1、基于IEC61850技術上的35KV七甸變電站數字化改造方案分析與研究摘要：為了實現變電站繼電保護、測控、錄波、備自投、接地選線等二次系統功能的整合，實現過程層總線和站控層的總線數據共享、統一配置全站保護和監控功能。本文在iec61850技術的基礎上提出了幾種數字化變電站建設方案，并對其進行了分析和研究，旨在對云南七甸35kv變電站進行數字化改造工程項目上提供一種技術參考；為實現智能電網的自動化、互動化和信息化進行積極的探索和有益的嘗試 。關鍵詞：iec61850；數字化；變電站；0引言雖然目前變電站自動化技術的發展已經達到了一定水平，但在局部還存在著各種各樣的局限性，一次電氣設備和二次裝置之

2、間的信息交互還是依靠強電控制、模擬信號傳送和硬接點輸入，開關廠一次電氣設備和二次裝置之間需要敷設大量的二次電纜，無論電力設計、電建施工還是運行維護，都存在很大的工作量。一次電氣設備模擬信號和狀態信號的數字化處理還是依靠二次裝置來完成，這樣就無法做到一次電氣設備和二次裝置的電氣隔離。現有的二次智能裝置（無論是測控裝置還是保護裝置）支持不同的、各種各樣的通信協議和傳輸介質，致使變電站內智能裝置的互操作性成為一個嚴峻的問題，于是各種規約轉換技術問世，增加了變電站內的調試和運行維護的工作量1，也為系統的穩定運行埋下隱患。目前電網已經發展到智能電網階段，技術要求越來越高高，要求實現自動化，信息化，和互動

3、化。傳統變電站已經不能滿足電網發展的要求，唯有通過現代科學技術手段，即數字化技術的充分應用才能滿足發展的需要。電子式互感器、全數字式保護測控裝置、計算機高速網絡技術日趨成熟，以及iec61850標準的實施頒布，使得數字化變電站的工程實現成為可能，進而使傳統變電站中存在的諸多問題得到根本解決2，從而滿足智能電網發展的需要。因此 ，對數字化變電站的研究、建設和推廣是進一步推進電網技術水平發展的重點。數字化變電站概述數字化變電站是由智能化一次設備和網絡化二次設備基于iec 61850標準，按照過程層、間隔層、站控層三層結構體系分層構建，以通信網絡代替二次電纜，并實現智能設備間信息共享和互操作的變電站

4、3。隨著iec 61850變電站通信標準體系的頒布實施、電子式互感器技術的推廣應用、信息的光纖網絡化傳輸、以及智能斷路器技術的發展，數字化變電站已經具備了推廣應用的基礎。1.1 數字化變電站技術特點數字化變電站采用低功率、緊湊型的新型電流電壓互感器代替常規ct和pt，利用高速光纖以太網構成變電站數據采集及傳輸系統，實現了基于iec 61850標準的統一信息建模，并采用了智能斷路器控制等先進技術。與傳統變電站相比具有以下突出特點：(1)數據采集實現了數字化采用電子式互感器，結構緊湊，無鐵磁諧振與磁飽和問題，采樣數據數字量輸出。(2)設備操作實現了智能化采用智能化一次設備，設備信息通過光纖網絡交互

5、，實現了對一次設備的智能化控制。(3)信息交互實現了網絡化取消了控制電纜，二次設備間通過光纖網絡交換采樣數據、運行狀態和控制命令等信息。(4)設備檢修實現了狀態化可以在線監測一、二次設備的健康狀況，從而判斷設備是否需要檢修或者檢修的最佳時間，大大提高了檢修效率，減少了設備停運次數，降低了檢修成本，提高了經濟效益。(5)運行管理自動化采用自動故障分析系統、設備健康狀態監測系統和程序化控制系統等自動化系統，提升了運行管理自動化水平，大大簡化了運行維護。（a）傳統變電站 (b)數字化變電站圖1 傳統/數字化變電站結構對比示意圖1.2 社會經濟效益數字化變電站技術符合國家的產業發展政策。它通過技術創新

