基于IEC61850标准的220kV数字变电站的建设研究

摘要：21世纪又被称为信息化时代，以计算机为基础的现代信息技术在各个领域都得到了不同程度的应用。对电力系统的影响尤为深远。本文笔者结合工作实践，选取了电力系统的重要组成部分---变电站作为研究对象，对基于iec61850标准的220kv数字变电站的建设进行了探讨。文章首先归纳了数字化变电站的主要特征，并分析了220 kv数字变电站分层分布式的特点，分别对站控层、间隔层和过程层进行了阐述;在此基础上，对220 kv数字化变电站建设中的主要技术问题进行了探讨与研究，最后提出建设220kv数字变电站应注意的问题，这对当前变电站数字化建设有着重要的现实意义。

随着社会的向前发展，以及以计算机为基础的现代信息技术的进步，近年来电力技术得到了长足的发展。智能化一次设备、网络化二次设备的出现及应用，使得变电站的建设有了很好的技术基础。本文以基于iec61850标准的220kv数字变电站的建设为例，试图对220kv数字化变电站的特征及体系结构进行阐述与分析，并探讨220kv数字化变电站建设中的主要技术问题，以期为其他数字化变电站的建设或改造提供有益借鉴。

1、220kv数字化变电站的特征及体系结构

1.1 特征分析

数字化变电站，顾名思义是相对于传统概念上的变电站而言的，它是由传统意义上的变电站的数字化或改造或建设而成。其建立的基础是现代信息技术的应用，220kv数字化变电站正是应用iec61850进行建模和通信为基础。其技术特征概括起来，即：“一次设备智能化、二次设备网络化、符合iec61850标准”这三个主要特征。

1.2 一般体系结构

对于常规的220kv变电站，一般存在着3个电压等级，即220kv、110kv和10kv。因此，依据iec61850标准进行改造后，变电站的体系结构体现出分层分布式的特点。从逻辑结构而言，变电站的设备分成站控层、间隔层和过程层3个层次。全站面向通用对象的变电站事件(goose)网络和制造报文

(1)过程层：常规的220kv变电站出线间隔采用的是电压互感器(vt)、电流互感器(ct)，不一样的是数字变电站采用的是电子式电压互感器(evt)和电子式电流互感器(ect)。并接至合并单元，从而实现了对数据的合并与同步，同时给间隔层保护测控计量设备提供相应的数据信息。

(2)间隔层：它是由保护装置、测控装置、故障录波装置等智能设备所构成。基于iec61850标准的220kv数字变电站的间隔层采用goose传递信息。

(3)站控层：220kv数字变电站的站控层，其结构方面主要包括了：全球定位系统(gps)、后台监控、网络总线、保信网、防误操作等系统构成。需要指出的是，由于在在过程层和间隔层之间组建了goose网络，从而有效地实现了goose跳(合)闸、各间隔开关量的采集及设备之间的互锁。

2、220kv数字化变电站建设中的主要技术问题

2.1 电流电压回路的接入方式

常规综自站的电流电压回路，一般采用点对点接入的方式，用控制电缆将互感器二次侧的电流电压接入保护、测控装置，在保护、测控装置内实现交流采样。220kv数字化变电站的光电互感器采用光纤输出后，传输的不再是交流的电流、交流的电压了，而是采样后的数字编码信息，对此而衍生的技术问题有待研究。

2.2 220kv线路两侧纵联电流差动保护装置的配合

220kv线路大多配置纵联保护。其中，又以纵联电流差动保护为主。目前，建设220kv数字化变电站时，一般只在新建220kv变电站采用数字化设备。220kv线路对端的变电站扩建变电间隔时仍采用常规一次、二次设备，不采用数字化设备。否则，扩建间隔设备将无法接入现有母线保护、故障录波器等公共二次设备，也无法使用已有的母线电压互感器。

