淺析數字化變電站技術在電力企業變電所的應用

盛麗萍

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：本文從數字化變電站技術在電力企業變電所應用現狀入手，分析了數字化變電技術的主要優點和電力企業變電站數字化提升路徑，并闡述了電力企業數字化變電技術的發展方向，以期為電力企業變電站數字化轉型提供理論支撐。

關鍵詞： 數字化變電站 電力企業 變電所 應用

0.引言

在電力企業生產過程中需要用到大量的電力設備，電力設備的應用對電力企業的安全平穩生產至關重要。同時，與電力設備相配套的是電力設備對電力企業電網的供電和調度具有較高的要求。在過去一段時間，電力企業變電站的自動化水平不高，電力保護設施存在較大的短板，不同電力設備之間的存在配合不暢的問題，很大地影響到電力企業的生產效率。隨著我國電力系統整 體技術的進步提升，借助計算機輔助和自動化控制設備，電力企業變電所能夠實現電力的數字化建設，為電力企業生產電力供應平穩有效奠定了堅實的基礎，本文就數字化變電技術在電力企業變電站中的應用進行了簡要分析。

1.數字化變電站技術在電力企業變電所應用現狀

1.1電力企業變電站發展現狀

在當前電力企業的生產環境中，大部分的電力企業，特別是中小電力企業其變電站仍然停留 在傳統的變電設備階段，其主要的組成由一次設 備和二次設備。 一次設備的主要構件包含變壓裝置、斷路設備和隔斷裝置等。電力企業變電站不同設備之間的銜接配合主要通過電纜，鏈接控制設備和一次設備，這樣的信號傳輸方式對電力控制有較大的影響，設備反映時間較長，且設備功能拓展性不強，整體運行和維護成本較高?？茖W技術在不斷發展，電力設備也經歷了更新換代，互感設備的產生于應用，以及智能斷路器的應用，為數字化變電技術的產生提供了基礎條件，變電站之間的電壓控制可以通過智能化設備進行自動化的控制，為電力企業變電站智能化、自動化轉型提供了有力的支持。二次設備主要由測量設備、保護裝置構成。電力企業變電所數字化組 建完成后能夠把電力控制、保護有機結合，實現電力設備電信號控制，增加設備的反應速度和安全性。

1.2 數字化變電站的技術要點

從數字化變電站技術在電力企業變電所應用上看，一方面，數字化變電站對提升電力企業電網管理能力，促進配電效率提升具有較大的促進作用，數字化技術在電力企業變電站的應用對變電站綜合效能的提升作用明顯。因此，在對電力企業變電站改造提升當中，應當注重數字軟件和硬件系統的綜合運用，結合電力企業生產用電的需求和電網設置的實際情況，做好改造過程記錄，增強數字智能設備的應用數量，確保電力企業電網能夠始終運行在安全可靠的區間。另一方面，在對電力企業變電站的控制方式上，相較于傳統的依靠人工方式進行用電線路調整，數字化變電站的技術可以在計算機的控制下，利用各種 智能化終端設備對線路實現自動化的調整，減少電力企業變電所對人工的依賴，很大地提升變電效率。

1.3電力企業變電站數字化發展基礎

在國內電力企業生產中，變電站正在朝著數字化逐漸轉型，電力企業電網改造設備智能化 普及迅速，在電力企業變電站所使用的數字化變電技術中，比較有代表性的混合式光纖電流， pass組合開關電器等。電力企業變電站投入智能化設備的數量和質量是確保數字化改造成功的關鍵。電力企業變電站智能化設備需要用到相關的 技術標準，在統一的技術框架下串聯電力設施。IEC61850通信協議為開展數字化變電站建設提供了有效的技術標準，對變電站進行數字化建具有重要的指導性價值。支持電力企業變電站數字化改造的IEC61850通信協議主要由變電站層、間隔 層和過程層組成（圖1）。數字化變電站技術在電力企業變電站中應用能夠有效降低人為因素對電力企業生產供電的影響，減輕電力企業電力工作人員的工作壓力，強化電力企業電力企業對電力能源的管控，使電力企業電力調度保持在較高的水平，提高電力利用率。

