龐永剛 烏蘭察布電業(yè)局 內(nèi)蒙古集寧
摘 要：本文簡(jiǎn)要對(duì)數(shù)字化變電站與常規(guī)綜自站進(jìn)行比較，簡(jiǎn)介了數(shù)字化變電站的采用的數(shù)字化設(shè)備和數(shù)字化變電站的特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：變電站 數(shù)字化 特點(diǎn)
1.前言
2006年12月13日，在內(nèi)蒙古烏蘭察布市杜爾伯特草原,全國(guó)第一座220千伏數(shù)字化變電站—杜爾伯特變電站一次啟動(dòng)成功投入生產(chǎn)運(yùn)行。杜爾伯特變電站采用南自新寧公司的數(shù)字化變電站系統(tǒng)，具有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平的數(shù)字化電流（電壓）互感器取代傳統(tǒng)互感器，光纜代替電纜作為系統(tǒng)運(yùn)行測(cè)量、系統(tǒng)運(yùn)行控制、設(shè)備運(yùn)行保護(hù)和電能計(jì)量的信息采集和傳輸設(shè)備。杜爾伯特變電站是一座具有一次設(shè)備智能化、二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化、運(yùn)行管理系統(tǒng)自動(dòng)化的變電站。
杜爾伯特變電站是內(nèi)蒙古電力公司在烏蘭察布電業(yè)局密切配合下完全自主設(shè)計(jì)、施工、安裝和調(diào)試并一次啟動(dòng)成功投入生產(chǎn)運(yùn)行的數(shù)字化變電站。我國(guó)首座220千伏數(shù)字化變電站的建設(shè)成功，不僅標(biāo)志著烏蘭察布電業(yè)局全面貫徹國(guó)家電網(wǎng)公司自主創(chuàng)新方針，踐行又好又快發(fā)展的指導(dǎo)思想邁出了重要一步，也是烏蘭察布電業(yè)局大膽創(chuàng)新、銳意進(jìn)取的一個(gè)重要舉措。同時(shí)也充分體現(xiàn)了內(nèi)蒙古電力公司科技創(chuàng)新的效益和水平。
2.數(shù)字化變電站與常規(guī)綜自站比較
數(shù)字化變電站就是將信息采集、傳輸、處理、輸出過程完全數(shù)字化的變電站。全站采用統(tǒng)一的通訊規(guī)約IEC61850構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)，保護(hù)、測(cè)控、計(jì)量、監(jiān)控、遠(yuǎn)動(dòng)、VQC等系統(tǒng)均用同一網(wǎng)絡(luò)接收電流、電壓和狀態(tài)信息，各個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
信息共享。
常規(guī)綜自站的一次設(shè)備采集模擬量，通過電纜將模擬信號(hào)傳輸?shù)綔y(cè)控保護(hù)裝置，裝置進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后處理數(shù)據(jù)，然后通過網(wǎng)線上將數(shù)字量傳到后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)。同時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)和測(cè)控保護(hù)裝置對(duì)一次設(shè)備的控制通過電纜傳輸模擬信號(hào)實(shí)現(xiàn)其功能。
數(shù)字化變電站一次設(shè)備采集
信息后，就地轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，通過光纜上傳測(cè)控保護(hù)裝置，然后傳到后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，而監(jiān)控系統(tǒng)和測(cè)控保護(hù)裝置對(duì)一次設(shè)備的控制也是通過光纜傳輸數(shù)字信號(hào)實(shí)現(xiàn)其功能。常規(guī)綜自站與數(shù)字化變電站對(duì)比如圖1所示。
3.數(shù)字化設(shè)備
3.1光電互感器
光電互感器與傳統(tǒng)互感器外形相似，但體積小，重量輕。主要由傳感頭、絕緣支柱和光纜三部分組成。