2.3 保护跳闸方式

对于220kv变电站经常出现两、三套保护装置甚至更多套保护跳同一个断路器的情况。常规综自站只需将这多套保护至此断路器的跳闸回路接到此断路器的操作回路并联起来，即可实现多套保护的分别跳闸，互不影响。对220kv数字化变电站来说，保护装置均为光纤方式跳闸，无法直接并联起来。220kv数字化变电站保护跳闸回路采用光纤传递数字化的跳闸命令。

2.4 一次设备运行、单套保护检修时如何实现隔离

由于220kv线路、母线、主变压器等设备的重要性，均配置了双重化的保护。220kv数字化变电站的保护跳闸输出是通过光纤实现的，无法安装硬压板。因此，当一套保护因故障、更改定值等原因退出运行时，不能实现退运保护与运行的保护及其回路有效的隔离，并保持明显的断开点。但如果不能与运行设备和回路保持有效的隔离，就会在一套保护装置退出运行时被迫停运一次设备，220kv设备配置双重化保护就失去了意义。

2.5 故障录波的方式

常规综自站故障录波器的接入量主要是交流电流、交流电压、断路器位置、保护跳闸等，只需将对应的回路用控制电缆接入故障录波器对应的位置，即可实现统一采样、统一记录。对220kv数字化变电站来说，需用光缆将各互感器的合并器、智能终端、保护装置等设备发出的数字量信息进行记录。由于采样是由不同的设备分别完成的，如何对这些设备统一时钟，以便于分析事故。

3、应注意的事项

从笔者搜集的工程建设和运行实践的有关资料来看，发现220kv数字化变电站建设有以下几个较为普遍的问题需要引起注意：

3.1 不同厂家设备数字采样和保护配合问题

当前220kv数字化变电站所应用的设备由于国内外的不同厂家，尽管iec61850对数据的处理和传输作了相关规定，但是对标准的理解上各大厂家存在着差异。从笔者进行的动态模拟实验发现：国内外的一些主流制造厂家在互感器设备结构设计、内部处理等细节方面缺乏统一标准。这无疑会数字变电站的良好稳定运行带来不利影响，这就要求我们在数字变电站建设的实际工程中事前做到统一，避免建成的系统在运行中出现不该有的麻烦。

3.2 goose信息校验

从实践来看，保护、测控等二次设备通过goose形式获取采样数据和发送跳闸控制命令，因此，沿袭采用传统的方法是无法进行检测的。对于采样数据的正确性和完整性如何进行校验?针对离线的情况下进行装置校验、检验时内容如何规定?需要配置哪一些工具等?这些问题应当作出明确的规定。

3.3 智能终端安全

在220kv数字变电站建设中断路器智能终端是作为保护控制等二次设备延伸到一次设备现场的一个过渡方案。因此，充分考虑到室外各种恶劣气候条件或其他外在环境影响下不误动，必须有相应的方案，以做到防潮、防高温、防小动物、防电磁干扰等方面的相应策略办法。

3.4 线缆敷设及标识

在基于iec61850标准的220kv数字变电站建设中，由于一次设备数字化的应用，导致光纤的应用增加，而各设备之间的电缆联系大幅度地减少。因此这就意味着传统电缆沟设计规模、敷设形式、标识规范等方面与当前数字变电站建设不相适应，如何针对数字变电站光纤的应用特点进行设计、敷设和标识，在这一问题上还有待探索与进一步完善。

4、结语

综上所述，变电站数字化的建设是一个动态过程，这一过程将随科学技术的进步而不断变化。因此，必须不断的总结经验，发现问题，解决问题。积极、持续地推进变电站数字化、智能化建设，使电力为国家经济建设和人们生活质量的提高提供强有力的保障。

参考文献

[1]dl/t 5218—2005,220 kv~500 kv变电所设计技术规程[s].

[2]吴晓博,王永福等.数字化变电站自动化系统发建议[j].电力系统自动化,2009(16).