摘要：實現(xiàn)變電站內(nèi)各種信息的有機整合，提高系統(tǒng)的智能化程度和信息化應(yīng)用的效率，以交換式以太網(wǎng)技術(shù)和光纜為媒介的信息通信模式將為整個變電站的工程實施、運行、檢修、更新模式帶來巨大的變化，文章就數(shù)字化變電站的優(yōu)點和技術(shù)應(yīng)用進行了相關(guān)的敘述。
　　關(guān)鍵詞：數(shù)字化變電站；應(yīng)用
　　1概況
　　隨著光電技術(shù)在傳感器應(yīng)用領(lǐng)域研究的突破、IEC61850標準的頒布、以太網(wǎng)通信技術(shù)的應(yīng)用、計算機運算能力的提高以及智能斷路器技術(shù)的發(fā)展，使變電站自動化技術(shù)迎來了一個嶄新的發(fā)展機遇。
　　2數(shù)字變電站的定義 
　　數(shù)字化變電站是由智能化一次設(shè)備（電子式互感器、智能化開關(guān)等）和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備分層（過程層、間隔層、站控層）構(gòu)建，建立在IEC61850通信規(guī)范基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。
　　3數(shù)字變電站的優(yōu)點
　　數(shù)字化變電站的主要優(yōu)點有六個方面：
　　（1）各種功能共用統(tǒng)一的信息平臺，避免設(shè)備重復(fù)投入；
　　（2）測量精度高、無飽和、無CT二次開路；
　　（3）二次接線簡單；
　　（4）光纖取代電纜，電磁兼容性優(yōu)越；
　　（5）信息傳輸通道都可自檢，可靠性高；
　　（6）管理自動化。
　　4數(shù)字變電站的關(guān)鍵技術(shù)
　　4.1一次設(shè)備數(shù)字化與智能化
　　4.1.1電子式互感器
　　國際上將有別于傳統(tǒng)的電磁型電壓/電流互感器的新一代互感器統(tǒng)稱為電子式互感器。電子式互感器依其變換原理可以分為有源和無源兩大系列，有源電子式互感器又稱為電子式電壓/電流互感器（EVT/ECT）。無源電子式互感器主要指采用法拉第效應(yīng)光學(xué)測量原理的電流互感器，又稱為光電式電壓/電流互感器（OVT/OCT）。
　　4.1.1.1有源式互感器系統(tǒng)
　　有源式互感器主要指羅柯夫斯基（Rogowski）線圈，又稱為電子電壓/電流互感器（EVT/ECT），其特點是需要向傳感頭提供電源，目前成熟產(chǎn)品均采用光纖供能方式。
　　羅柯夫斯基（Rogowski）線圈原理圖4.1羅柯夫斯基線圈（簡稱羅氏線圈）實際上是一種特殊結(jié)構(gòu)的空心線圈，將測量導(dǎo)線均勻地繞在截面均勻地非磁性材料的框架上，就構(gòu)成了羅氏線圈，如圖4.1所示。
　　從測量大電流的觀點來看，羅氏線圈是一種較理想的敏感元件。由于它不與被測電路直接接觸，可方便地對高壓回路進行隔離測量，當(dāng)被測電流從線圈中心通過時，在線圈兩端將會產(chǎn)生一個感應(yīng)電壓，若線圈匝數(shù)密度n及線圈截面積s均勻，則線圈感應(yīng)電壓的大小為：
　　V=-。nsdi∕dt（4-1）
　　式中，。為真空磁導(dǎo)率。
　　式（4-1）表明空芯線圈的感應(yīng)信號與被測電流的微分成正比，經(jīng)積分變換等信號處理便可獲知被測電流的大小。
　　4.1.1.2全光學(xué)互感器系統(tǒng)
　　全光學(xué)電流互感器主要指采用光學(xué)測量原理的電流互感器，又稱為光電式電流互感器，其特點是無須向傳感頭提供電源。全光學(xué)電流互感器工作原理見圖4.2。
　　圖4.2
　　4.1.1.3全光學(xué)電流互感器工作原理
　　全光學(xué)電流互感器的本質(zhì)是基于Faraday效應(yīng)和兩束光干涉的原理來測量電流，如上圖所示，它由光路及檢測電路兩部分組成，光路部分采用全光纖結(jié)構(gòu),檢測電路采用全數(shù)字閉環(huán)檢測方案。
