龐永剛 烏蘭察布電業局 內蒙古集寧
摘 要：本文簡要對數字化變電站與常規綜自站進行比較，簡介了數字化變電站的采用的數字化設備和數字化變電站的特點。
關鍵詞：變電站 數字化 特點
1.前言
2006年12月13日，在內蒙古烏蘭察布市杜爾伯特草原,全國第一座220千伏數字化變電站—杜爾伯特變電站一次啟動成功投入生產運行。杜爾伯特變電站采用南自新寧公司的數字化變電站系統，具有國內領先水平的數字化電流（電壓）互感器取代傳統互感器，光纜代替電纜作為系統運行測量、系統運行控制、設備運行保護和電能計量的信息采集和傳輸設備。杜爾伯特變電站是一座具有一次設備智能化、二次設備網絡化、運行管理系統自動化的變電站。
杜爾伯特變電站是內蒙古電力公司在烏蘭察布電業局密切配合下完全自主設計、施工、安裝和調試并一次啟動成功投入生產運行的數字化變電站。我國首座220千伏數字化變電站的建設成功，不僅標志著烏蘭察布電業局全面貫徹國家電網公司自主創新方針，踐行又好又快發展的指導思想邁出了重要一步，也是烏蘭察布電業局大膽創新、銳意進取的一個重要舉措。同時也充分體現了內蒙古電力公司科技創新的效益和水平。
2.數字化變電站與常規綜自站比較
數字化變電站就是將信息采集、傳輸、處理、輸出過程完全數字化的變電站。全站采用統一的通訊規約IEC61850構建通信網絡，保護、測控、計量、監控、遠動、VQC等系統均用同一網絡接收電流、電壓和狀態信息，各個系統實現
信息共享。
常規綜自站的一次設備采集模擬量，通過電纜將模擬信號傳輸到測控保護裝置，裝置進行模數轉換后處理數據，然后通過網線上將數字量傳到后臺監控系統。同時監控系統和測控保護裝置對一次設備的控制通過電纜傳輸模擬信號實現其功能。
數字化變電站一次設備采集
信息后，就地轉換為數字量，通過光纜上傳測控保護裝置，然后傳到后臺監控系統，而監控系統和測控保護裝置對一次設備的控制也是通過光纜傳輸數字信號實現其功能。常規綜自站與數字化變電站對比如圖1所示。
3.數字化設備
3.1光電互感器
光電互感器與傳統互感器外形相似，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。
①傳感頭部件有羅科夫斯基線圈、采集器、A/D轉換器和光發生器LED。工作原理是由羅科夫斯基線圈從一次傳變信號，采集器采樣后，AD轉換器轉換為數字信號，由LED轉換為光信號，通過光纜送回主控室。羅科夫斯基線圈一般有保護、計量和測量、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，內部填充固態硅膠，起到支撐、絕緣和固定光纜作用。
③光纜分為數據光纜和能量光纜，從傳感頭通過絕緣支柱內部引下，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之一。傳感頭部件（采集器、A/D轉換器和光發生器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，由能量線圈感應出電流來提供能量；當一次電流太小，不足以提供能量時，使用能量光纜，由戶內激光發生器通過光纜上送能量。兩種方式互為備用，自動切換。
3.2合并器
主控室內在各間隔測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據和由電壓互感器合并器傳來的電壓數據處理后打包輸出。輸出數據分別提供給保護、測控、母差、電度表、低周、小電流選線等裝置，每個裝置用一根光纜即可。每根光纜可以提供多個信號，例如：三個相電流，一個零序電流，三個測量電流、三個相電壓、一個零序電壓、一個線路電壓等。因此數字化變電站采用少量光纜可以代替大量電纜，同時實現
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，合并器可接入傳統電壓、電流互感器。合并器上裝有激光發生器，用來為光電互感器傳感頭部件提供能量。
3.3同步裝置
與常規綜自站相比，增加一個同步裝置。一個二次設備同時接收多個合并器的數據，則這幾個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，才能保證采樣數據有參考價值，用于做出處理和判斷。同步信號通過光纜送入各合并器，其誤差小于125納秒。
