浅析数字化变电站技术在电力企业变电所的应用

盛丽萍

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：本文从数字化变电站技术在电力企业变电所应用现状入手，分析了数字化变电技术的主要优点和电力企业变电站数字化提升路径，并阐述了电力企业数字化变电技术的发展方向，以期为电力企业变电站数字化转型提供理论支撑。

关键词： 数字化变电站 电力企业 变电所 应用

0.引言

在电力企业生产过程中需要用到大量的电力设备，电力设备的应用对电力企业的安全平稳生产至关重要。同时，与电力设备相配套的是电力设备对电力企业电网的供电和调度具有较高的要求。在过去一段时间，电力企业变电站的自动化水平不高，电力保护设施存在较大的短板，不同电力设备之间的存在配合不畅的问题，很大地影响到电力企业的生产效率。随着我国电力系统整 体技术的进步提升，借助计算机辅助和自动化控制设备，电力企业变电所能够实现电力的数字化建设，为电力企业生产电力供应平稳有效奠定了坚实的基础，本文就数字化变电技术在电力企业变电站中的应用进行了简要分析。

1.数字化变电站技术在电力企业变电所应用现状

1.1电力企业变电站发展现状

在当前电力企业的生产环境中，大部分的电力企业，特别是中小电力企业其变电站仍然停留 在传统的变电设备阶段，其主要的组成由一次设 备和二次设备。 一次设备的主要构件包含变压装置、断路设备和隔断装置等。电力企业变电站不同设备之间的衔接配合主要通过电缆，链接控制设备和一次设备，这样的信号传输方式对电力控制有较大的影响，设备反映时间较长，且设备功能拓展性不强，整体运行和维护成本较高。科学技术在不断发展，电力设备也经历了更新换代，互感设备的产生于应用，以及智能断路器的应用，为数字化变电技术的产生提供了基础条件，变电站之间的电压控制可以通过智能化设备进行自动化的控制，为电力企业变电站智能化、自动化转型提供了有力的支持。二次设备主要由测量设备、保护装置构成。电力企业变电所数字化组 建完成后能够把电力控制、保护有机结合，实现电力设备电信号控制，增加设备的反应速度和安全性。

1.2 数字化变电站的技术要点

从数字化变电站技术在电力企业变电所应用上看，一方面，数字化变电站对提升电力企业电网管理能力，促进配电效率提升具有较大的促进作用，数字化技术在电力企业变电站的应用对变电站综合效能的提升作用明显。因此，在对电力企业变电站改造提升当中，应当注重数字软件和硬件系统的综合运用，结合电力企业生产用电的需求和电网设置的实际情况，做好改造过程记录，增强数字智能设备的应用数量，确保电力企业电网能够始终运行在安全可靠的区间。另一方面，在对电力企业变电站的控制方式上，相较于传统的依靠人工方式进行用电线路调整，数字化变电站的技术可以在计算机的控制下，利用各种 智能化终端设备对线路实现自动化的调整，减少电力企业变电所对人工的依赖，很大地提升变电效率。

1.3电力企业变电站数字化发展基础

在国内电力企业生产中，变电站正在朝着数字化逐渐转型，电力企业电网改造设备智能化 普及迅速，在电力企业变电站所使用的数字化变电技术中，比较有代表性的混合式光纤电流， pass组合开关电器等。电力企业变电站投入智能化设备的数量和质量是确保数字化改造成功的关键。电力企业变电站智能化设备需要用到相关的 技术标准，在统一的技术框架下串联电力设施。IEC61850通信协议为开展数字化变电站建设提供了有效的技术标准，对变电站进行数字化建具有重要的指导性价值。支持电力企业变电站数字化改造的IEC61850通信协议主要由变电站层、间隔 层和过程层组成（图1）。数字化变电站技术在电力企业变电站中应用能够有效降低人为因素对电力企业生产供电的影响，减轻电力企业电力工作人员的工作压力，强化电力企业电力企业对电力能源的管控，使电力企业电力调度保持在较高的水平，提高电力利用率。