2.數字化變電技術的主要優點

相較于數字化變電技術，電力企業傳統的變電站在應用上存在很大的技術缺陷，特別是在 用電安全和供電穩定性上存在明顯的不足，如果涉及到用電設備較大的調整，供電網絡在調整的靈活性上存在較大的短板，無法滿足電力企業采掘設備的用電需求，造成電力企業電力供應效率較低。在電力企業變電站數字化發展過程中，呈現出明顯的特征。電磁式保護裝置對電子保護裝置的替換，從簡單的計算機遠動保護轉換系統集 成自動保護。在不斷的設備更新中，電力企業變電站逐漸實現了設備的數字化，具體體現在， 一次設備的智能化提升，二次設備網絡化水平的提升，兩種設備通過計算機控制技術，實現了對電力線路的有效操控，提升了電力網絡的自動化程度。電力企業變電站實現數字化改造的在實際生產中的優勢主要體現在：

1. 電子互感器終端裝置性能優良，具有較好的安裝和維護性，絕緣性較好，CT動態范圍相較于傳統的互感器范圍較寬，無磁飽現象，相較于傳統的互感器在使用性能上有了較大的提升。
2. 在數字變電站中應用較多的職能開關裝置可以實現電力企業供電 網絡信號的數字化控制，信號傳播的效率和反映速度有了質的提升，能夠有效實現在一次設備和其它電器裝置之間電纜的使用數量，降低電網維 護和建設成本。
3. 在傳統的電力企業變電站建設當中，通常會使用多種規約的電器設備，造成不同廠商和不同型號設備之間的配合程度較低， 系統之間的融洽性較差，在實際使用過程中會出 現設備銜接故障，不僅會造成電力傳輸效率降低，甚至會引發供電系統的故障，造成電力企業生產停滯。數字化變電設備的應用，采用標準的IEC61850通信協議，能夠在更大范圍內實現設備的有效銜接，且具有較大的設備延展性，在需要的情況下能夠對設備進行有效的升級提升。
4. 在IEC61850通信協議應用方面，通過數字設備通信功能，能夠實現變電站的聯閉鎖邏輯等功能，不用再依賴交換設備，變電設備的總體可靠性大大超過了傳統的電力企業變電站。

3.電力企業變電站數字化提升路徑

目前，針對電力企業變電站的數字化提升大體上有3種方案，一是采用IEC61850通信協議，對傳統的電力企業變電站進行數字化改造，建設具有過渡性質的變電站，初步實現電網智能化； 二是建設具有IEC61850通信協議基礎的實用電力企業數字化變電站；三是從設置建造之初就完全 運用智能化設備建設的全數字化變電站。得益于 我國在電網一次設備上的技術探索和積累程度不高，所以在建設新的電力企業變電站中可以采用后一種方案，很大程度提升電力企業變電站的數字化水平。此外，可以對傳統變電站設備進行數 字化的改造提升，以節約電力企業數字化電網的建設成本，在利用IEC61850通信協議對設備進行 串聯整合，實現電力企業變電站的數字化改造。 此種過渡數字化變電站主要通過IEC61850通信協議進行連接，相關的智能電力裝備只要支持協議即可連入數字變電網絡，實現智能化控制。

在此系統之中，數字化電力設備具有較好的系統兼容性，都支持IEC61850通信協議，可以通 過接口功能對變電站的系統進行升級提升，軟件升級的方式能夠有效降低電力企業變電站的維護成本，同時使變電系統更加適應電力企業生產。 在電力企業變電站的二次回路中，繼電器裝置可以通過編程方式進行升級，所有設備都可以通過光纖與控制系統進行鏈接，優化了控制系統回路設置。過渡階段的電力設備需要滿足于支持 IEC61850通信協議，設備信息借助工業以太網進 行傳輸。如果只能裝備支持支持IEC61850通信協議，那么可以直接通過工業以太網進行連接，如果智能設備無法與IEC61850通信協議有效連接， 那么需要通過相關的轉換設備進行連接轉換，然后在通過工業以太網進行數據連接。

