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1、东南大学硕士学位论文基于IEC 61850标准的数字化变电站技术研究及应用姓名：何泽家申请学位级别：硕士专业：电力系统及其自动化指导教师：蒋平20081118摘要基于I E C6 18 5 0 标准的数字化变电站技术研究及应用东南大学电气工程学院何泽家指导教师蒋平教授摘要数字化变电站技术，是随着近些年信息技术、微电子技术、网络通信技术的飞速发展而发展起来的一种新型变电站技术。数字化变电站因其特有的技术优势，越来越受到国内外的广泛关注。国内外一些大的电力科研机构都在积极的开展数字化变电站相关技术研究，并积极地将研究成果进行示范性推广应用。本文首先将传统变电站与数字化变电站进行了比较研究。阐述了数
2、字化变电站的结构及特征，然后就数字化变电站中两大关键技术一正c6 1 8 5 0 标准与光电互感器进行了深入研究，指出了两者的优点及存在的问题。在充分理解并掌握I E C6 1 8 5 0 及相关国际标准的基础上，建立了I E C6 1 8 5 0 7 的性能参数模型，并应用仿真方法在I E C6 1 8 5 0 报文延迟模型建立的基础上，对建立在以太网上的变电站通信网络实时性能进行了研究，建立了仿真模型，并验证了使用基于G O O S E 的报文，可以有效减少报文量，使变电站通信网络性能符合自动化实时要求。通过对I E C 6 0 8 7 0 5 与I E C6 1 8 5 0 标准的研究，
3、得出I E C 6 0 8 7 0 与匝C6 1 8 5 0 规约间的转换方法。最后，本文结合无锡圆石变数字化变电站改造工程实际，研究了P S I 3 0 0 0 数字化变电站综合自动化系统保护测控装置以及综合自动化后台的特点。在此基础上，研究和总结了国内数字化变电站改造的实现方式，并结合淮安城南变1 1 0 k V 数字化变电站改造项目特点，给出了具体的改造方案。对项目实施中可能出现的问题，给出了可行的技术解决方案，为数字化变电站技术的发展奠定了坚实的技术基础。关键词：I E C6 1 8 5 0：数字化变电站；电子式互感器；G O O S E：合并器东南大学硕士学位论文R e s e a
4、r c ha n da p p f i c a t i o no nd i g i t a ls u b s t a t i o nb a s e do nI E C6 18 5 0A b s t r a c tW i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n ti nI n f o r m a t i o nT e c h n o l o g y,M i e r o c l e c t r o n i cT e c h n o l o g ya n dN e t w o r kC o m m u n i c a t i o nT e c h n i q u e
5、，t h et e c h n o l o g yo fd i g i t a ls u b s t a t i o ni sd e v e l o p e di n t oak i n d o fn e wt e c h n o l o g yu s e di ns u b s t a t i o n A si t su n i q u et e c h n i c a la d v a n t a g e，m o r ea n dm o r ea t t e n t i o ni sf o c u s e,do nd i 百t a ls u b s t a t i o nb o t hd
6、o m e s t i ca n da b r o a d S o m el a r g ep o w e rr e s e a r c hi n s t i t u t i o n sa r ep e r f o r m i n gal o to fr e s e a r c h e sr e l a t e dt od i 罾h a ls u b s t a t i o n，a n de x t e n d i n gt h er e s u l t si n t 0e x e m p l a r yi m p l e m e n t sa c t i v e t y T h i sp a