�、賯鞲蓄^部件有羅科夫斯基線圈、采集器、A/D轉(zhuǎn)換器和光發(fā)生器LED。工作原理是由羅科夫斯基線圈從一次傳變信號(hào)，采集器采樣后，AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，由LED轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，通過光纜送回主控室。羅科夫斯基線圈一般有保護(hù)、計(jì)量和測(cè)量、能量線圈，羅科夫斯基線圈形狀是空心螺線管，無鐵芯，填充非晶體材料，主要起支撐作用。
②絕緣支柱采用硅橡膠絕緣子，內(nèi)部填充固態(tài)硅膠，起到支撐、絕緣和固定光纜作用。
�、酃饫|分為數(shù)據(jù)光纜和能量光纜，從傳感頭通過絕緣支柱內(nèi)部引下，送回主控室。
④能量問題。傳感頭部件的
電源是光電互感器的難點(diǎn)之一。傳感頭部件（采集器、A/D轉(zhuǎn)換器和光發(fā)生器LED）使用微功耗裝置，功率30毫瓦。本站的光電互感器傳感頭部件的能量來源有兩種途徑。一是從一次取能，由能量線圈感應(yīng)出電流來提供能量；當(dāng)一次電流太小，不足以提供能量時(shí)，使用能量光纜，由戶內(nèi)激光發(fā)生器通過光纜上送能量。兩種方式互為備用，自動(dòng)切換。
3.2合并器
主控室內(nèi)在各間隔測(cè)控屏上增加合并器裝置，合并器的作用是將各電流互感器傳回的電流數(shù)據(jù)和由電壓互感器合并器傳來的電壓數(shù)據(jù)處理后打包輸出。輸出數(shù)據(jù)分別提供給保護(hù)、測(cè)控、母差、電度表、低周、小電流選線等裝置，每個(gè)裝置用一根光纜即可。每根光纜可以提供多個(gè)信號(hào)，例如：三個(gè)相電流，一個(gè)零序電流，三個(gè)測(cè)量電流、三個(gè)相電壓、一個(gè)零序電壓、一個(gè)線路電壓等。因此數(shù)字化變電站采用少量光纜可以代替大量電纜，同時(shí)實(shí)現(xiàn)
信息共享。
電壓互感器合并器接入兩段母線電壓處理打包后分別向各間隔提供電壓量。同時(shí)，合并器可接入傳統(tǒng)電壓、電流互感器。合并器上裝有激光發(fā)生器，用來為光電互感器傳感頭部件提供能量。
3.3同步裝置
與常規(guī)綜自站相比，增加一個(gè)同步裝置。一個(gè)二次設(shè)備同時(shí)接收多個(gè)合并器的數(shù)據(jù)，則這幾個(gè)合并器需要同步工作。因此，同步裝置可以使全站合并器采樣同步。只有采樣同步，才能保證采樣數(shù)據(jù)有參考價(jià)值，用于做出處理和判斷。同步信號(hào)通過光纜送入各合并器，其誤差小于125納秒。
數(shù)字化變電站使用常規(guī)斷路器和主變，需進(jìn)行數(shù)字化改造。在斷路器就地安裝智能單元，完成控制信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換。從測(cè)控裝置到智能單元采用光纜通信，從
智能單元到斷路器內(nèi)部仍用常規(guī)電纜，實(shí)現(xiàn)斷路器跳、合閘和預(yù)告信號(hào)等功能。
對(duì)于主變加裝
智能單元，可完成調(diào)壓、溫度、瓦斯等功能的實(shí)現(xiàn)。
3.5低電壓等級(jí)互感器的處理
對(duì)于10kV、35kV的光電互感器，為降低成本，傳感頭中的采集器、A/D轉(zhuǎn)換器和光發(fā)生器LED部分取出，由合并器完成其功能，合并器和測(cè)控保護(hù)裝置就地安裝于開關(guān)柜上。因此只提供常規(guī)電源即可，可節(jié)省能量線圈和激光
電源，同時(shí)由于絕緣簡(jiǎn)單，互感器制造工藝要求降低，因而大大節(jié)省造價(jià)。
數(shù)字化設(shè)備與其他二次設(shè)備廠家連接，僅需增加一塊光電轉(zhuǎn)換插件即可。從合并器引出光纜進(jìn)入其他廠家設(shè)備，先由光電轉(zhuǎn)換插件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為
電信號(hào)，然后進(jìn)行處理。例如：低周低壓裝置和小電流選線裝置。本站電度表采用新寧公司生產(chǎn)的光電度表，無須轉(zhuǎn)換，可直接接入光纜。
4.數(shù)字化變電站的特點(diǎn)
4.1高性能