4.電力企業數字化變電技術的發展方向

4.1 自動化操控系統

在當前的電力企業生產環境中，越來越多的電力企業意識到了數字化變電站在提升用電效能，確保供電安全上的促進作用，開始對傳統電力企業變電站進行數字化的改造提升，在變電站中應用了大量的數字化設備，實現了電力企業供電系統的智能化改造提升了電力企業的生產效率。相較于傳統的電力企業變電站，數字化變電站的應用能夠對很好地預防和管理電力企業變電 故障的發生，在故障發生之后則能很好地通過智 能設備檢測故障發生的位置，從而有效降低故障處理的時間，提升變電站的設備可維護性。電力企業變電站的自動化的主要構成包含了分流交換自動化、資料記錄、電力工作數據、信息分層等，電力企業數字化變電站維護工作人員可以通過自動監測系統監測變電站的運行狀態，實現系統的自動化操作。

4.2 系統集成化

數字化變電站的一個主要特征是變電系統高度集成化，在不同種類智能終端的支持下，電力企業數字化變電站通過共同的通信協議可以進行有效的系統整合，相較于傳統的電力企業變電站，變電系統更加系統集成。從整體上來看，數字化變電站主要包括以下事項。首先，利用 IEC61850通信協議，對智能電力設備進行有效整合，這是搭建電力企業數字變電站的重要基礎。 當前絕大多數的電力企業的數字化變電系統是根 據IEC61850通信協議進行搭建的。從實際應用效 果上看，通信協議的兼容性較好，能夠有效整合 變電站的智能設備資源，實現變電站的智能化控 制。因此，在今后的電力企業數字化變電站建設中IEC61850通信協議應用將更加廣泛。其次，數字化變電站的分層控制。電力企業電力企業在應用數字化系統的時候需要集中管理和控制變電站 的分層控制，與傳統的變電管理模式區別較大的是，數字化變電系統的自動控制系統會通過分層控制的方式，針對變電需求，對各種電力設施進行有效的操控，這些都需要數字化變電設備具有一定的智能化水平，在自動模式下可以實控制系 統的信息交流，與控制設備實現無縫銜接，提高電力企業變電站的反應速度。

4.3 網絡化技術

在電力企業數字化變電站技術構成當中，網絡技術是實現數字化變電站的核心，能夠有效確保數字化變電站的建成和投用。電力企業電力企業由于生產體量比較大，無論是管理還是生產都利用局域網絡將不同崗位和工作內容鏈接在一起。在變電站方面也是如此，利用局域網絡把各個用電設備的信息情況傳輸到數字變電站系統內部，然后利用計算機判斷分析，發出不同的指令信號，能夠對電力傳輸實施更加有效的控制。利用光纖手段傳播信心速度快捷，且設備的建設成本較低，相對于光纜傳輸信息，數字化的信息傳播方式更加適合現代化的電力企業生產。

5.安科瑞AcrelCloud-1000變電所運維云平臺

5.1概述

基于互聯網＋、大數據、移動通訊等技術開發的云端管理平臺，滿足用戶或運維公司監測眾多變電所回路運行狀態和參數、室內環境溫濕度、電纜及母線運行溫度、現場設備或環境視頻場景等需求，實現數據一個中心，集中存儲、統一管理，方便使用，支持具有權限的用戶通過電腦、手機、PAD等各類終端鏈接訪問、接收報警，并完成有關設備日常和定期巡檢和派單等管理工作。

5.2應用場所

適用于電信、金融、交通、能源、醫療衛生、文體、教育科研、農林水利、商業服務、公用事業等行業變配電運行維護系統的新建、擴建和改建。

5.3系統結構

系統可分為四層：即感知層、傳輸層、應用層和展示層。

感知層：包含變電所安裝的多功能儀表、溫濕度監測裝置、攝像頭、開關量采集裝置等。除攝像頭外，其它設備通過RS485總線接入現場智能網關RS485端口。

傳輸層：包含現場智能網關和交換機等設備。智能網關主動采集現場設備層設備的數據，并可進行規約轉換，數據存儲，并通過交換機把數據上傳至服務器端口，網絡故障時數據可存儲在本地，待網絡恢復時從中斷的位置繼續上傳數據，保證服務器端數據不丟失。

應用層：包含應用服務器和數據庫服務器，若變電所數量小于30個則應用服務器和數據庫服務器可以合一配置。服務器需要具備固定IP地址，以接收各智能網關主動傳送過來的數據。