7、 p e rf i r s tc o m p a r e st h et r a d i t i o n a ls u b s t a t i o na n dd i g i t a ls u b s t a t i o na n di n t r o d u c e st h es t r u c t u r ea n dc h a r a c t e r i s t i co ft h ed i g i t a ls u b s t a t i o n n et w ok e yt e c h n o l o g i e si nd i g i t a ls u b s t a t i o
8、 n，t h eS t a n d a r do fI E C6 18 5 0a n de l e c t r o n i ct r a n s f o r m e r,a r ed e e p l ys t u d i e d T h ea d v a n t a g e sa n dp r o b l e m so fb o t ht e c h n o l o g i e sa r ea l s op o i n t e do u t O nt h eb a s i so fu n d e r s t a n d i n ga n dg r a s p i n gt h eS t a n
9、 d a r do fI E C618 5 0a n dr e l a t e di n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d s，t h ep e r f o r m a n c ei n d e x e so fI E C618 5 0 7i sm o d e l e d A f t e re s t a b l i s h i n gt h em e s s a g ed e l a ym o d e lo fI E C618 5 0，s i m u l a t i o ni su s e dt os t u d yt h er e a l-t i m
10、 ep e r f o r m a n c e o ft h ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r kb e t w e e ns u b s t a t i o n si nt h eE t h e m e t,w h i c hv e r i f i e st h a tt h em e s s a g ec a nb ee f f e c t i v e l yr e d u c e d，b a s e do nt h eu s eo fG O O S Em e s s a g e，S Ot l l a tt h er e q u i r e m e
11、 n to f a u t o m a t i o na n dr e a l t i m ep e r f o r m a n c ea r er e a c h e d B yt h er e s e a r c ho nS t a n d a r do nI E C 6 0 8 7 0 5a n dI E C6 18 5 0，t h em e t h o do fc o n v e r s i o nb e t w e e nt h e mi sa c q u i r e d A tl a s t，w i t ht h ea c t u a lr e f o r mp r o j e c
12、 to fd i g i t a ls u b s t a t i o ni nW u X i，t h ep r o t e c t i o nm o n i t o r i n gd e v i c e si nP S I-3 0 0 0D i g i t a lS u b s t a t i o na n dt h ec h a r a c t e r i s t i co fi n t e g r a t e da u t o m a t i o ns)r s t e mi ss t u d i e d O nt h eb a s i so ft h i s，t h er e a l i
