推進(jìn)全數(shù)字化變電站產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策建議

1、推進(jìn)全數(shù)字化變電站產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策建議數(shù)字化變電站是通過電子式互感器、 智能化終端、 數(shù)字化保 護(hù)測控設(shè)備、 數(shù)字化計量儀表、 光纖以太網(wǎng)等組成的全智能的分 層分布式變電站模式， 實(shí)現(xiàn)站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操 作的現(xiàn)代化變電站。近年來，我國數(shù)字化變電站發(fā)展迅速、技術(shù) 日益成熟。上海市政府規(guī)劃，至 2015 年具備數(shù)字變電站工程總 包能力， 參與競爭國際數(shù)字變電站建設(shè)， 帶動形成數(shù)字變電站產(chǎn) 業(yè)鏈發(fā)展。一、數(shù)字化變電站技術(shù)及其優(yōu)越性數(shù)字化變電站分為過程層、 間隔層和站控層， 各層內(nèi)部與各 層之間采用高速網(wǎng)絡(luò)通信。 過程層設(shè)備主要為智能短路器、 電子 或光纖式互感器等一次設(shè)備， 過程網(wǎng)絡(luò)主要

2、傳送保護(hù)跳閘、 保護(hù) 啟動、保護(hù)閉鎖及斷路器輔節(jié)點(diǎn)等 GOOS信號及電子式互感器的 電流、電壓數(shù)字采樣值； 系統(tǒng)間隔層設(shè)備主要為電子或光纖式互 感器的合并單元（MU、測控裝置、繼電保護(hù)、開關(guān)和刀開關(guān)智 能操作箱及故障錄波器等， 支持GOOS發(fā)送/接收閉鎖信息，同 時詳細(xì)記錄GOOS信息和日志功能，具有廣泛的互操作性；站控 層主要包括工程師站、保護(hù)工作站及遠(yuǎn)動工作站、監(jiān)控后臺、遠(yuǎn) 動通信管理機(jī)和保護(hù)信息子站等。數(shù)字化變電站相比傳統(tǒng)變電站具有以下優(yōu)點(diǎn)：1. 在技術(shù)上，提高設(shè)備的安全性和可靠性光信號具有不易受外界電磁波的干擾， 長距離傳輸基本不發(fā) 生衰減，傳輸速率快等特點(diǎn)；光纜組成的網(wǎng)絡(luò)具有速度快、

3、可靠 性高等特點(diǎn)； 且光纜接線可以避免信號傳輸和處理帶來的附加誤 差，提高保護(hù)、 測量和計量系統(tǒng)的精度， 減少自動化設(shè)備的數(shù)量， 簡化二次接線； 同時設(shè)備具有互操作性， 可以實(shí)現(xiàn)信息在運(yùn)行系 統(tǒng)和其他支持系統(tǒng)之間的共享。2. 在經(jīng)濟(jì)上，不需要再使用大量的電纜 而使用二次光纜接線不僅可以減少重復(fù)建設(shè)， 方便變電站的 擴(kuò)建及自動化系統(tǒng)的擴(kuò)充，而且由于光纜在體積方面比電纜小， 在造價方面比電纜便宜， 數(shù)字化變電站的投用進(jìn)一步簡化了站內(nèi) 建筑和非生產(chǎn)設(shè)施，節(jié)約了用地和資金。二、數(shù)字化變電站技術(shù)協(xié)議 / 標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用 數(shù)字化變電站技術(shù)的發(fā)展越來越要求控制電力過程的設(shè)備 和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集成系統(tǒng)的解決方案， 要求

4、自動化系統(tǒng)是開放的， 在 電力系統(tǒng)內(nèi)要求設(shè)備和系統(tǒng)必須是互操作的， 接口、協(xié)議和數(shù)據(jù) 必須是兼容的。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，IEC （國際電工委員會）在 不同背景下陸續(xù)推出了 IEC60044-8/7 、IEC1588、IEC61850-9-1 、 IEC61850-9-2 、 I E C61850-9-2LE 協(xié)議或標(biāo)準(zhǔn)等。1.IEC61850 協(xié)議的優(yōu)勢IEC61850協(xié)議采用自我描述在信息源處建模的方法，減少 同一信息多處定義，限制多重數(shù)據(jù)管理，調(diào)試容易；采用網(wǎng)絡(luò)交 換信息的方法，實(shí)現(xiàn)資源共享，節(jié)省電纜、節(jié)省建筑面積，降低 變電站建設(shè)成本； 采用面向?qū)ο笞晕颐枋龅姆椒ǎ?解決了過去的 通信協(xié)議

5、無法滿足傳遞信息量變化、 無法適應(yīng)應(yīng)用技術(shù)迅猛發(fā)展 需求的問題； 采用抽象通信服務(wù)接口， 使得其和所采用的通信技 術(shù)、協(xié)議棧無關(guān)， 便于用戶充分享受信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅猛發(fā) 展。IEC61850作為電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫通信的規(guī)約，大幅度減少 了現(xiàn)場驗(yàn)收、運(yùn)行、監(jiān)視、診斷和維護(hù)工作，解決了變電站自動 化系統(tǒng)的互操作性和協(xié)議轉(zhuǎn)換問題。 采用該標(biāo)準(zhǔn)還可以使變電站 自動化設(shè)備具有自描述、自診斷和即插即用的特性。因此，基于 I EC6 1 850協(xié)議的數(shù)字化變電站具有調(diào)試容易、建投成本低、占 地面積少等優(yōu)點(diǎn)。2.IEC1588 精確時鐘同步協(xié)議的應(yīng)用在數(shù)字化變電站體系中， 時鐘服務(wù)器屬于站控層設(shè)備。 數(shù)字