　　光路系統(tǒng)主要由光源、光纖分束器、光纖起偏器、光纖相位調(diào)制器、光纖波片和傳感光纖組成，所有光學(xué)器件采用全光纖結(jié)構(gòu)，通過保偏光纖連接。由光源發(fā)出的光經(jīng)過一個分束器后由光纖起偏器起偏,光纖起偏器的尾纖與相位調(diào)制器的尾纖以45°角熔接。通過測量相干的兩束偏振光非互易的相位差,就可以間接地測量出導(dǎo)線中的電流值。由于系統(tǒng)中傳輸?shù)膬墒�光通過了完全相同的光路，外界環(huán)境如溫度及振動的變化對兩束光有相同的影響，大小相等、方向相反，互相抵消，因而系統(tǒng)具有很好的環(huán)境抗干擾能力。
　　4.1.1.4有源電子式電壓互感器
　　根據(jù)使用場合不同，有源電子式電壓互感器一般采用電容分壓或電阻分壓技術(shù)，利用與有源電子式電流互感器類似的電子模塊處理信號，使用光纖傳輸信號。
　　圖4.3為電阻/電容型電壓變換器原理圖，與常規(guī)的電容式電壓互感器相同，不同的是其額定容量在毫瓦級，輸出電壓不超過±5V。因此，R1(或Zc1)應(yīng)達到數(shù)百兆歐以上，而R2(或Zc2)在數(shù)十千歐數(shù)量級，為使電壓變比K2接近K2=R2/(R1+R2)或C2/(C1+C2),要求負載阻抗Z»R2（或Zc2）。同時分壓所用電阻和電容在﹣40～+80℃的環(huán)境溫度中應(yīng)阻值穩(wěn)定，并有屏蔽措施避免外界電磁干擾。
　　圖4.3
　　4.1.1.5電子式互感器基本特點
　　隨著計算機和數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字式控制和保護裝置已廣泛用于電力系統(tǒng)，與傳統(tǒng)電磁感應(yīng)式電流互感器相比，電子式互感器具有如下一系列優(yōu)點：
　　（1）高低壓完全隔離，安全性高，具有優(yōu)良的絕緣性能。
　　電磁式互感器的被測高壓信號與二次線圈之間通過鐵芯耦合，絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜。電子式互感器將高壓側(cè)信號通過絕緣性能很好的光纖傳輸?shù)蕉�次設(shè)備，這使得其絕緣結(jié)構(gòu)大大簡化。電子式互感器利用光纜作為信號傳輸工具，實現(xiàn)了高低壓的徹底隔離，不存在電壓互感器二次回路短路或電流互感器二次開路給設(shè)備和人身造成的危害，安全性和可靠性大大提高。
　　（2）不含鐵芯，消除了磁飽和及鐵磁諧振等問題。
　　電磁式電流互感器由于使用了鐵芯，不可避免地存在磁飽和及鐵磁諧振等問題。電子式互感器在原理上與傳統(tǒng)互感器有著本質(zhì)的區(qū)別，一般不用鐵芯做磁耦合，因此消除了磁飽和及鐵磁諧振現(xiàn)象。
　　（3）抗電磁干擾性能好。
　　電子式互感器的高壓側(cè)與低壓側(cè)之間只存在光纖聯(lián)系，信號通過光纖傳輸，高壓回路與二次回路在電氣上完全隔離，互感器具有較好的抗電磁干擾能力。
　　（4）動態(tài)范圍大，測量精度高。
　　電網(wǎng)正常運行時電流互感器流過的電流不大，但短路電流一般很大。電磁式電流互感器因存在磁飽和問題。電子式互感器有很寬的動態(tài)范圍，可同時滿足測量和繼電保護的需要。
　　（5）頻率響應(yīng)范圍寬。
　　電子式互感器可以測出高壓電力線上的諧波，還可進行電網(wǎng)電流暫態(tài)，高頻大電流與直流的測量，而電磁式互感器是難以進行這方面工作的。
　　（6）沒有因充油而潛在的易燃、易爆炸等危險。
　　電子式互感器的絕緣結(jié)構(gòu)相對簡單，一般不采用油作為絕緣介質(zhì)，不會引起火災(zāi)和爆炸等危險。
　　綜上所述，電子式互感器具有明顯的經(jīng)濟效益和社會效益，對于保證日益龐大和復(fù)雜的電力系統(tǒng)安全可靠運行并提高其自動化程度具有深遠的意義。
　　4.2二次設(shè)備的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化
　　4.2.1合并單元裝置
　　合并裝置是光電互感器的低壓端信號處理部分，主要包括以下主要部份：機箱（CASE）、電源模塊（POWER）、串并轉(zhuǎn)換模塊（SPC）、合并裝置模塊（MU）、激光模塊（Laser）組成。其主要工作原理如圖4.4：
　　圖4.4
　　4.2.2以網(wǎng)絡(luò)化方式實現(xiàn)變壓器非電量保護