展示層：用戶通過手機、平板、電腦等多終端的方式訪問平臺信息。

5.4系統功能

5.4.1用能月報

用能月報支持用戶按總用電量、變電站名稱、變電站編號等查詢所管理站所的用電量，

5.4.2站點監測

站點監測包括概況、運行狀態、當日事件記錄、當日逐時用電曲線、用電概況。

5.4.3變壓器狀態

變壓器狀態支持用戶查詢所有或某個站所的變壓器功率、負荷率、等運行狀態數據，支持按負荷率、功率等升、降序排名。

5.4.4運維

運維展示當前用戶管理的有關變電所在地圖上位置及總量信息。

5.4.5配電圖

配電圖展示被選中的變電所的配電信息，配電圖顯示各回路的開關狀態、電流等運行狀態及信息，支持電壓、電流、功率等詳細運行參數查詢。

5.4.6視頻監控

視頻監控展示了當前實時畫面（視頻直播），選中某一個變配電站，即可查看該變配電站內視頻信息。

5.4.7電力運行報表

電力運行報表顯示選定站所選定設備各回路采集間隔運行參數和電能抄表的實時值及平均值行統計。

5.4.8報警信息

對平臺所有報警信息進行分析。

5.4.9任務管理

任務管理頁面可以發布巡檢或消缺任務，查看巡檢或消缺任務的狀態和完成情況，可以點擊查看任務查看具體的巡檢信息。

5.4.10用戶報告

用戶報告頁面主要用于對選定的變配電站自動匯總一個月的運行數據，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數、報警事件等進行統計分析，并列出在該周期內巡檢時發現的各類缺陷及處理情況。

5.4.11APP監測

3.12APP支 電力運維手機支持“監控系統”、“設備檔案”、“待辦事項”、“巡檢記錄”、“缺陷記錄”、“文檔管理”和“用戶報告”七大模塊，支持一次圖、需量、用電量、視頻、曲線、溫濕度、同比、環比、電能質量、各種事件報警查詢，設備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢、用戶報告、文檔管理等。

