西安交通大學高壓張源0hangyb@數字化變電站什么是數字化變電站?

數字化變電站是指變電站信息采集、傳輸、處理、輸出過程全部數字化，其基本特征為設備智能化、通信網絡化、模型和通信協議統一化、運行管理自動化。

數字化變電站的進程

上世紀七十年代：遠動技術

上世紀八九十年代：變電站自動化系統

本世紀初：數字化變電站系統

1）傳感技術

2）電子技術

3）網絡通信技術

4）標準協議電力系統:大容量、超高壓和特高壓方向發展

電力設備:小型化、智能化、高可靠性

早在上世紀50年代，國外如ABB、SIMENS、ALSTOM等公司開始進行新式互感器的研究，電子式互感器就是主要的一種。90年代初，國外已應用到電力系統中國際國內發展情況國外自十年前開始數字化變電站的理論研究，IECTC57技術委員會1996年開始著手建立變電站通信網絡和系統規約IEC61850，ABB、西門子、AREVA、GE等公司已經投入數字化變電站系統的研發工作,目前國際上數字化變電站的研究已從實驗室階段進入實際工程應用階段。

國家十一五規劃中明確指出“推廣數字化變電站”。

國網公司制定了未來5年內研究和推廣數字化變電站技術的實施方案，先后有20多個網、省局申報了數字化變電站示范工程項目。

南網公司成立了數字化研究中心，同時開展了數字化變電站示范站的建設工作。數字化變電站的研究內容體系研究

——需求

——框架

一次設備的應用研究

——ECT、EPT

——智能化高壓電器

——狀態維修

數字化變電站的研究內容自動化系統研究

繼電保護數字化技術

測控裝置數字化技術

故障錄波數字化技術

數字化變電站對安穩裝置的支撐

動態檢測數字化技術

電能質量檢測數字化技術

變電站仿真

數字化遙視系統等

數字化變電站的研究內容其他內容

——計量數字化技術

——數字化變電站可靠性

——相關技術標準

——實驗驗證環境數字化變電站按照網絡架構可以分為:站控層間隔層過程層三層設備由兩個網絡連接。理想數字化變電站的網絡架構什么是過程層

電子PT、CT、智能開關、狀態檢修定義:數字化的設備和相應智能軟件實現集成(智能化的設備)例如在斷路器內嵌電壓、電流變換器及其光電測量系統，由微機控制的二次系統、IED設備和相應智能軟件實現集成開關系統智能性的開關設備。優點:

間隔內自動閉鎖和“五防”，保證設備和人身安全；

按電壓波形控制合閘角，按最佳滅弧時間控制跳閘，以減少操作過電壓就地實現重合閘；

實現設備在線監測和診斷，為狀態維修提供參考；

實現就地重合閘以及其他當地可以執行的功能，而不依賴站級控制系統。理想的數字化變電站

理想的數字化變電站的模型是基于IEC61850協議框架網絡式分布，所有間隔層設備與過程層設備間均按IEC61850協議建立統一模型以達到互操作的可能性。過程層設備按間隔布置與間隔設備單獨組網以交換機連接。跨間隔設備如變壓器保護置母線保護裝置、備自投裝置等由跨間隔交換機將數據收集后與間隔層設備相連。

數字化變電站優點共享統一的信息平臺

簡化信息傳輸通道

提高信號傳輸的可靠性

提升系統精度

避免電纜帶來的電磁兼容、傳輸過電壓和兩點接地等問題

解決設備間的互操作問題

進一步提高自動化和管理水平

減少變電站生命周期成本

數字化變電站的特點

國產化的數字化變電站系統是在現有綜合自動化變電站的基礎上將一次設備數字化，即數字化的互感器、智能化開關。將這些數字化了的一次設備通過IEC61850協議納入到整個數字化變電站體系中。在確?，F有電網“安全性”“可靠性”“經濟性”的基礎上采用最新的技術來實現整個變電站的數字化數字化變電站的特點

開關智能終端與間隔層設備間的連接按照GOOSE報文進行傳輸，跨間隔間的傳輸根據變電站跨間隔規模分為2種模式，第一種為點對點傳輸開關智能終端設備與間隔層設備相連采用GOOSE協議或IEC61850-9-1協議的開關量傳輸的特殊服務應用，跨間隔采用高速串行FT3光纖傳輸。此方案適合跨間隔設備不多的變電站，例如110kV變電站無母線保護架構下的數字化變電站。第二種方案為GOOSE單獨組網模式即所有開關量信息、跳閘信息以及跨間隔跳閘信息通過交換機相連分別送至各間隔設備和開關智能設備。此方案適合與對跨間隔要求比較多的變電站，例如220kV數字化變電站。數字化變電站網絡架構數字化變電站網絡架構的主要特點：