2.数字化变电技术的主要优点

相较于数字化变电技术，电力企业传统的变电站在应用上存在很大的技术缺陷，特别是在 用电安全和供电稳定性上存在明显的不足，如果涉及到用电设备较大的调整，供电网络在调整的灵活性上存在较大的短板，无法满足电力企业采掘设备的用电需求，造成电力企业电力供应效率较低。在电力企业变电站数字化发展过程中，呈现出明显的特征。电磁式保护装置对电子保护装置的替换，从简单的计算机远动保护转换系统集 成自动保护。在不断的设备更新中，电力企业变电站逐渐实现了设备的数字化，具体体现在， 一次设备的智能化提升，二次设备网络化水平的提升，两种设备通过计算机控制技术，实现了对电力线路的有效操控，提升了电力网络的自动化程度。电力企业变电站实现数字化改造的在实际生产中的优势主要体现在：

1. 电子互感器终端装置性能优良，具有较好的安装和维护性，绝缘性较好，CT动态范围相较于传统的互感器范围较宽，无磁饱现象，相较于传统的互感器在使用性能上有了较大的提升。
2. 在数字变电站中应用较多的职能开关装置可以实现电力企业供电 网络信号的数字化控制，信号传播的效率和反映速度有了质的提升，能够有效实现在一次设备和其它电器装置之间电缆的使用数量，降低电网维 护和建设成本。
3. 在传统的电力企业变电站建设当中，通常会使用多种规约的电器设备，造成不同厂商和不同型号设备之间的配合程度较低， 系统之间的融洽性较差，在实际使用过程中会出 现设备衔接故障，不仅会造成电力传输效率降低，甚至会引发供电系统的故障，造成电力企业生产停滞。数字化变电设备的应用，采用标准的IEC61850通信协议，能够在更大范围内实现设备的有效衔接，且具有较大的设备延展性，在需要的情况下能够对设备进行有效的升级提升。
4. 在IEC61850通信协议应用方面，通过数字设备通信功能，能够实现变电站的联闭锁逻辑等功能，不用再依赖交换设备，变电设备的总体可靠性大大超过了传统的电力企业变电站。

3.电力企业变电站数字化提升路径

目前，针对电力企业变电站的数字化提升大体上有3种方案，一是采用IEC61850通信协议，对传统的电力企业变电站进行数字化改造，建设具有过渡性质的变电站，初步实现电网智能化； 二是建设具有IEC61850通信协议基础的实用电力企业数字化变电站；三是从设置建造之初就完全 运用智能化设备建设的全数字化变电站。得益于 我国在电网一次设备上的技术探索和积累程度不高，所以在建设新的电力企业变电站中可以采用后一种方案，很大程度提升电力企业变电站的数字化水平。此外，可以对传统变电站设备进行数 字化的改造提升，以节约电力企业数字化电网的建设成本，在利用IEC61850通信协议对设备进行 串联整合，实现电力企业变电站的数字化改造。 此种过渡数字化变电站主要通过IEC61850通信协议进行连接，相关的智能电力装备只要支持协议即可连入数字变电网络，实现智能化控制。

在此系统之中，数字化电力设备具有较好的系统兼容性，都支持IEC61850通信协议，可以通 过接口功能对变电站的系统进行升级提升，软件升级的方式能够有效降低电力企业变电站的维护成本，同时使变电系统更加适应电力企业生产。 在电力企业变电站的二次回路中，继电器装置可以通过编程方式进行升级，所有设备都可以通过光纤与控制系统进行链接，优化了控制系统回路设置。过渡阶段的电力设备需要满足于支持 IEC61850通信协议，设备信息借助工业以太网进 行传输。如果只能装备支持支持IEC61850通信协议，那么可以直接通过工业以太网进行连接，如果智能设备无法与IEC61850通信协议有效连接， 那么需要通过相关的转换设备进行连接转换，然后在通过工业以太网进行数据连接。