13、 z i n gw a yo ft h et r a n s f o r m a t i o ni nd o m e s t i cd i：西t a ls u b s t a t i o ni ss t u d i e da n ds u m m e du p C o m b i n e d 丽t l lt h et r a n s f o r m a t i o np r o j e c ti nS o u t h e r nC i t yS u b s t a t i o no fH u a i a n，ad e t a i ls c h e r n ei sg i v e n S o m
14、 ep o s s i b l et e c h n o l o g ys o l u t i o n sf o rd i i 西t a ls u b s t a t i o nt e c h n o l o g yt h a tm a ya r i s eo nt h ei m p l e m e n t a t i o no fp r o j e c t si sg i v e n，a sw e l l，w h i c hl a yas o l i dt e c h n i c a lf o u n d a t i o nf o rt h ed e v e l o p m e n to f
15、d 蝤t a ls u b s t a t i o n K e yw o r d s：I E C618 5 0；d i g i t a ls u b s t a t i o n；e l e c t r o n i ct r a n s f o r m e r；,G O O S E；m e r g i n gu n i t东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对
16、本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名彳望I 窒堕日期：一蟛I-I东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布(包括刊登)授权东南大学研究生院办理。研究生签名听丑窒数师签名：日期：第一章绪论第一章绪论弟一早三百下匕本章介绍了课题研究的背景及意义、数字化变电站的基本理论及数字化变电站国内外研究现状，简述了论文的
17、主要研究工作1 1 课题研究的背景及意义电力系统变电站综合自动化是采用现代工业计算机技术、网络通信技术，通过对电流互感器、电压互感器信号的采集，以及对断路器的控制，实现对电力系统实时监视、测量、控制、调整、保护和信息管理等功能的自动化系统，经过十多年的技术发展已经达到一定的水平，不仅中低压变电站采用了自动化技术实现无人值班，而且在2 2 0 k V 及以上的超高压变电站建设中也大量采用自动化新技术，从而大大提高了电网建设的现代化水平。增强了输配电和电网调度的可靠性，降低了变电站建设的总造价，也是目前交电站建设的主要模式鼠。然而，随着电力供应和需求的不断发展，常规变电站技术的不足之处越来越显示出
18、来。1 1 1 常规变电站存在的问题常规变电站自动化系统应用的特点是变电站二次系统采用单元间隔的布置形式、装置之间相对独立、装置间缺乏整体的协调和功能优化【6 3】，主要存在以下几个方面的闯题：(1)信息难以共享由于信息采集部分来自不同的T A，因此，作为变电站自动化系统应用主要环节的测控保护、故障录播器等系统信息的应用、处理分属于不同的专业管理部门。不同的智能电子设备(I E D)以功能划分。独立运行。变电站自动化系统、变电站与控制中心之间通信以及控制中心层面不同应用之间缺乏统一的建模规范，变电站自动化系统的各个信息向电网控制中心进行传递，控制中心以不同应用之间的信息交互以专业为界。从而会导
19、致实际运行中来自不同信息采集单元的设备信息无法共享，形成各种“信息孤岛”现象。因此，有必要对变电站各种信息的对象进行统一建模，把属于不同技术管理部门、各自相对独立发展的其他一些技术集成到交电站自动化系统中，使得交电站的信息在相应的运行和管理部门之间得到充分共享。(2)设备之间不具有互操作性在变电站自动化系统发展过程中，人们期待解决不同设备厂家二次设备之间的互操作性(I n t e r o p e r a b l i l i t y)，甚至互换性(I n t e r c h a n g e a b l i l i t y)。互操作性是指变电站内智能设备在同一个网络上或通信通道上能够工作，并实现共
