刘清瑞，等110kV数字化变电站的关键技术 -241- 现智能化，二次接线大大简化。整个变电站的信息 根据EC61850标准的定义，110kV数字化 模型，包括数据模型和功能模型，都采用统一模式： 变电站自动化系统在逻辑结构上可分为三个层次， 各类设备的数据通信都采用开放的统一的通信协 分别为“过程层”、“间隔层”、“站控层”，各 议，实现所有数据的无缝交换；所有信息的可靠性、 层次内部及层次之间采用高速数据网络通信。分述 完整性、实时性都能得到保证，数据测量精度高： 如下。 通信介质全部采用光纤来取代传统的电缆：各种设 (1)过程层：过程层是一次设备与二次设备的 备和功能共享统一的信息平台，避免设备的重复投 结合面，或者说是指智能化一次设备的智能化部分。 资，整个变电站的管理实现全面的自动化和信息化。 过程层的主要功能有：①实时电气量检测，主要是 与传统的变电站相比，数字化变电站的主要特 电流、电压、相位以及谐波分量的检测；②运行设 点表现在以下几个方面0：一是一次设备智能化。 备的状态参数检测与统计，变电站需要进行状态参 一次设备被检测的信号回路和被控制的操作驱动回 数检测的设备主要有变压器、断路器、刀闸、母线 路采用微处理器和光电技术设计，用数字控制器及 电容器、电抗器、直流电源系统等，在线检测的内 数字公共信号网络取代传统的导线连接，即变电站 容主要有温度、压力、密度、绝缘、机械特性以及 二次回路中常规的继电器及其逻辑回路被智能电子 工作状态等数据：③操作控制执行与驱动，包括变 设备(ED)代替，常规的强电模拟信号和控制电 压器分接头调节控制，电容器、电抗器投切控制， 缆被光电数字信号和光纤代替；二是二次设备网络 断路器、刀闸的合分控制，直流电源充放电控制等。 化。变电站内常规的二次设备，如继电保护装置、 (2)间隔层：间隔层设备的主要功能是：①汇 防误闭锁装置、测量控制装置、远动装置、故障录 总本间隔过程层实时数据信息；②实施对一次设备 波装置、电压无功控制、同期操作装置以及正在发 的保护控制：③实施本间隔的操作闭锁；④实施操 展中的在线状态检测装置等全部基于标准化、模块 作同期及其它控制功能：⑤控制数据采集、统计计 化的微处理器设计，设备之间的连接全部采用高速 算及控制命令的优先级：⑥)承上启下的通信功能， 的网络通信，二次设备不再出现常规功能装置重复 即同时高速完成与过程层及站控层的网络通信功 的/O现场接口，通过网络真正实现数据共享和资 能。 源共享，常规的功能装置变成了逻辑功能模块：三 (3)站控层：站控层的主要功能是：①通过两 是运行管理自动化。变电站运行管理自动化系统应 级高速网络汇总全站的实时数据信息，不断刷新实 包括电力生产运行数据、状态记录统计无纸化；数 时数据库，按时登录历史数据库：②按既定规约将 据信息分层、分流交换自动化：变电站运行发生故 有关数据信息送向调度或控制中心；③接收调度或 障时能即时提供故障分析报告，指出故障原因，提 控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行： 出故障处理意见：系统能自动发出变电站设备检修 ④具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能；⑤具 报告，即常规的变电站设备“定期检修”改变为 有站内当地监控、人机联系功能，如显示、操作、 “状态检修”。可以说，变电站的数字化为变电站 打印、报警，以及图像、声音等多媒体功能；⑧具 的运行管理带来了新的机遇和挑战。 有对间隔层、过程层诸设备的在线维护、在线组态、 在线修改参数的功能；⑦具有变电站故障记录、故 2110kV数字化变电站的体系结构 障分析和操作培训功能。 在变电站自动化领域中，智能化电器的发展， 综上所述，一个典型的通用110kV数字化变电 特别是智能开关、电子式互感器等机电一体化设备 站系统，必须使用电子式互感器替代传统的电磁式 的出现，使变电站自动化技术进入了数字化的新阶 互感器：硬件平台采用基于嵌入式双以太网、带光 段。在110KV电压等级的数字化变电站中，保护装 纤收发接口的数字式保护测控通信平台，支持数字 置、测控装置、故障录波及其它自动装置的/O单 信号和模拟信号的输入；以EC-61850为全站各层 元，如AD变换、光隔离器件、控制操作回路等将 内部以及各层之间的统一通信规约，并兼容以前的 独立出来作为智能化一次设备的一部分。反言之， 其它通信协议：其继电保护、测控单元、远动设备、 智能化一次设备的数字化传感器、数字化控制回路 后台监控系统、保护故障信息子站系统、故障录波 将代替常规继电保护、测控等装置的/O部分，并 等能够无缝集成多种型号的产品而不存在任何互操 将保护、监控装置小型化、紧凑化，完整地就地安 作问题：站控层实时数据库采用与EC61850的模 装在开关柜上，实现了变电站设备的机电一体化设 型一致的建模方法。 计，使变电站自动化系统的结构也发生了较大变化。