4.电力企业数字化变电技术的发展方向

4.1 自动化操控系统

在当前的电力企业生产环境中，越来越多的电力企业意识到了数字化变电站在提升用电效能，确保供电安全上的促进作用，开始对传统电力企业变电站进行数字化的改造提升，在变电站中应用了大量的数字化设备，实现了电力企业供电系统的智能化改造提升了电力企业的生产效率。相较于传统的电力企业变电站，数字化变电站的应用能够对很好地预防和管理电力企业变电 故障的发生，在故障发生之后则能很好地通过智 能设备检测故障发生的位置，从而有效降低故障处理的时间，提升变电站的设备可维护性。电力企业变电站的自动化的主要构成包含了分流交换自动化、资料记录、电力工作数据、信息分层等，电力企业数字化变电站维护工作人员可以通过自动监测系统监测变电站的运行状态，实现系统的自动化操作。

4.2 系统集成化

数字化变电站的一个主要特征是变电系统高度集成化，在不同种类智能终端的支持下，电力企业数字化变电站通过共同的通信协议可以进行有效的系统整合，相较于传统的电力企业变电站，变电系统更加系统集成。从整体上来看，数字化变电站主要包括以下事项。首先，利用 IEC61850通信协议，对智能电力设备进行有效整合，这是搭建电力企业数字变电站的重要基础。 当前绝大多数的电力企业的数字化变电系统是根 据IEC61850通信协议进行搭建的。从实际应用效 果上看，通信协议的兼容性较好，能够有效整合 变电站的智能设备资源，实现变电站的智能化控 制。因此，在今后的电力企业数字化变电站建设中IEC61850通信协议应用将更加广泛。其次，数字化变电站的分层控制。电力企业电力企业在应用数字化系统的时候需要集中管理和控制变电站 的分层控制，与传统的变电管理模式区别较大的是，数字化变电系统的自动控制系统会通过分层控制的方式，针对变电需求，对各种电力设施进行有效的操控，这些都需要数字化变电设备具有一定的智能化水平，在自动模式下可以实控制系 统的信息交流，与控制设备实现无缝衔接，提高电力企业变电站的反应速度。

4.3 网络化技术

在电力企业数字化变电站技术构成当中，网络技术是实现数字化变电站的核心，能够有效确保数字化变电站的建成和投用。电力企业电力企业由于生产体量比较大，无论是管理还是生产都利用局域网络将不同岗位和工作内容链接在一起。在变电站方面也是如此，利用局域网络把各个用电设备的信息情况传输到数字变电站系统内部，然后利用计算机判断分析，发出不同的指令信号，能够对电力传输实施更加有效的控制。利用光纤手段传播信心速度快捷，且设备的建设成本较低，相对于光缆传输信息，数字化的信息传播方式更加适合现代化的电力企业生产。

5.安科瑞AcrelCloud-1000变电所运维云平台

5.1概述

基于互联网＋、大数据、移动通讯等技术开发的云端管理平台，满足用户或运维公司监测众多变电所回路运行状态和参数、室内环境温湿度、电缆及母线运行温度、现场设备或环境视频场景等需求，实现数据一个中心，集中存储、统一管理，方便使用，支持具有权限的用户通过电脑、手机、PAD等各类终端链接访问、接收报警，并完成有关设备日常和定期巡检和派单等管理工作。

5.2应用场所

适用于电信、金融、交通、能源、医疗卫生、文体、教育科研、农林水利、商业服务、公用事业等行业变配电运行维护系统的新建、扩建和改建。

5.3系统结构

系统可分为四层：即感知层、传输层、应用层和展示层。

感知层：包含变电所安装的多功能仪表、温湿度监测装置、摄像头、开关量采集装置等。除摄像头外，其它设备通过RS485总线接入现场智能网关RS485端口。

传输层：包含现场智能网关和交换机等设备。智能网关主动采集现场设备层设备的数据，并可进行规约转换，数据存储，并通过交换机把数据上传至服务器端口，网络故障时数据可存储在本地，待网络恢复时从中断的位置继续上传数据，保证服务器端数据不丢失。

应用层：包含应用服务器和数据库服务器，若变电所数量小于30个则应用服务器和数据库服务器可以合一配置。服务器需要具备固定IP地址，以接收各智能网关主动传送过来的数据。