20、享信息和命令的能力。互换性，则是指一个厂家生产的装置可用另一个厂家的装置替换，而不需要改变系统中其他元件。缺乏互操作性的I E D 对于变电站自动化系统长期维护与运行是一个巨大的障碍。互操作性与互换性是电力部门、制造厂商及标准化组织最终共同目标 4 1。各个厂家l E D 之间不能实现互操作性的主要原因在于缺乏统一的功能和接口规范，通信标准采用缺乏一致性，各个厂家相同规约实现上也有差异，例如I E C 制定I E C6 0 8 7 0 5 1 0 3 标准时提出了继电保护装置等I E D 设备之间采用通用报文来实现“自我描述”的概念，但标准缺乏通用报文具体应用的指导性规范，虽然在附录中补充了很
21、多不符合互操作性原则的专用报文但仍然无法很好的解决互操作性问题。(3)系统的可扩展性差在常规变电站增加间隔或自动化系统中更新测控装置或继电保护装置时，由于通信接口和通信协议的差异往往需要增加规约转换设备，并且需要进行现场调试，甚至还可能需要更改自动化系统数据库定义并进行相应的试验验证。采用不同厂家的设备更新时就更加困难。(4)系统可靠性受二次电缆影响二次系统的安全性取决于变电站设备I E D 应具有一定的耐受电磁干扰的能力，同时，必须确保东南大学硕士学位论文引入到l i D 的电磁干扰必须低于装置本身的耐受水平。实际运行中由于种种原因，常发生由于电缆遭遇电磁干扰和一次设备传输过电压引起二次设备
22、运行异常；尽管相关规定已经要求继电保护二次回路一点接地，但是由于二次回路接地点的状态无法实时检测，二次回路两点接地情况仍时有发生，甚至造成设备误动作。国家电力调度中心主编的电力系统继电保护典型故障分析中2 1 5 个事故案例中，因二次系统问题引起的不正确动作有9 2 次，占4 2 8，二次电缆实际构成了变电站安全运行的主要隐患。1 1 2 新技术对变电站自动化系统发展的影响随着非常规互感器、I E C6 1 8 5 0 标准、网络通信技术及智能断路器等新技术的发展，对常规变电站系统应用“瓶颈”带来了技术上的突破【o j J。(1)非常规互感器光电技术和计算机技术的飞速发展，使得非常规互感器呈现
23、良好的发展势头，其具有良好的绝缘性能、较强的抗电磁干扰能力、测量频带宽、动态范围大等特性。最终将替代传统电磁式互感器。非常规互感器其最大特点就是可以输出低电平模拟量和数字量信号，直接用于微机保护和电子式计量设备，除了许多中间环节，适应电力系统数字化、智能化、网络化的需要，而且由于动态范围比较大，能同时适用于测量和保护两种功能。因此，非常规互感器对于变电站自动化系统将具有革命性意义。(2)I E C6 1 8 5 0 标准I E C6 1 8 5 0 标准是全世界唯一的变电站网络通信标准，也将成为电力系统中从调度中心到变电站、变电站内、配电自动化无缝自动化标准【1 6 1。I E C6 1 8
24、5 0 标准的发展方向是实现“即插即用”，最终实现“一个世界、一个技术、一个标准”(3)网络通信技术二次系统包括信号回路和控制网路，而互感器输出的电压、电流值由电缆传送到各个二次设备构成了主要的二次回路。随着二次设备逐步升级换代到微机设备，光纤通信技术、网络技术的飞速发展及其在变电站自动化系统中的不断深入应用，加上电力系统规模的扩大与自动化水平的提高，用数字通信手段传递电量信号，用光纤作为传输介质取代传统的金属电缆，构成网络通信的二次系统已成为可能(1 3 1。网络技术的发展是变电站自动化技术从集中式向分布式发展的基础，二次设备不再出现常规功能装置复杂的I O 现场接口，通过网络真正实现数据共
25、享、资源共享，常规的功能装置变成了逻辑的功能模块。以太网技术正被广泛引入变电站自动化系统过程层采集、测量单元和间隔层保护、控制单元中，构成基于网络控制的分布式变电站自动化系统，系统的通信具有实时性、优先级、通信效率高的特点。(4)智能断路器技术非常规互感器的出现及计算机的发展，使得对断路器设备内部的电、磁、温度、机械、机构动作状态监测成为可能。可通过及时分析检测数据，判断断路器设备运行的状况及趋势，安排检修和维护时间，实现设备的“状态检修”，代替传统的定期检查试验和预防性试验。智能化一次设备采用数字化的监视和控制手段，机械结构简单，体积小。既减少了设备停电检修的几率和时间，减少了运行成本，也减
