庞永刚 乌兰察布电业局 内蒙古集宁
摘 要：本文简要对数字化变电站与常规综自站进行比较，简介了数字化变电站的采用的数字化设备和数字化变电站的特点。
关键词：变电站 数字化 特点
1.前言
2006年12月13日，在内蒙古乌兰察布市杜尔伯特草原,全国第一座220千伏数字化变电站—杜尔伯特变电站一次启动成功投入生产运行。杜尔伯特变电站采用南自新宁公司的数字化变电站系统，具有国内领先水平的数字化电流（电压）互感器取代传统互感器，光缆代替电缆作为系统运行测量、系统运行控制、设备运行保护和电能计量的信息采集和传输设备。杜尔伯特变电站是一座具有一次设备智能化、二次设备网络化、运行管理系统自动化的变电站。
杜尔伯特变电站是内蒙古电力公司在乌兰察布电业局密切配合下完全自主设计、施工、安装和调试并一次启动成功投入生产运行的数字化变电站。我国首座220千伏数字化变电站的建设成功，不仅标志着乌兰察布电业局全面贯彻国家电网公司自主创新方针，践行又好又快发展的指导思想迈出了重要一步，也是乌兰察布电业局大胆创新、锐意进取的一个重要举措。同时也充分体现了内蒙古电力公司科技创新的效益和水平。
2.数字化变电站与常规综自站比较
数字化变电站就是将信息采集、传输、处理、输出过程完全数字化的变电站。全站采用统一的通讯规约IEC61850构建通信网络，保护、测控、计量、监控、远动、VQC等系统均用同一网络接收电流、电压和状态信息，各个系统实现
信息共享。
常规综自站的一次设备采集模拟量，通过电缆将模拟信号传输到测控保护装置，装置进行模数转换后处理数据，然后通过网线上将数字量传到后台监控系统。同时监控系统和测控保护装置对一次设备的控制通过电缆传输模拟信号实现其功能。
数字化变电站一次设备采集
信息后，就地转换为数字量，通过光缆上传测控保护装置，然后传到后台监控系统，而监控系统和测控保护装置对一次设备的控制也是通过光缆传输数字信号实现其功能。常规综自站与数字化变电站对比如图1所示。
3.数字化设备
3.1光电互感器
光电互感器与传统互感器外形相似，但体积小，重量轻。主要由传感头、绝缘支柱和光缆三部分组成。
①传感头部件有罗科夫斯基线圈、采集器、A/D转换器和光发生器LED。工作原理是由罗科夫斯基线圈从一次传变信号，采集器采样后，AD转换器转换为数字信号，由LED转换为光信号，通过光缆送回主控室。罗科夫斯基线圈一般有保护、计量和测量、能量线圈，罗科夫斯基线圈形状是空心螺线管，无铁芯，填充非晶体材料，主要起支撑作用。
②绝缘支柱采用硅橡胶绝缘子，内部填充固态硅胶，起到支撑、绝缘和固定光缆作用。
③光缆分为数据光缆和能量光缆，从传感头通过绝缘支柱内部引下，送回主控室。
④能量问题。传感头部件的
电源是光电互感器的难点之一。传感头部件（采集器、A/D转换器和光发生器LED）使用微功耗装置，功率30毫瓦。本站的光电互感器传感头部件的能量来源有两种途径。一是从一次取能，由能量线圈感应出电流来提供能量；当一次电流太小，不足以提供能量时，使用能量光缆，由户内激光发生器通过光缆上送能量。两种方式互为备用，自动切换。
3.2合并器
主控室内在各间隔测控屏上增加合并器装置，合并器的作用是将各电流互感器传回的电流数据和由电压互感器合并器传来的电压数据处理后打包输出。输出数据分别提供给保护、测控、母差、电度表、低周、小电流选线等装置，每个装置用一根光缆即可。每根光缆可以提供多个信号，例如：三个相电流，一个零序电流，三个测量电流、三个相电压、一个零序电压、一个线路电压等。因此数字化变电站采用少量光缆可以代替大量电缆，同时实现
信息共享。
电压互感器合并器接入两段母线电压处理打包后分别向各间隔提供电压量。同时，合并器可接入传统电压、电流互感器。合并器上装有激光发生器，用来为光电互感器传感头部件提供能量。
3.3同步装置
与常规综自站相比，增加一个同步装置。一个二次设备同时接收多个合并器的数据，则这几个合并器需要同步工作。因此，同步装置可以使全站合并器采样同步。只有采样同步，才能保证采样数据有参考价值，用于做出处理和判断。同步信号通过光缆送入各合并器，其误差小于125纳秒。