①通信網(wǎng)絡(luò)采用統(tǒng)一的通信規(guī)約IEC61850，不需要進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，加快了通信速度，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度和設(shè)計(jì)、調(diào)試和維護(hù)的難度，提高了通信系統(tǒng)的性能。
�、跀�(shù)字信號(hào)通過光纜傳輸避免了電纜帶來的電磁干擾，傳輸過程中無信號(hào)衰減、失真。無L、C濾波網(wǎng)絡(luò)，不產(chǎn)生諧振過電壓。傳輸和處理過程中不再產(chǎn)生附加誤差，提升了保護(hù)、計(jì)量和測(cè)量系統(tǒng)的精度。
�、酃怆娀ジ衅鳠o磁飽和，精度高，暫態(tài)特性好。
4.2高安全性
�、俟怆娀ジ衅鞯膽�(yīng)用，避免了油和SF6互感器的滲漏問題，很大程度上減少了運(yùn)行維護(hù)的工作量，不再受滲漏油的困擾，同時(shí)提高了安全性。
�、诠怆娀ジ衅鞲叩蛪翰糠止怆姼綦x，使得電流互感器二次開路、電壓互感器二次短路可能危及人身或設(shè)備等問題不復(fù)存在，大大提高了安全性。
③光纜代替電纜，避免了電纜端子接線松動(dòng)、發(fā)熱、開路和短路的危險(xiǎn)，提高了變電站整體安全運(yùn)行水平。
4.3高可靠性
�、僭O(shè)備自檢功能強(qiáng)，合并器收不到數(shù)據(jù)會(huì)判斷通訊故障或互感器故障而發(fā)出告警，既提高了運(yùn)行的可靠性又減輕了運(yùn)行人員的工作量。
�、诓杉鞯碾娫从赡芰烤�圈或激光
電源提供，兩者自動(dòng)切換，互為備用。
4.4高經(jīng)濟(jì)性
①采用光纜代替大量電纜，降低成本。用光纜取代二次電纜，簡(jiǎn)化了電纜溝、電纜層和電纜防火，保護(hù)、
自動(dòng)化調(diào)試的工作量減少，減少了運(yùn)行維護(hù)成本。同時(shí)，縮短工程周期，減少通道重復(fù)建設(shè)和投資。
②實(shí)現(xiàn)
信息共享，兼容性高，便于新增功能和擴(kuò)展規(guī)模，減少變電站投資成本。
③光電互感器采用固體絕緣，無滲漏問題，減少了停運(yùn)檢修成本。
④數(shù)字化變電站技術(shù)含量高，電纜等耗材節(jié)約，具有節(jié)能、環(huán)保、節(jié)約社會(huì)資源的多重功效。
4.5應(yīng)用中應(yīng)注意的事項(xiàng)
�、偌す獍l(fā)生器不能空載運(yùn)行，否則易損壞。如激光發(fā)生器在工作狀態(tài)，將數(shù)據(jù)光纜或能量光纜拔開可造成激光發(fā)生器空載而燒壞。今后應(yīng)考慮加裝閉鎖或保護(hù)功能。
�、诓坏糜醚劬τ^察激光孔或激光光纜，會(huì)燒傷眼睛。
�、酃怆娀ジ衅鞴ぷ麟娫床捎眉す怆娫春腿∧芫�圈雙電源方式，即一次電流10A以上用取能線圈作電源，10A以下用激光電源，異常時(shí)否能切換到激光
電源，不至使光電互感器停止工作，有待在實(shí)際運(yùn)行中觀察。
�、苎惨晻r(shí)要特別注意：光纖及與二次設(shè)備連接的尾纖應(yīng)可靠連接，防塵帽無破裂、脫落，密封良好。光纖、尾纖自然彎曲，無折痕，彎曲半徑不得小于10倍光、尾纖直徑，外皮無破損。
5.結(jié)束語
數(shù)字化變電站的建成投產(chǎn)為電網(wǎng)數(shù)字化建設(shè)奠定了基礎(chǔ)，在變電站發(fā)展歷程史上具有劃時(shí)代的意義，是一次變電技術(shù)的革命。在數(shù)字化建設(shè)的整個(gè)過程中，所有設(shè)備均采用具有我國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)化設(shè)備，填補(bǔ)了我國(guó)數(shù)字化變電站建設(shè)中的多項(xiàng)空白。通過220千伏杜爾伯特?cái)?shù)字化變電站示范工程的實(shí)施，積累了數(shù)字化變電站在建設(shè)、管理、維護(hù)和運(yùn)行中的大量經(jīng)驗(yàn)。為內(nèi)蒙古電力公司培養(yǎng)第一代數(shù)字化變電站的管理和操作人才進(jìn)行了有益的探索。
參考文獻(xiàn)
國(guó)電南自新寧光電自動(dòng)化有限公司 《X7000數(shù)字化變電站系統(tǒng)說明書》
收稿日期：2008年10月11日