26、少了人为因素造成的设备损坏。这些数字化新技术的成熟应用，对已有的变电站自动化技术产生了深刻的影响，为数字化变电站的出现提供了强力的技术支持。国家电网公司在国家电网公司“十一五”科技发展规划中提出了提高电网运行管理控制水平的六个重点技术领域，用以解决公司设计、建设、运行和企业经营管理中的重大技术问题，提升电网的技术和管理水平，提高公司的经济效益和社会效益。根据该规划，电网自动化技术为提高电网运行管理控制水平的六个重点技术领域之一。数字化变电站技术是电网自动化技术的五个课题之一。国家电网公司将于“十一五”期间，重点支持此类对电网安全、稳定和经济运行影响重大的关键和共性技术研究，并组织有关科研单位和
27、区域、省公司进行联合攻关。区域、省公司配合安排依托工2第一章绪论程或示范应用。因此，目前开展数字化变电站技术的进一步研究以及积极的将研究成果进行示范性推广应用，适应了今后长远的发展需求，具有重要的现实意义和应用价值。1 2 数字化变电站的基本理论变电站自动化系统最终向数字化发展，指的是智能化电气的发展，如智能开关设备、光电式电压和电流互感器、智能电子装置(I E D)等的出现，使变电站自动化技术进入了数字化阶段。智能化一次设备的数字化传感器、数字化控制回路逐渐取代传统的一次回路，使变电站层、间隔层、过程层最终用网络联接起来，并实现统一的通信标准【6 1 1。“一次设备数字化、二次设备网络化、通
28、信接口标准化”是数字化变电站与传统变电站的主要区别。1 2 1 基本术语(1)非常规互感器及分类国际上将有别于传统的电磁型电压电流互感器的新一代互感器统称为非常规互感器(N o nC o n v e n t i o n a lI n s t r u m e n tT r a n s f o r m e r,简称N c I T)。非常规互感器依据其工作是否需要外部提供能量可以分为有源和无源两大系列。有源电子式互感器工作时需要外部提供能量才能输出信号，无源电子式互感器自身能够独立工作，以某种方式输出信号。(2)G O O S E(G e n e r i cO b j e c tO r i n t
29、e dS u b s t a t i o nE v e n t)G O O S E 是一种面向变电站事件通用对象服务，它支持由数据集组织的公共数据的交换。基于订阅发布通信机制，组播信息可以在不需要干预的情况下实现信息复用。(3)合并单元合并单元属于过程层设备，其作用是将各电流互感器传回的数字信号电流数据和由电压互感器传来的电压数据合并处理后打包输出，供保护和测控装置使用。(4)智能终端智能终端又称智能单元，其作用是就地安装于一次设备处，通过光纤与二次设备进行相连。可视为一次设备的代理设备，用于模拟量采样与G O o s E 控制输出。(5)D 坍8 6 0 标准2 0 0 5 年-2 0 0
30、6 年全国电力系统管理及其信息交换标委会相继制定了等同采用I E C6 1 8 5 0 系列标准的D L T 8 6 0 变电站通信网络和系统系列标准。(6)I E D(I n t e l l i g e n tE l e c t r o n i cD e v i c e)指智能化电子设备。(7)I E C6 1 8 5 0 9 1 与I E C6 1 8 5 0。9 2I E C6 1 8 5 0 标准在过程层有I E C6 1 8 5 0 9 1 与I E C6 1 8 5 0 9-2 两种实现方式，其区别体现在：I E C6 1 8 5 0 9 1 为点对点方式，而I E C6 1 8
31、5 0 9-2 为组网数据共享方式【1 6】。因此，I E C6 1 8 5 0 9 2 对装置网络处理性能要求比较高，国内外都还在积极研究I E C6 1 8 5 0 9-2 的应用，限于目前技术水平，I E C6 1 8 5 0 9 2 的应用还处于试验阶段，国外目前仅有单间隔采用I E C6 1 8 5 0 9 2 的试用，国内暂无报道。目前，国内都是采用I E C6 1 8 5 0 9 1 点对点方式。1 2 2 数字化变电站结构智能化设备的出现正改变着变电站自动化系统的物理结构。在高压和超高压变电站中，保护装置、测控装置、故障录波及其他自动装置的各种I O 单元，如A D 变换、开关