5.5系統硬件配置

應用場合	型號	外觀圖	型號、規格
變電所運維云平臺	AcrelCloud-1000		AcrelCloud-1000變電所運維云平臺基于互聯網＋、大數據、移動通訊等技術開發的云端管理平臺，滿足用戶或運維公司監測眾多變電所回路運行狀態和參數、室內環境溫濕度、電纜及母線運行溫度、現場設備或環境視頻場景等需求，實現數據一個中心，集中存儲、統一管理，方便使用，支持具有權限的用戶通過電腦、手機、PAD等各類終端鏈接訪問、接收報警，并完成有關設備日常和定期巡檢和派單等管理工作。
網關	ANet-2E4SM		4路RS485串口，光耦隔離，2路以太網接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模塊）輸入電源：DC12V～36V。支持4G擴展模塊，485擴展模塊。
	擴展模塊ANet-485		M485模塊：4路光耦隔離RS485
	擴展模塊ANet-M4G		M4G模塊：支持4G全網通
中壓進線	AM6-L		三段式過流保護（帶方向、低壓閉鎖）、過負荷保護、PT斷線告警、逆功率保護、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環保護、斷路器失靈保護
	APM810		三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In；四象限電能；實時及需量；電流、電壓不平衡度；負載電流柱狀圖顯示；66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄；2-63次諧波；2DI+2DO RS485/Modbus；LCD顯示；
中壓進線	APView500		相電壓電流＋零序電壓零序電流，電壓電流不平衡度，有功無功功率及電能、事件告警及故障錄波，諧波（電壓／電流63次諧波、63組間諧波、諧波相角、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率、K因子）、波動／閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態、電壓中斷、1024點波形采樣、觸發及定時錄波，波形實時顯示及故障波形查看，PQDIF格式文件存儲，內存32G,16D0+22D1,通訊 2RS485+1RS232+1GPS,3以太網接口（＋1維護網口）＋1USB接口，支持U盤讀取數據，支持61850協議。
中壓饋線	AM6-L		三段式過流保護（帶方向、低壓閉鎖）、過負荷保護、PT斷線告警、逆功率保護、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環保護、斷路器失靈保護
	APM810		三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In；四象限電能；實時及需量；電流、電壓不平衡度；負載電流柱狀圖顯示；66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄；2-63次諧波；2DI+2DO RS485/Modbus；LCD顯示；
低壓進線	AEM96		三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，總正反向有功電能統計，正反向無功電能統計；2-31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）；電流規格3×1.5(6)A，有功電能精度0.5S級,無功電能精度2級；工作溫度：-10℃～+55℃；相對濕度：≤95不結露
低壓出線	AEM72		三相電參量U、1、P、Q、S、PF、F測量，總正反向有功電能統計，正反向無功電能統計；2-31次分次諧波及總諧波含量分析、低壓出線分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）；電流規格3x1.5(6)A,有功電能精度0.5S級，無功電能精度2級
	ADW300		三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，有功電能計量（正、反向）、四象限無功電能、總諧波含量、分次諧波含量（2～31次）；A、B、C、N四路測溫；1路剩余電流測量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD顯示；有功電能精度：0.5S級
無線測溫	ATE-400		合金片固定，CT感應取電，啟動電流大于5A,測溫范圍－50-125℃,測量精度±1℃;傳輸距離空曠150米
	ATC-600		兩種工作模式：終端、中繼。ATC600-Z做中繼透傳，ATC600-Z到ATC600-C的傳輸距離空曠1000m,ATC600-C可接收ATE系列傳感器、 AHE等傳輸的數據，1路485,2路報警出口。
環境溫濕度	WHD		WHD溫濕度控制器產品主要用于中高壓開關柜、端子箱、環網柜、箱變等設備內部溫度和濕度調節控制。工作電源：AC/DC85～265V工作溫度：-40.0℃～99.9℃工作濕度：0RH～99RH
水浸傳感器	RS-SJ-*-2		接觸式水浸傳感器，監測變電所、電纜溝、控制室等場所積水情況，工作電源：DC10-30V工作溫度：－20℃+60℃工作濕度：0%RH~80%RH響應時間：1s繼電器輸出：常開觸點。
攝像機	CS-C5C-3B1WFR		支持720P高清圖像，*高支持分辨率可達到130萬像素（1280*960)內置麥克風與揚聲器具有語音雙向對講功能，支持螢石云互聯網服務，通過手機、PC等終端實現遠程互動和視頻觀看。
煙霧傳感器	BRJ-307		光電式煙霧傳感：電源正極（DC12V):+12V 繼電器輸出：常開觸點
門禁	MC-58(常開型）		常開型；感應距離：30-50mm材質：鋅合金，銀灰色電度，干接點輸出。
配套附件	ARTU-K16		常開型；感應距離：30-50mm材質：鋅合金，銀灰色電度干接點輸出
	KDYA-DG30-24K		輸出DC24V;24V電源

6.結束語

綜上所述，電力企業在現代化轉型發展中，需要對生產設備和組織方式進行更新，其中對生產設備進行現代化的改造首先應當關注變電站的數字化建設，電力企業變電站的數字化技術應用是我國電力企業生產現代化轉型的重要內容，做好數字化變電站的建設有助于電力企業電力企業 進一步提升生產效率，提高電網的供電穩定性，保障電力企業平穩生產。電力企業變電站是電力企業生產的能源樞紐，隨著我國的電力科技技術日益進步，電力企業變電站的數字化轉型將是未來電力企業電力改革的大的趨勢，電力企業電力企業在對變電站進行數字化改造的同時，需要綜合考慮電力企業的用電需求和改造模式，根據技術的成熟度選擇合適電力企業生產的改造模式，通過安裝智能化的電力設備，逐漸實現電力企業變電站的數字化改造，穩妥地推進電力企業變電站的數字化轉型。

參考文獻

[1]饒獻文.數字化變電站技術在煤礦變電所的應用[J].煤炭與化工,2017，40（7）：119- 120+123.

[2]胡大凱.電力企業數字化變電站技術研究與應用[J].山東工業技術，2017（17）：85.

[3]郝歡歡.煤礦變電所中數字化變電站技術的研究及應用分析[J].能源技術與管理，2019.44（2）：179-181.

[4]董智勇. 數字化變電站技術在電力企業變電所的應用.

[5]安科瑞企業微電網設計與應用設計,2022,05版.

作者簡介

盛麗萍，現任職安科瑞電氣股份有限公司

審核編輯 黃宇