展示层：用户通过手机、平板、电脑等多终端的方式访问平台信息。

5.4系统功能

5.4.1用能月报

用能月报支持用户按总用电量、变电站名称、变电站编号等查询所管理站所的用电量，

5.4.2站点监测

站点监测包括概况、运行状态、当日事件记录、当日逐时用电曲线、用电概况。

5.4.3变压器状态

变压器状态支持用户查询所有或某个站所的变压器功率、负荷率、等运行状态数据，支持按负荷率、功率等升、降序排名。

5.4.4运维

运维展示当前用户管理的有关变电所在地图上位置及总量信息。

 

5.4.5配电图

配电图展示被选中的变电所的配电信息，配电图显示各回路的开关状态、电流等运行状态及信息，支持电压、电流、功率等详细运行参数查询。

5.4.6视频监控

视频监控展示了当前实时画面（视频直播），选中某一个变配电站，即可查看该变配电站内视频信息。

5.4.7电力运行报表

电力运行报表显示选定站所选定设备各回路采集间隔运行参数和电能抄表的实时值及平均值行统计。

5.4.8报警信息

对平台所有报警信息进行分析。

5.4.9任务管理

任务管理页面可以发布巡检或消缺任务，查看巡检或消缺任务的状态和完成情况，可以点击查看任务查看具体的巡检信息。

5.4.10用户报告

用户报告页面主要用于对选定的变配电站自动汇总一个月的运行数据，对变压器负荷、配电回路用电量、功率因数、报警事件等进行统计分析，并列出在该周期内巡检时发现的各类缺陷及处理情况。

5.4.11APP监测

3.12APP支 电力运维手机支持“监控系统”、“设备档案”、“待办事项”、“巡检记录”、“缺陷记录”、“文档管理”和“用户报告”七大模块，支持一次图、需量、用电量、视频、曲线、温湿度、同比、环比、电能质量、各种事件报警查询，设备档案查询、待办事件处理、巡检记录查询、用户报告、文档管理等。