32、量信号采集、控制操作回路等将被分割出来作为智能化一次设备的一部分。也就是说，智能化一次设备的数字化传感器、数字化控制同路代替了常规继电保护装置、测控等装置的F O 部分；而在中低压变电站则将保护、监控装置小型化、紧凑化，完整地安装在开关柜上，实现了变电站机电一体化设计。数字化变电站自动化系统的结构在物理上可分为两类【踞l，即智能化的一次设备和网络化的二次设备；在逻辑结构上根据当前数字化变电站使用的I E C6 1 8 5 0 通信协议的定义，可分为三个层次，3!分别称为-过程层”、“问隔层”、“站控层”，见国l _ 1。h 昼霜蓐国l-l 数字化变屯站体系结构c I)过程层过程层是一次设备与二
33、次世备的结台面，或者说过程层是指智能化一次设备的智能化部分过程层的主要功能分二类：1)电力运行实时的电气量检测；2)运行设备的状态参数检测；3)操作控制执行与驱动。1)实时电气量检测。与传统的功能一样，主要是电流、电压、相位以及谐波分量的榆涮，其他电气挝如有功、无功、电能量可通过问隔层的设备运算得出。，j 常规方式相比所不同的是传统的电磁式电流互感器、电压感器被|l=常规互感器取代；采集传统模拟量被直接采粲数字量所取代这样做的优点是抗干扰性能强，绝缘和抗饱和特性好，一敬设备及装置实现丁小型化、紧臻化。2)操作控制的执行与驱动。操作控制的执行与驱动包括变压器分接头调节控制，电容、电抗器投切控制，
34、断路器、刀闸台分控制，直流电源充放电控制。过程层的控制执行与驱动太部分是被动的，郎按上层控制指令而动作，如接到问隔层保护鹱置的跳闸指令、电压无功控制的投切命令、对断路器的遥控分合命令等。在执行控制命令时具有智能性能判别命令的真伪及其合理性，还能对即将进行的动作精度进千_ 控制，能使断路器定相合闸，选相分闸，在选定的相角下实现断路器的关台和开断。叉例如对真空开关的同步操作要求能做到开戈触头在零电压时若合，在零电流时分断等。3)运行设备的状态参数在线检测与统计。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、电抗器以及直流电源系统。在线检测的内容主要有温度、压力、密度、绝
35、缘、机械特性以及J 二作状态等数据。(2)问隔层问隔层凝各的主要功能是；1)汇总奉间隔过程层宴时数据信息：2)实施对一次设备保护控制功能：3)实施本间隔操作闭锁功能；4)实施撵作同期及其他控制功能；5)对数据采集、统计运算及控制命令的靛出具有优先级别的控制；6)承上启下的通信功能即同时高速完成与过程层及站控壕的厨结通信。(3)站控层站控层的主要任务是：1)通过两级高速嘲终汇总全站的实时数据信息，不断剃新实时数掂库t譬第一章绪论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：3)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嗣锁控制功能；5
36、)具有(或备有)站内当地监控人机联系功能，如显示，操作、打印、报警，甚至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(或备有)变电站故障自动分析和操作培训功能。I#I i#2#i#t 1 I#*24 自*菌酋斡茔哇l字乓。；传统壹电站螬柯田蕺字化壹电站结梅田图1-2 传统变电站与数字化变电站结构圈对比l23 数字化变电站特征从某种意义上讲“数字化变电站”主要指变电站二次系统的“数字化”，其内涵体现在以F 儿个方面：(1)反映电阻运行情况的电气最信息实现数字化输出：(2)T E D 对电力系统的信息实现统一建模：(3)I E D 之间信息
37、交互以太网通信方式实现；(4)运行控制操作过程经阿络通信方式以信息报立办式实现。需要指出的是与常规站相比较，数字化变电站内设各其保护原理、内部算法、逻辑并没有发生根本改变，只是由于采样数字化、通信介质网络化、通信接口标准化改变带米了变电站自动化系统可靠性的提高。数字化变电站主要技术特征：(1)数据采集数字化作为数字化变电站技术麻片j 的主要标志之就是电流、电压的采集环节采用j F 常规瓦搏器，如光学式互感器或电子式互感器实现电气最数据；i 壬集环仃的数字化应用，其特点在下：口以实现一，二次系统电气上的有效隔离；2)电气量动态测量范围大，测量精度高，为实现常规变电站装置冗余向信息冗余转变，为实现
38、信息集成化应用提供了前提：3)对于低驱动功率的变电站一次系统设备可咀直接实现数字化接n 应用；(2)系统分层分布化分层分布式系统按站内一次设备(变压器或线路等)实现面向对象的分布式配置，其主要特点是：奎堕奎兰堡主堂垡堡茎1)不同电气设备均单独安装具有测量、控制和保护功能的元件，如数字式保护和测控单元等，任一元件出现故障，不会影响整个系统的正常运行。2)分布式系统实现多C P U 工作模式，每个单独的装置都具有一定的数据处理能力，从而大大减轻了主控制单元的负担。3)系统自诊断能力强，能自动对系统内所有装置进行巡检，及时发现故障并加以隔离；4)系统扩展灵活、方便。5)基于面向对象建模技术、X M
