相关数据结构就可以很好地完成遥控、遥调等操作动作，然后再将其映射到MMS中。对于IEC61850而言，可以提供很多不同的控制类型，例如PCS系列装置，就可以完成增强型SBOW功能和直控功能，除此之外，还能达到闭锁逻辑检查、检无压、检同期等功能。

4.对故障报告实现的分析

利用RDRE逻辑节点就可以实行故障报告功能，然后将其映射到MMS的报告和文件操作服务中，当出现了录波文件之后，就可以利用报告上送到后台，很好的完成这些功能。

五、实际案例的分析

1.某110kV变电站的数字化改造分析

该变电站为常规变电站，属于110kV，对于其一次设备而言，是传统的电磁型设备，而其自动化系统和保护系统配置情况，都是普通的综自站，间隔层、过程层都是利用电缆完成连接，对于站控层而言，使用了以太网组网，保证其和间隔层之间的数据交换，整个变电站一共有2台110kV的变压器，都应用了线变组的接线方式，10kV使用了单母分段的接线方式，正常的运行情况下，每一台主变压器都会带一段10kV的母线，与此同时，其还母联了一个500A的热备用，主变压器高压侧开关分别是151和152，从911-923属于10kV馈线小车的开关。

2.数字化改造方案的具体落实

结合实际情况，以及对设备改造之后的要求，在改造后需要建立起一个数字化网络，在间隔层和过程层进行数据传输时，必须使用双重化的光纤网络连接，提高整体的工作效率，同时也为了达到数字化改造的实际要求。在传送开关量和模拟量的时候，要使用GOOSE和SMV的服务形式，然后在利用双重化的MMS技术进行网络信息的共享。在设置的改造方案中，在10kV侧间隔层的所有设备，在进行信息传输时，都是利用GOOSE/SMV技术来实现的，由于间隔层之间的设备相互的配合，避免在安装中使用大量的继电器和电缆，对于该站的五防闭锁，使用GOOSE网络传输开关量就可以完成，GOOSE网络可以对网络进行实时自检，规避传统变电站在这一环节容易出现错误的问题，自检技术的优势很明显，和传统技术相比，保证了变电站的安全性。只用简单的母差保护技术，就可以将该功能分散到不同间隔的保护单元中，和常规的变电站相比，对交流信息不会重复的采集，利用GOOSE机制就是将不同的故障信息传递给间隔层的设备中，该技术可以对母线故障进行综合分析与科学判断，可以及时切除母线故障，保护动作迅速，将损失降低到最小。本案例变电站系统运行超过10年，设备老化，经政府投资，应用原一次设备。在主变压器、35kV断路器、10kV高压柜中加装终端采集装置，实现数字化转换开关量、模拟量。数据服务器和智能终端采集装置中应用双光纤网络通信，保护测控服务器和数据服务器应用双重化配置，确保变电站数字化可靠运行。

结语

通过以上对变电站数字化改造技术的分析，先阐述了数字化变电站的整体架构，然后分析了过程层的数字化改造，分析了间隔层的数字化改造，同时对站控层的数字化改造进行了分析，详细系统地了解了改造技术，最后结合相关变电站的实际案例，分析具体的改造过程，希望给相关人士一些启发，希望在以后的发展中，该技术会有新的突破。

［1］胡晓娟.数字化变电站自动化技术的应用［J］.科技资讯，2011（17）：124.

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