5.5系统硬件配置

应用场合	型号	外观图	型号、规格
变电所运维云平台	AcrelCloud-1000		AcrelCloud-1000变电所运维云平台基于互联网＋、大数据、移动通讯等技术开发的云端管理平台，满足用户或运维公司监测众多变电所回路运行状态和参数、室内环境温湿度、电缆及母线运行温度、现场设备或环境视频场景等需求，实现数据一个中心，集中存储、统一管理，方便使用，支持具有权限的用户通过电脑、手机、PAD等各类终端链接访问、接收报警，并完成有关设备日常和定期巡检和派单等管理工作。
网关	ANet-2E4SM		4路RS485串口，光耦隔离，2路以太网接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、从）、104（主、从）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模块）输入电源：DC12V～36V。支持4G扩展模块，485扩展模块。
	扩展模块ANet-485		M485模块：4路光耦隔离RS485
	扩展模块ANet-M4G		M4G模块：支持4G全网通
中压进线	AM6-L		三段式过流保护（带方向、低压闭锁）、过负荷保护、PT断线告警、逆功率保护、三相一次重合闸、低频减载、检同期、合环保护、断路器失灵保护
	APM810		三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序电流In；四象限电能；实时及需量；电流、电压不平衡度；负载电流柱状图显示；66种报警类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录；2-63次谐波；2DI+2DO RS485/Modbus；LCD显示；
中压进线	APView500		相电压电流＋零序电压零序电流，电压电流不平衡度，有功无功功率及电能、事件告警及故障录波，谐波（电压／电流63次谐波、63组间谐波、谐波相角、谐波含有率、谐波功率、谐波畸变率、K因子）、波动／闪变、电压暂升、电压暂降、电压瞬态、电压中断、1024点波形采样、触发及定时录波，波形实时显示及故障波形查看，PQDIF格式文件存储，内存32G,16D0+22D1,通讯 2RS485+1RS232+1GPS,3以太网接口（＋1维护网口）＋1USB接口，支持U盘读取数据，支持61850协议。
中压馈线	AM6-L		三段式过流保护（带方向、低压闭锁）、过负荷保护、PT断线告警、逆功率保护、三相一次重合闸、低频减载、检同期、合环保护、断路器失灵保护
	APM810		三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序电流In；四象限电能；实时及需量；电流、电压不平衡度；负载电流柱状图显示；66种报警类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录；2-63次谐波；2DI+2DO RS485/Modbus；LCD显示；
低压进线	AEM96		三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，总正反向有功电能统计，正反向无功电能统计；2-31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）；电流规格3×1.5(6)A，有功电能精度0.5S级,无功电能精度2级；工作温度：-10℃～+55℃；相对湿度：≤95不结露
低压出线	AEM72		三相电参量U、1、P、Q、S、PF、F测量，总正反向有功电能统计，正反向无功电能统计；2-31次分次谐波及总谐波含量分析、低压出线分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）；电流规格3x1.5(6)A,有功电能精度0.5S级，无功电能精度2级
	ADW300		三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，有功电能计量（正、反向）、四象限无功电能、总谐波含量、分次谐波含量（2～31次）；A、B、C、N四路测温；1路剩余电流测量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD显示；有功电能精度：0.5S级
无线测温	ATE-400		合金片固定，CT感应取电，启动电流大于5A,测温范围－50-125℃,测量精度±1℃;传输距离空旷150米
	ATC-600		两种工作模式：终端、中继。ATC600-Z做中继透传，ATC600-Z到ATC600-C的传输距离空旷1000m,ATC600-C可接收ATE系列传感器、 AHE等传输的数据，1路485,2路报警出口。
环境温湿度	WHD		WHD温湿度控制器产品主要用于中高压开关柜、端子箱、环网柜、箱变等设备内部温度和湿度调节控制。工作电源：AC/DC85～265V工作温度：-40.0℃～99.9℃工作湿度：0RH～99RH
水浸传感器	RS-SJ-*-2		接触式水浸传感器，监测变电所、电缆沟、控制室等场所积水情况，工作电源：DC10-30V工作温度：－20℃+60℃工作湿度：0%RH~80%RH响应时间：1s继电器输出：常开触点。
摄像机	CS-C5C-3B1WFR		支持720P高清图像，*高支持分辨率可达到130万像素（1280*960)内置麦克风与扬声器具有语音双向对讲功能，支持萤石云互联网服务，通过手机、PC等终端实现远程互动和视频观看。
烟雾传感器	BRJ-307		光电式烟雾传感：电源正极（DC12V):+12V 继电器输出：常开触点
门禁	MC-58(常开型）		常开型；感应距离：30-50mm材质：锌合金，银灰色电度，干接点输出。
配套附件	ARTU-K16		常开型；感应距离：30-50mm材质：锌合金，银灰色电度干接点输出
	KDYA-DG30-24K		输出DC24V;24V电源

6.结束语

综上所述，电力企业在现代化转型发展中，需要对生产设备和组织方式进行更新，其中对生产设备进行现代化的改造首先应当关注变电站的数字化建设，电力企业变电站的数字化技术应用是我国电力企业生产现代化转型的重要内容，做好数字化变电站的建设有助于电力企业电力企业 进一步提升生产效率，提高电网的供电稳定性，保障电力企业平稳生产。电力企业变电站是电力企业生产的能源枢纽，随着我国的电力科技技术日益进步，电力企业变电站的数字化转型将是未来电力企业电力改革的大的趋势，电力企业电力企业在对变电站进行数字化改造的同时，需要综合考虑电力企业的用电需求和改造模式，根据技术的成熟度选择合适电力企业生产的改造模式，通过安装智能化的电力设备，逐渐实现电力企业变电站的数字化改造，稳妥地推进电力企业变电站的数字化转型。

参考文献

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[3]郝欢欢.煤矿变电所中数字化变电站技术的研究及应用分析[J].能源技术与管理，2019.44（2）：179-181.

[4]董智勇. 数字化变电站技术在电力企业变电所的应用.

[5]安科瑞企业微电网设计与应用设计,2022,05版.

作者简介

盛丽萍，现任职安科瑞电气股份有限公司

审核编辑 黄宇