39、L 技术等，有效的解决了异构信息互通、集成问题。(3)系统结构紧凑化数字化变电站的特征之一就是由智能断路器或其他紧凑犁断路器设备、非常规互感器、集成自动化系统按先进设计理念进行设备布置。在中低压变电站中将保护装置小型化、紧凑化，完整地安装在开关柜上，实现变电站机电一体化设计。紧凑型变电站的主要特点是：站内元件和设备数量少，设备布置灵活紧凑、占地面积小。大量减少土建成本，一二次设备的集成绝大部分设备的试验工作可以在工厂内调试完成，大大减少现场的装配、安装、试验等工作量。(4)系统建模标准化作为数字化变电站应用的标志之一就是I E C6 1 8 5 0 标准的应用，该标准实现了各个I E D 和各
40、变电站的数据都是自我描述的、数据类公用、简化数据维护、无缝命名规则、对数据统一建模等。I E C6 1 8 5 0 标准采用了面向对象建模、抽象通信接口技术和设备自描述规范，I E D 之问实现了通信协议和通信接口的一致性，具有互操作性；对一、二次设备进行统一建模，变电站站内及变电站与控制中心之间实现了无缝通信体现，真正实现了信息共享。(5)设备检修状态化状态检修是建立在设备状态有效监测的基础上，通过监测和分析诊断的结果安排检修时间与项目，主要包含设备状态监测、设备诊断、检修决策三个环节；常规变电站中电气二次同路是由若干各I E D 通过电缆组成，设备输出触点的状况、回路接线的正确性等难以进行
41、监测。而数字化变电站中电流、电压的采集、二次设备系统状况、操作命令的下达和执行，完全可以通过光纤实现信息的有效监测，变电站内可以有效地获取电网的运行状态数据、各种I E D 的故障和动作信息，监测操作及信号回路状态，设备状态特征量的采集上没有盲区，在此基础上可实现常规变电站设备“定期检修”为“状态检修”，从而大大提高系统的可用率。(6)设备操作智能化断路器二次技术发展的趋势是用微电子、计算机技术和非常规互感器建立新的断路器二次系统，如A B B 公司的P A S S，西门子公司的H I S 等，其主要特点是：以微电子、计算机技术为基础的控制回路组成执行单元，代替常规机械结构的辅助开关和辅助继电
42、器。可按电压波形控制跳、合闸角度，精确控制跳、合闸过程的时间，减少暂态过电压幅值。断路器设备的专用信息由装在断路器设备内基于计算机技术的控制单元直接处理，使断路器能独立地执行其当地功能，而不依赖站控层的控制系统；非常规互感器与微机型控制元件相配合，独立采集运行状态数据，可有效地判断断路器的工作状况；连续自我检测和监视断路器一次、二次系统设备，可检测设备缺陷和故障。在缺陷变为故障之前发出报警信号，为状态维修提供参考。1 3 数字化变电站国内外研究现状1 3 1 国外发展与研究现状数字化变电站是基于I E C6 1 8 5 0 标准。国外针对I E C6 1 8 5 0 标准的应用和研究开始较早，
43、相应的示范工程在制定I E C6 1 8 5 0 的过程中就开始实施。美国、德国、荷兰等国都有示范工程，用以验证标准，通过实践来促进标准的进一步完善【6 2 1。6第一章绪论此外，国外厂商也在开发符合I E C6 1 8 5 0 要求的智能电子设备，不但有保护装置，还有符合该标准的过程层设备，如智能断路器，带数字接口的光C T、光P T 等。从标准制订初期，就有数家大公司开始进行设备互操作试验，到目前为止已进行了数次试验。从1 9 9 8 年到2 0 0 0 年，在德国，A B B、A L S T O M 和S I E M E N S 合作进行了O C l S(O p e nC o m m u
44、 n i c a t i o n i nS u b s m f i o n s)计划，完成了间隔层设备和主控站之间的互操作试验。试验中由A B B完成主控站通过在以太网上实现I E C6 1 8 5 0 8 1 来连接A B B、A L S T O M 和S l E M E N S 的设备。2 0 0 1 年，在加拿大，A B B 和S I E M E N S 进行了间隔层设备的互操作试验，由S I E M E N S 的保护装置向A B B 的开关模拟器发送跳闸信号，A B B 的开关模拟器收到信号后将开关打开，并将开关打开的G O O S E 信息发给其他设备，配置为重合闸装置的A B B