刘清瑞，等110 kV数字化变电站的关键技术 ．241． 现智能化，二次接线大大简化。整个变电站的信息 模型，包括数据模型和功能模型，都采用统一模式； 各类设备的数据通信都采用开放的统一的通信协 议，实现所有数据的无缝交换；所有信息的可靠性、 完整性、实时性都能得到保证，数据测量精度高； 通信介质全部采用光纤来取代传统的电缆；各种设 备和功能共享统一的信息平台，避免设备的重复投 资，整个变电站的管理实现全面的自动化和信息化。 与传统的变电站相比，数字化变电站的主要特 点表现在以下几个方面H1：一是一次设备智能化。 一次设备被检测的信号回路和被控制的操作驱动回 路采用微处理器和光电技术设计，用数字控制器及 数字公共信号网络取代传统的导线连接，即变电站 二次回路中常规的继电器及其逻辑回路被智能电子 设备(mD)代替，常规的强电模拟信号和控制电 缆被光电数字信号和光纤代替；二是二次设备网络 化。变电站内常规的二次设备，如继电保护装置、 防误闭锁装置、测量控制装置、远动装置、故障录 波装置、电压无功控制、同期操作装置以及正在发 展中的在线状态检测装置等全部基于标准化、模块 化的微处理器设计，设备之间的连接全部采用高速 的网络通信，二次设备不再出现常规功能装置重复 的I／O现场接口，通过网络真正实现数据共享和资 源共享，常规的功能装置变成了逻辑功能模块；三 是运行管理自动化。变电站运行管理自动化系统应 包括电力生产运行数据、状态记录统计无纸化；数 据信息分层、分流交换自动化；变电站运行发生故 障时能即时提供故障分析报告，指出故障原因，提 出故障处理意见；系统能自动发出变电站设备检修 报告，即常规的变电站设备“定期检修”改变为 “状态检修”。可以说，变电站的数字化为变电站 的运行管理带来了新的机遇和挑战。 2 110 kV数字化变电站的体系结构 在变电站自动化领域中，智能化电器的发展， 特别是智能开关、电子式互感器等机电一体化设备 的出现，使变电站自动化技术进入了数字化的新阶 段。在110KV电压等级的数字化变电站中，保护装 置、测控装置、故障录波及其它自动装置的I／O单 元，如A／D变换、光隔离器件、控制操作回路等将 独立出来作为智能化一次设备的一部分。反言之， 智能化一次设备的数字化传感器、数字化控制回路 将代替常规继电保护、测控等装置的I／O部分，并 将保护、监控装置小型化、紧凑化，完整地就地安 装在开关柜上，实现了变电站设备的机电一体化设 计，使变电站自动化系统的结构也发生了较大变化。 根据mC61850标准的定义崎1，110 kV数字化 变电站自动化系统在逻辑结构上可分为三个层次， 分别为“过程层”、“间隔层”、“站控层”，各 层次内部及层次之间采用高速数据网络通信。分述 如下。 ‘ (1)过程层：过程层是一次设备与二次设备的 结合面，或者说是指智能化一次设备的智能化部分。 过程层的主要功能有：①实时电气量检测，主要是 电流、电压、相位以及谐波分量的检测；②运行设 备的状态参数检测与统计，变电站需要进行状态参 数检测的设备主要有变压器、断路器、刀闸、母线＼ 电容器、电抗器、直流电源系统等，在线检测的内 容主要有温度、压力、密度、绝缘、机械特性以及 工作状态等数据：③操作控制执行与驱动，包括变 压器分接头调节控制，电容器、电抗器投切控制， 断路器、刀闸的合分控制，直流电源充放电控制等。 (2)间隔层：间隔层设备的主要功能是：①汇 总本间隔过程层实时数据信息；②实施对一次设备 的保护控制；③实施本间隔的操作闭锁；④实施操 作同期及其它控制功能；⑤控制数据采集、统计计 算及控制命令的优先级；⑥)承上启下的通信功能， 即同时高速完成与过程层及站控层的网络通信功 能。 (3)站控层：站控层的主要功能是：①通过两 级高速网络汇总全站的实时数据信息，不断刷新实 时数据库，按时登录历史数据库：②按既定规约将 有关数据信息送向调度或控制中心；⑨接收调度或 控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行； ④具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能；⑤具 有站内当地监控、人机联系功能，如显示、操作、 打印、报警，以及图像、声音等多媒体功能；⑥具 有对间隔层、过程层诸设备的在线维护、在线组态、 在线修改参数的功能；⑦具有变电站故障记录、故 ·障分析和操作培训功能。 综上所述，一个典型的通用110 kV数字化变电 站系统，必须使用电子式互感器替代传统的电磁式 互感器；硬件平台采用基于嵌入式双以太网、带光 纤收发接口的数字式保护测控通信平台，支持数字 信号和模拟信号的输入；以IEC．61850为全站各层 内部以及各层之间的统一通信规约，并兼容以前的 其它通信协议；其继电保护、测控单元、远动设备、 后台监控系统、保护故障信息子站系统、故障录波 等能够无缝集成多种型号的产品而不存在任何互操 作问题：站控层实时数据库采用与IEC 61850的模 型一致的建模方法