数字化变电站调研报告

数字化变电站调研报告

2009年5月，相关人员就数字化变电站建设与改造对相关厂家进行了调研，通过对国电南瑞、国电南自、南瑞继保、许继电气四家公司进行考察与交流，实地参观数字化变电站工程，对数字化变电站发展状况及应用情况有了一定的了解，下面将本次调研的情况总结如下：一、数字化变电站概述数字化变电站是由智能化一次设备和网络化二次设备分层构建，建立在IEC61850通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。数字化变电站采用低功率、紧凑型的新型电流电压互感器代替常规CT 和PT，利用高速光纤以太网构成变电站数据采集及传输系统，实现了基于IEC 61850标准的统一信息建模，并采用了智能断路器控制等先进技术。目前数字化变电站技术处于不断发展演进阶段，与综合自动化变电站相比，目前所提数字化变电站概念具有以下几个特点：1. 数据采集实现了数字化采用电子式互感器，结构紧凑，无铁磁谐振与磁饱和问题，采样数据数字量输出。2. 设备操作实现了智能化采用智能化一次设备，设备信息通过光纤网络交互，实现了对一次设备的智能化控制。3. 信息交互实现了网络化取消了控制电缆，二次设备间通过光纤网络交换采样数据、运行状态和控制命令等信息。

4、统一信息模型与通讯协议采用IEC61850标准，所有信息按统一标准建模，并按统一的通信协议传输，实现不同厂家、不同设备间的互操作。二、数字化变电站关键设备与技术1. 电子（光学）式互感器目前主要有基于罗氏线圈原理的电子式互感器与基于法拉第磁

光效应的光学式互感器两大类。电子式互感器原理成熟，目前应用较为广泛，但存在电磁干扰、传感器供能等问题；光学互感器原理先进，无电磁干扰问题，但存在元件稳定性等技术难题，目前应用尚不广泛。两类互感器与常规互感器比较均有绝缘结构简单、体积重量轻、可实现电流、电压互感器一体化组合，动态范围大、无磁饱和现象，直接输出数字信号等优点，与常规互感器相比需增加合并单元模块来完成各相及各间隔间数字采样的同步。2. 智能开关设备IEC62063标准对智能开关设备的定义是：“具有较高性能的开关设备和控制设备，配有电子设备传感器和执行器，不仅具有开关设备的基本功能，还具有附加功能，尤其在监测和诊断方面”。目前已有厂家与一次设备厂家合作在GIS汇控柜内集成保护和测控装置完成智能开关功能，在现有条件下通常做法是通过加装智能终端完成一次设备与二次设备的接口，智能终端用电缆连接非智能设备的输入、输出，用光纤与控制室内的间隔层设备交换信息。3. 交流量采样数据采集传输方案电子式互感器输出的数字化采样数据需经网络传输至保护、测控等相关设备，目前采样数据传送标准有IEC60044-8、IEC61850-9-1/2等标准。IEC60044-8采用点对点方式传输，传输延时确定，可以采用再采样技术实现同步采样，适合对实时性要求较高场合，但存在光缆铺设量大，合并单元安装方式不灵活等缺点。IEC61850-9-1/2采用网络数据接口，光缆铺设量大幅减少，合并单元安装方式灵活，是采样数据传输的发展方向，但目前存在传输延时不确定、对交换机要求极高等问题，网络延时及故障对全站保护设备影响很大。4. GOOSE网络GOOSE

（Generic Object Oriented Substation Event）是通用面向对象的变电站事件。当系统发生任何状态变化或输出命令时，智能电子设备将借助变化报告，多播一个高速二进制对象。GOOSE网络可交换以下实时数据：保护装置的跳合闸命令，测控装置的遥控命令，保护装置间信息（启动失灵、闭锁重合闸等），一次设备的遥信信号（开关刀闸位置、压力等），GOOSE网络通过多种机制保证信息传输的实时性与可靠性，利用GOOSE网络来取代传统变电站用控制电缆构成的复杂二次回路。三、数字化变电站的优势与传统变电站相比，数字化变电站存在以下几方面优势：1. 避免了传统互感器固有问题新型互感器不存在铁磁谐振、绝缘油气泄露、二次开路短路等问题，节省大量铁芯、铜线等金属材料，电压等级越高，经济性越明显。2. 简化二次回路接线，节省控制电缆由于交流采样回路、控制信号回路均采用网络传输信息，极大地简化了二次回路接线，避免了电缆接线错误、松动及二次回路干扰引起的继电保护事故，并且节约了大量控制电缆，户外电缆沟道也可相应简化，降低了变电站造价。3. 信息共享降低投资数字化变电站所有信息采用统一模型，按照统一通信标准接入通信网络，保护、测控、计量、远动等系统均从同一个通信网络接受交流采样、设备状态等信息，减少了软、硬件的重复配置及为此而增加的投资，并且可以发展基于网络的分散式母线保护、备自投、低频低压减载等新型保护，取消原有集中式保护。4. 设备联调可在制造厂完成，减少现场施工时间传统方案中，一次设备和二次设备及二次设备之间的电缆连接和调试只能到现场后完成，调试周期比较

长。数字化变电站由于所有设备间通过网络交换信息，不需复杂的电缆接线，设备联调可在出厂前完成，现场调试时仅需检查网络通讯完好，到现场后调试工作量极小，能够显著地缩短投运周期。5. 减少设备更新扩建成本变电站的设备间信息交换均按照统一的IEC61850标准通过通信网络完成，变电站在扩展规模和更新改造时，只需在通信网络上更换或添加符合国际标准的设备，无需对其他设备进行改造或更换，保护用户投资，降低了变电站全寿命周期成本。四、数字化变电站实现模式数字化变电站的实施是一个循序渐进的过程，当前典型的数字化变电站方案有以下三种：方案一：仅站控层遵循IEC61850标准的不完全数字化变电站。方案二：在继承方案一基础上，采用了智能一次设备（或智能单元），但仍然使用常规CT/PT的不完全数字化变电站。方案三：在继承方案二基础上，遵循IEC61850标准，采用数字化CT/PT、智能一次设备的完全型数字化变电站。对于新建变电站，建设完全型数字化变电站可节约投资，体现其技术先进性，对于老旧变电站综合自动化改造，数字化技术也有其现实意义。由于老旧变电站经历多次改造，二次回路复杂、混乱，在改造过程中要进行大量的二次电缆敷设、接线，由于设备或人员因素造成继电保护事故的例子屡见不鲜，如利用成熟的数字化技术进行改造，可跨过原有复杂的二次回路，降低施工安全风险，保证电网安全运行。五、实施中主要技术问题经过调研目前数字化变电站实施中存在的技术问题主要有以下几类：1. 数字化变电站对网络安全要求极高由于环网存在网络风暴等问题，目前各厂家组网均采用星型以太网，交换