45、 保护向断路器发送重合命令。2 0 0 2 年1 月，在美国，A B B 和S I E M E N S 进行了采样值传输互操作试验，同年9 月，这两个公司又进行了跳闸和采样值互操作性试验，试验都很成功。2 0 0 2 年到2 0 0 4 年之间，在德国柏林，A B B、A L S T O M 和S I E M E N S 进行了间隔层设备的互操作试验，这次成功的试验证明了互操作性和简化工程难度的可行性。1 3 2 国内发展与研究现状中国电力科学研究院和国内的各大电力设备制造厂商从2 0 0 1 年开始关注I E C6 1 8 5 0，并开始对该标准进行翻译，目前已经出版了4 个标准的正式版【1
46、 5 1。国内较有影响力的电力自动化设备供应商也积极响应并参与了互操作性试验，相关单位有：国调中心、电科院、南瑞继保、国电南自、国电南瑞、北京四方、东方电子、鲁能积成、融科联创等。我国在数字化变电站设备领域的研究取得了长足进展。具有国际先进水平的国产光电互感器已通过国家级鉴定，最长有1 8 个月的连续稳定运行经验【6 2 1。国内一些主要的二次设备生产厂家已具备生产能与智能一次设备直接接口的二次设备，一些成熟的国产二次设备可以通过改造增加过程层通信接口，避免因全部使用新设备而导致的技术风险过大。第一个采用国产设备的数字化变电站一山东1 1 0 k V 阳谷冷轧薄板厂变电站于2 0 0 5 年1
47、 月2 9 日顺利投入运行。该变电站的主要信息，包括电流一电压的实时状态，均数字化后用网络传输给二次设备，实现了变电站信息采集一传输和处理过程数字化。数字化变电站的关键设备，电子式互感器选用国电南自南京新宁光电自动化有限公司的O E T 7 0 0 系列光电式互感器。新宁公司还提供了能与电子式互感器接口的X 7 0 0 0 变电站自动化系统，构成数字式变电站的全套解决方案。国内许多电力公司也都在致力于数字化变电站的研究和开发，跟踪数字化变电站的最新发展，并做了大量实际工作。2 0 0 4 年1 1 月，河北省电力勘测设计研究院开始对“数字化变电站”项目立项，主要从事数字化变电站的设计工作。其中
48、包括电子式互感器实施方案、智能型一次设备实施方案、网络化二次设备实施方案及数字化变电站网络设计。2 0 0 6 年1 月1 5 日，云南电网在曲靖供电局翠峰变电站正式拉开了变电站自动化技术向全数字化变电站技术迈进的第二次技术革命的帷幕。l l O k V 翠峰站是云南电网公司数字化变电站研究试点项目，也是一个多学科的综合性科研项目。翠峰变电站数字化改造分两个阶段进行：第一阶段自2 0 0 6年1 月5 日开始至2 0 日结束，主要工作是内桥1 1 2 开关及新主变间隔的安装。第二阶段自2 0 0 6 年1 月1 5 日开始至3 月2 7 日结束。为全站数字化改造阶段，主要工作是更换电子式护感器
49、、全站保护、测控装置及二次电缆。翠峰站于3 月2 7 日结束改造并投入运行。1 1 月8 日，云南省曲靖市翠峰1 1 0 k V 数字化变电站通过鉴定验收。该项目取得了数字化变电站设计、建设、管理、运行、维护的实践经验和成果，具有国际先进水平，标志着我国变电站数字化研究迈上了新台阶。2 0 0 6 年1 2 月1 3 日，坐落于塞外草原四子王旗的杜尔伯特变电站一次启动成功，它是全国首座新建2 2 0 k V 数字化变电站，是我国变电站技术革新的里程碑。这座数字化变电站电流电压互感器全部采用数字输出的智能化光电互感器，保护、测控、计量、监控、远动、V Q C 等系统共享一个通信网络，便于新增功能
50、和扩展规模，提高测量精度和数据传输的可靠性，变电站自动化水平更高，运行更安全、简捷。该站的建成投产，提高了四子王地区的供电可靠性和电能质量，更好地支持了7东南大学硕士学位论文地方经济发展，同时，该站的建成投产，也填补了国内2 2 0 k V 数字化变电站建设、运行的空白，将为今后推广数字化变电站积累宝贵的经验。2 0 0 6 年1 2 月中旬，江西省首座2 2 0 k V 数字化变电站董家窑输变电工程设计方案出台。该变电站是江西省电力公司投资建设的一项大型输变电工程，也是迄今为止江西电网建设规模最大、投资最多、技术最先进的一项2 2 0 k V 工程。该工程分变电站和配套线路两大部分，总体投资