6、進一步減少了二次電纜和占地面積，避免了二次設備數據重復采集，減少了安全隱患，大幅度縮短施工周期，顯著降低了系統生命周期成本，為智能電網的實現創造了條件，具有重大的社會經濟效益。2 數字化變電站實現模式數字化變電站的實施是一個循序漸進的過程，當前典型的的數字化變電站方案有以下三種：方案一：僅站控層遵循 iec 61850標準的不完全數字化變電站，如圖2所示。方案二：在繼承方案一基礎上，采用了智能一次設備（或智能單元），但仍然使用常規ct/pt的不完全數字化變電站，如圖3所示。方案三：在繼承方案二基礎上，遵循iec61850標準，采用數字化ct/pt、智能一次設備的完全型數字化變電站，如圖4所示。

7、2.1 僅站控層遵循iec 61850標準的不完全數字化變電站如圖2所示，在本方案中，一次設備仍然采用傳統的互感器和開關，僅二次保護裝置和監控系統遵循iec 61850標準。本方案由于不涉及到過程層的實現，因此實施技術難度相對較小，它既可以應用在新站設計，也可以應用于老站改造。圖2僅站控層采用iec61850標準的不完全數字化變電站。2.2 遵循iec 61850標準，采用傳統互感器和智能一次開關的不完全數字化變電站如圖3所示，在方案一基礎上，一次設備仍采用傳統互感器，但斷路器采用智能斷路器，或常規斷路器通過智能單元轉換為符合iec 61850標準的智能設備。在本方案中，過程層網絡僅通過goo

8、se報文實現了開關信息的采集和控制。它在iec 61850的實現上比圖2所示的方案又前進了一步。圖2僅站控層遵循 iec 61850標準的不完全數字化變電站圖3遵循iec61850標準，采用常規互感器的不完全數字化變電站2.3 遵循iec 61850標準，采用電子式互感器和智能一次設備的全數字化變電站如圖4所示，在方案二基礎上，一次設備采用電子式互感器和智能開關（或常規斷路器+智能單元）并基于iec 61850標準，這樣整個變電站自動化系統（一次設備、二次保護裝置和監控系統）均遵循iec61850標準。本方案實現了iec 61850標準所倡導的三層設備、二層網絡（網絡技術發展到一定程度后可以考

9、慮過程層網絡和站級網絡的合并）結構，能夠徹底地實現設備間信息共享和互操作。它是今后數字化變電站的發展方向。如無特別說明，下文所討論的數字化變電站均指的是本方案，即全數字化變電站方案。圖4 全數字化變電站3.工程實例分析通過對云南七甸35kv變電站進行數字化改造工程項目的深入研究以及上一章節對數字化變電站三種構架的分析，在充分了解了35kv七甸變電站的情況后，主要從一次設備和二次設備的改造兩方面提出如下方案。3.1一次設備改造方案在本次35kv七甸數字化改造項目中，一次設備主要如互感器方面采用的是無鐵心的電子式互感器，可以節約大量的有色金屬和黑金屬，主變方面采用就地數字化方式，其方案對比如圖5所

10、示圖5 一次設備改造方案對比圖通過分析提供的以上三種改造方案后，可知方案一比較適合，其施工工程量小，設備先進，智能化程度高，運行安全、可靠性高，一次性總投資費用高。后續運行缺陷率低，維護費用低，還可大幅降低因故障、缺陷導致的停電損失。3.2二次設備改造方案針對二次設備的改造提出如下兩種方案：(1)采用了站域一體化集中式保護測控裝置，集成度高，技術上具有有前瞻性，但這種方式實現保護的可靠性和速動性有待驗證。為了保證全站保護功能的可靠性及速動性，另外配置了按間隔配置的分布式保護。(2) 采用35kv及以下電壓等級的保護測控一體化裝置集成方式，既考慮了保護的速動性/可靠性，又將二次設備的集成度放到了

11、適宜的水平，在不損失保護性能的前提下減少了二次設備的數量，降低了建設成本。通過對比得出方案一既具有前瞻性的技術驗證研究，又兼顧了全站保護的可靠性。綜合考慮技術前瞻性和可靠性，推薦方案一為本站的改造方案。4 結論通過提供的一次與二次設備改造方案，35kv七甸變電站運用本次方案進行改造后，二次設備呈現出，小型化、網絡化、信息化的特點，光纖網絡替代了常規的控制電纜回路，相對常規站取消了二次設備室下的電纜夾層，由于控制電纜的減少，二次電纜溝界面由常規站的2條減少到一條，減少了大量電纜的敷設，二次光纖一次完成，簡化了設備的安裝和調試過程；運行維護簡單，較常規站而言縮短工程周期30多天，促進該變電站提前投產送電。參考文獻1 劉