數字化變電站使用常規斷路器和主變，需進行數字化改造。在斷路器就地安裝智能單元，完成控制信號的光電轉換。從測控裝置到智能單元采用光纜通信，從
智能單元到斷路器內部仍用常規電纜，實現斷路器跳、合閘和預告信號等功能。
對于主變加裝
智能單元，可完成調壓、溫度、瓦斯等功能的實現。
3.5低電壓等級互感器的處理
對于10kV、35kV的光電互感器，為降低成本，傳感頭中的采集器、A/D轉換器和光發生器LED部分取出，由合并器完成其功能，合并器和測控保護裝置就地安裝于開關柜上。因此只提供常規電源即可，可節省能量線圈和激光
電源，同時由于絕緣簡單，互感器制造工藝要求降低，因而大大節省造價。
數字化設備與其他二次設備廠家連接，僅需增加一塊光電轉換插件即可。從合并器引出光纜進入其他廠家設備，先由光電轉換插件將光信號轉換為
電信號，然后進行處理。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的光電度表，無須轉換，可直接接入光纜。
4.數字化變電站的特點
4.1高性能
①通信網絡采用統一的通信規約IEC61850，不需要進行規約轉換，加快了通信速度，降低了系統的復雜度和設計、調試和維護的難度，提高了通信系統的性能。
②數字信號通過光纜傳輸避免了電纜帶來的電磁干擾，傳輸過程中無信號衰減、失真。無L、C濾波網絡，不產生諧振過電壓。傳輸和處理過程中不再產生附加誤差，提升了保護、計量和測量系統的精度。
③光電互感器無磁飽和，精度高，暫態特性好。
4.2高安全性
①光電互感器的應用，避免了油和SF6互感器的滲漏問題，很大程度上減少了運行維護的工作量，不再受滲漏油的困擾，同時提高了安全性。
②光電互感器高低壓部分光電隔離，使得電流互感器二次開路、電壓互感器二次短路可能危及人身或設備等問題不復存在，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、發熱、開路和短路的危險，提高了變電站整體安全運行水平。
4.3高可靠性
①設備自檢功能強，合并器收不到數據會判斷通訊故障或互感器故障而發出告警，既提高了運行的可靠性又減輕了運行人員的工作量。
②采集器的電源由能量線圈或激光
電源提供，兩者自動切換，互為備用。
4.4高經濟性
①采用光纜代替大量電纜，降低成本。用光纜取代二次電纜，簡化了電纜溝、電纜層和電纜防火，保護、
自動化調試的工作量減少，減少了運行維護成本。同時，縮短工程周期，減少通道重復建設和投資。
②實現
信息共享，兼容性高，便于新增功能和擴展規模，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，減少了停運檢修成本。
④數字化變電站技術含量高，電纜等耗材節約，具有節能、環保、節約社會資源的多重功效。
4.5應用中應注意的事項
①激光發生器不能空載運行，否則易損壞。如激光發生器在工作狀態，將數據光纜或能量光纜拔開可造成激光發生器空載而燒壞。今后應考慮加裝閉鎖或保護功能。
②不得用眼睛觀察激光孔或激光光纜，會燒傷眼睛。
③光電互感器工作電源采用激光電源和取能線圈雙電源方式，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，有待在實際運行中觀察。
④巡視時要特別注意：光纖及與二次設備連接的尾纖應可靠連接，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.結束語
數字化變電站的建成投產為電網數字化建設奠定了基礎，在變電站發展歷程史上具有劃時代的意義，是一次變電技術的革命。在數字化建設的整個過程中，所有設備均采用具有我國知識產權的國產化設備，填補了我國數字化變電站建設中的多項空白。通過220千伏杜爾伯特數字化變電站示范工程的實施，積累了數字化變電站在建設、管理、維護和運行中的大量經驗。為內蒙古電力公司培養第一代數字化變電站的管理和操作人才進行了有益的探索。
參考文獻
國電南自新寧光電自動化有限公司 《X7000數字化變電站系統說明書》
收稿日期：2008年10月11日