　　智能化工程中變壓器非電量保護由非電量智能終端實現(xiàn)，有過程層網(wǎng)絡(luò)跳閘和硬接點跳閘兩種方式。能實現(xiàn)了以就地安裝、網(wǎng)絡(luò)化跳閘為特征的數(shù)字化變壓器非電量保護。
　　4.2.3數(shù)字式計量表
　　采用數(shù)字式電能表，用光纖傳輸電流電壓的數(shù)字信號，電流電壓信號只在源頭進行唯一的高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)字化的電流電壓信號在傳輸?shù)蕉�次設(shè)備和二次設(shè)備處理的過程中均不會產(chǎn)生附加誤差，提升了計量系統(tǒng)的精度。另外，數(shù)字式計量表一根光纖的接入就完成了常規(guī)計量表全部電流電壓二次回路的接線，徹底避免了二次誤接線引起的計量錯誤。
　　4.2.410kV遠程網(wǎng)絡(luò)式保護裝置
　　在10kV兩段母線各裝設(shè)一套基于IEC61850-9-2標準的10kV遠程網(wǎng)絡(luò)式保護裝置，實現(xiàn)一套保護對應(yīng)多套10kV饋線（含電容、接地變、站用變）保護。
　　4.2.5基于GOOSE的簡易母差的應(yīng)用
　　簡易母差保護裝置動作邏輯需要在多個裝置之間傳遞啟動閉鎖信號，傳統(tǒng)的應(yīng)用需大量的電纜連接，導(dǎo)致二次回路接線比較復(fù)雜，可靠性不高，因此，簡易母差保護裝置在傳統(tǒng)變電站的應(yīng)用非常困難。
　　數(shù)字化變電站可將GOOSE應(yīng)用于簡易母線保護，解決了傳統(tǒng)簡易母線保護閉鎖信號交互多，二次回路接線復(fù)雜的問題，并提出針對低壓側(cè)小電源出線的自適應(yīng)解決方法，通過優(yōu)先跳開發(fā)送閉鎖信號的小電源，小電源動作切除后的加速跳閘來保證任何情況下都可以有選擇的快速跳開低壓側(cè)母線故障。
　　4.3一次設(shè)備在線監(jiān)測功能
　　開關(guān)設(shè)備智能化裝置實現(xiàn)了對斷路器、隔離刀閘控制設(shè)備及控制回路的在線檢測功能。
　　4.4在智能化變電站條件下實現(xiàn)全站順控
　　順控是指順序控制，也叫程序化操作，是指按照預(yù)先設(shè)定好的操作步驟由系統(tǒng)自動進行操作，以縮短倒閘操作時間。
　　5數(shù)字化變電站維護應(yīng)注意問題
　　數(shù)字化變電站由于其設(shè)備的特殊性，維護方式與流程與常規(guī)變電站有很大區(qū)別。
　　5.1一次設(shè)備、二次設(shè)備預(yù)試定檢。
　　數(shù)字化變電站設(shè)備預(yù)試定檢內(nèi)容應(yīng)參考相關(guān)運行管理規(guī)定。
　　5.2日常維護。
　　5.2.1應(yīng)根據(jù)變電站具體的設(shè)備配置編寫詳細的操作規(guī)程及巡視要求。
　　5.2.2完善數(shù)字化變電站設(shè)備臺賬，備品備件、測試儀器一定要準備充足。
　　5.2.3還要編寫各種故障處理手冊，以防止出現(xiàn)故障處理時，由于對各裝置之間的聯(lián)系不了解導(dǎo)致事故的發(fā)生。
　　5.2.4數(shù)字化變電站的裝置定值也與常規(guī)裝置的定值有較大區(qū)別，尤其是軟壓板，通常會含GOOSE軟壓板及功能軟壓板、SMV軟壓板等，需要參考裝置說明書，詳細了解各軟壓板的意義，整定時不錯不漏。
　　5.2.5加強對維護人員的培訓(xùn)。加強運行人員對裝置的了解，提高維護人員的自動化水平及保護原理的理解。
　　6結(jié)束語
　　建設(shè)以光電式互感器、智能化集成開關(guān)、智能變壓器等數(shù)字化一次設(shè)備和其他智能電子設(shè)備為基礎(chǔ)的新型變電站自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)字化變電站站內(nèi)各層間的無縫通信，最大限度地滿足信息共享和系統(tǒng)集成的要求，是數(shù)字化變電站技術(shù)的發(fā)展方向。可以預(yù)期。一個系統(tǒng)分布化、結(jié)構(gòu)緊湊化、模型標準化、通信網(wǎng)絡(luò)化、信息集成化、檢修狀態(tài)化、操作智能化的完全數(shù)字化變電站將作為未來“數(shù)字化電網(wǎng)”的功能和信息節(jié)點展示在人們面前。