1、采用智能一次設備（電子式互感器、智能開關）

2、采樣數據放棄采用網絡架構，采用IEC61850-9-1協議。

3、跨間隔采樣數據傳輸采用60044-8串行FT3協議傳輸，可不依賴于同步信號而工作。

4、間隔層網絡按IEC61850協議組星型網絡與站控層相連。

5、現階段智能開關由智能操作箱+傳統開關來實現。國產電子式互感器發展進程

2004年6月通過部級鑒定（指國內市場化最好的一家）

2004年獲發改委重點扶持和發展項目1.1億貼息貸款

2005年1月山東110kV陽谷數字化變電站投運

2005年9月500kV在武高所全套樣機試驗和附加試驗

2006年初云南110kV翠峰數字化變電站投運

2006年底內蒙220kV杜爾博特數字化變電站投運

業績已有34個站，最長運行3年，等級覆蓋10kV至500kV，應用范圍包括獨立型、GIS型、變壓器套管型、開關型等，已和西開、泰開、ABB、Siemens合作。在南京供電公司六合變運行中的220kV數字式光電電流互感器在蘭州供電公司永登變運行中的330kV數字式光電互感器電子式互感器標準依據

IEC60044-7《電子式電壓互感器》

IEC60044-8《電子式電流互感器》

電子式互感器的標準和傳統互感器標準GB1207、GB1208相比，大部分內容是相同的，較為明顯的不同是增加了關于數字量的定義、原理、數學描述、試驗規定等。定義的區別電子式互感器是具有模擬量電壓輸出或數字量輸出，供頻率15Hz～100Hz的電氣測量儀器和繼電保護裝置使用的電流電壓互感器。電子式互感器具有模擬量輸出標準值（如225mV）和數字量輸出標準值（2D41）。

電子式互感器的精度等級和傳統基本一致。光電式互感器種類光電式互感器電流互感器電壓互感器Pockels效應電容/電感分壓原理Faraday原理羅式線圈Faraday磁光效應Pockets電光效應光學原理電子式互感器的問題工裝技術微小信號檢測精度環境因素（溫度、振動等）的影響光學傳感材料長期穩定性短期內達不到系統批量應用程度Rogowski線圈結構及原理原理優勢：頻率響應好線性度好暫態特性好無磁滯互感器結構（戶外型）電磁式互感器與電子式互感器類比電磁式互感器應用系統電磁式互感器與電子式互感器類比電子式互感器應用系統電子式互感器（室外部分）電子式互感器（室內部分）通道配置信息傳統互感器與電子式互感器的不同絕緣性能不同系統精度不同負載特性不同體積造價不同部分試驗不同電磁式互感器與傳統電能表構成的測量系統系統誤差取決于互感器準確度、傳輸附加誤差、電表精度電子式互感器與數字電能表構成的測量系統光電式電能表數字式光電互感器構成的測量系統（誤差取決于互感器）應用關鍵傳統互感器二次輸出側以1A，5A，或100V的信號形式與電能表計、控制保護等二次設備相連接，目前絕大多數二次設備廠商提供的產品也是按此匹配的。而電子式互感器的二次輸出參數則完全不同，繼電保護、計量儀表及測控裝置等二次裝置具適合數字化的特點，與電子式互感器的應用較為接近。因此，互感器的精度等級、二次側輸出參數和與之相連的二次設備匹配和無縫連接，是電子式互感器應用于工程的關鍵所在。電子式互感器優點互感器的高低壓部分通過光纖連接，沒有電氣聯系，絕緣距離約等于互感器整體高度；無磁飽和、頻率響應范圍寬、精度高、暫態特性好，不受環境因素響；數字信號通過光纖傳輸，增強了抗EMI性能，數據可靠性大大提高；無傳統二次負荷概念；高低壓部分的光電隔離，使得電流互感器二次開路、電壓互感器二次短路可能導致危及設備或人身安全等問題不復存在；高壓側采集器單元的工作電源同時由取能線圈和激光電源提供，兩者動態自檢，互為熱備用；以絕緣脂替代了傳統互感器的油或SF6，避免了傳統充油互感器滲漏油現象，也避免了SF6互感器的SF6氣體的滲漏氣現象；固體絕緣保證了互感器絕緣性能更加穩定，無需檢壓檢漏，運行過程中免維護。電子式互感器優點互感器可直接提供諸如斷線等各種故障信息，二次設備接收后可閉