数字化变电站使用常规断路器和主变，需进行数字化改造。在断路器就地安装智能单元，完成控制信号的光电转换。从测控装置到智能单元采用光缆通信，从
智能单元到断路器内部仍用常规电缆，实现断路器跳、合闸和预告信号等功能。
对于主变加装
智能单元，可完成调压、温度、瓦斯等功能的实现。
3.5低电压等级互感器的处理
对于10kV、35kV的光电互感器，为降低成本，传感头中的采集器、A/D转换器和光发生器LED部分取出，由合并器完成其功能，合并器和测控保护装置就地安装于开关柜上。因此只提供常规电源即可，可节省能量线圈和激光
电源，同时由于绝缘简单，互感器制造工艺要求降低，因而大大节省造价。
数字化设备与其他二次设备厂家连接，仅需增加一块光电转换插件即可。从合并器引出光缆进入其他厂家设备，先由光电转换插件将光信号转换为
电信号，然后进行处理。例如：低周低压装置和小电流选线装置。本站电度表采用新宁公司生产的光电度表，无须转换，可直接接入光缆。
4.数字化变电站的特点
4.1高性能
①通信网络采用统一的通信规约IEC61850，不需要进行规约转换，加快了通信速度，降低了系统的复杂度和设计、调试和维护的难度，提高了通信系统的性能。
②数字信号通过光缆传输避免了电缆带来的电磁干扰，传输过程中无信号衰减、失真。无L、C滤波网络，不产生谐振过电压。传输和处理过程中不再产生附加误差，提升了保护、计量和测量系统的精度。
③光电互感器无磁饱和，精度高，暂态特性好。
4.2高安全性
①光电互感器的应用，避免了油和SF6互感器的渗漏问题，很大程度上减少了运行维护的工作量，不再受渗漏油的困扰，同时提高了安全性。
②光电互感器高低压部分光电隔离，使得电流互感器二次开路、电压互感器二次短路可能危及人身或设备等问题不复存在，大大提高了安全性。
③光缆代替电缆，避免了电缆端子接线松动、发热、开路和短路的危险，提高了变电站整体安全运行水平。
4.3高可靠性
①设备自检功能强，合并器收不到数据会判断通讯故障或互感器故障而发出告警，既提高了运行的可靠性又减轻了运行人员的工作量。
②采集器的电源由能量线圈或激光
电源提供，两者自动切换，互为备用。
4.4高经济性
①采用光缆代替大量电缆，降低成本。用光缆取代二次电缆，简化了电缆沟、电缆层和电缆防火，保护、
自动化调试的工作量减少，减少了运行维护成本。同时，缩短工程周期，减少通道重复建设和投资。
②实现
信息共享，兼容性高，便于新增功能和扩展规模，减少变电站投资成本。
③光电互感器采用固体绝缘，无渗漏问题，减少了停运检修成本。
④数字化变电站技术含量高，电缆等耗材节约，具有节能、环保、节约社会资源的多重功效。
4.5应用中应注意的事项
①激光发生器不能空载运行，否则易损坏。如激光发生器在工作状态，将数据光缆或能量光缆拔开可造成激光发生器空载而烧坏。今后应考虑加装闭锁或保护功能。
②不得用眼睛观察激光孔或激光光缆，会烧伤眼睛。
③光电互感器工作电源采用激光电源和取能线圈双电源方式，即一次电流10A以上用取能线圈作电源，10A以下用激光电源，异常时否能切换到激光
电源，不至使光电互感器停止工作，有待在实际运行中观察。
④巡视时要特别注意：光纤及与二次设备连接的尾纤应可靠连接，防尘帽无破裂、脱落，密封良好。光纤、尾纤自然弯曲，无折痕，弯曲半径不得小于10倍光、尾纤直径，外皮无破损。
5.结束语
数字化变电站的建成投产为电网数字化建设奠定了基础，在变电站发展历程史上具有划时代的意义，是一次变电技术的革命。在数字化建设的整个过程中，所有设备均采用具有我国知识产权的国产化设备，填补了我国数字化变电站建设中的多项空白。通过220千伏杜尔伯特数字化变电站示范工程的实施，积累了数字化变电站在建设、管理、维护和运行中的大量经验。为内蒙古电力公司培养第一代数字化变电站的管理和操作人才进行了有益的探索。
参考文献
国电南自新宁光电自动化有限公司 《X7000数字化变电站系统说明书》
收稿日期：2008年10月11日