6、化變電站對變電站時鐘提出了更高的要求。 間隔層或過程層的智 能設(shè)備通過單播方式向時鐘服務(wù)器請求時間， 或者服務(wù)器通過廣 播方式向各職能設(shè)備定時發(fā)送時間。 對于過程層有些設(shè)備， 需要 給出電子互感器的采樣脈沖或重采樣時， 為了實(shí)現(xiàn)全站、 甚至站 間的模擬量數(shù)據(jù)的同步， 需要接入時鐘服務(wù)器的秒脈沖信號。 為 了達(dá)到模擬量的同步， 要求時鐘提供精確度更高的光脈沖同步信 號。同時， 數(shù)字化變電站的發(fā)展對變電站相關(guān)設(shè)備提出了新的要 求，對時服務(wù)器結(jié)合外部交換機(jī)和光擴(kuò)展裝置等， 實(shí)現(xiàn)對整個變 電站的統(tǒng)一授時。隨著IEC1588精確時鐘同步協(xié)議的出現(xiàn)， 在整 站實(shí)現(xiàn) IEC1588 對時是一個發(fā)展方向， 其

7、優(yōu)勢是減少了脈沖對時 網(wǎng)絡(luò)。3.IEC60044-8/7 電子式互感器技術(shù)規(guī)范 鑒于電子式互感器及其他新型互感器的快速發(fā)展， IEC 制訂 了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)， 明確了電子式互感器的定義及相關(guān)的技術(shù)規(guī)范。 標(biāo) 準(zhǔn)規(guī)定， 電子式互感器是一大類新型互感器的總稱， 包括電子式 電流互感器和電子式電壓互感器。 前者采用低功率線圈、 羅氏線 圈或光學(xué)材料作為一次傳感器，后者把電阻 / 電容分壓器或光學(xué) 材料作為一次傳感器， 利用光纖進(jìn)行信號傳輸， 通過對測量電量 的信號處理實(shí)現(xiàn)數(shù)字量或模擬量的輸出。 電子式互感器在國外早 已成功投網(wǎng)運(yùn)行，具有明顯的技術(shù)和價格優(yōu)勢。在我國，隨著掛 網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的增加及穩(wěn)定性問題的解

8、決， 電子式互感器憑借其良 好的測量性能將被廣泛應(yīng)用于數(shù)字化變電站中， 成為互感器未來 的發(fā)展趨勢。三、數(shù)字化變電站控制保護(hù)系統(tǒng)的檢測 同常規(guī)變電站工程項目相比， 數(shù)字化變電站工程調(diào)試中減少 了大部分電纜接線及現(xiàn)場調(diào)試工作， 但增加了系統(tǒng)集成和測試工 作。由于系統(tǒng)集成和測試工作依賴于外部實(shí)驗(yàn)環(huán)境， 必須在試驗(yàn) 室中進(jìn)行， 并與基建工程同步進(jìn)行， 能夠大大提高工程的速度和 效率，但同時也對試驗(yàn)室調(diào)試工作提出了更高的要求。因此，研 究如何在試驗(yàn)室環(huán)境中完整模擬變電站一次系統(tǒng)， 為集成和測試 提供條件是十分必要的。RTDS能夠通過外接或者自產(chǎn)秒脈沖的方式與其他MU和控制保護(hù)裝置進(jìn)行同步，從而能夠單獨(dú)

9、或者與MU配合輸出采樣值。此外，通過GOOS信號的接入能對全數(shù)字化變電站的控制保護(hù)系 統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)測試。華中電力實(shí)驗(yàn)研究所的專家認(rèn)為，RTDS是目前對全數(shù)字化變電站系統(tǒng)進(jìn)行檢測的有效手段。RTDS應(yīng)用不但提供了支持?jǐn)?shù)字化變電站系統(tǒng)的接口， 而且通過其強(qiáng)大的實(shí)時仿 真能力為數(shù)字化變電站試驗(yàn)室集成和測試提供了全面的支持。深圳殷圖是國內(nèi)較早從事電力系統(tǒng)實(shí)時動態(tài)數(shù)字仿真試驗(yàn)軟件開發(fā)的公司，他們開發(fā)的DDRTS使實(shí)時數(shù)字仿真系統(tǒng)的平臺 從昂貴的基于DSP專用硬件結(jié)構(gòu)向通用型微機(jī)和并行計算機(jī)硬 件結(jié)構(gòu)發(fā)展，方便了升級擴(kuò)展，有效保護(hù)了用戶投資，打破了國 外RTDS在該領(lǐng)域的長期壟斷局面。四、發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化變電

10、站的政策建議數(shù)字化變電站是智能電網(wǎng)的關(guān)鍵支撐點(diǎn)， 為了提升我國數(shù)字 化變電站產(chǎn)業(yè)的國際競爭力， 形成數(shù)字化變電站工程的國際總包 能力，帶動數(shù)字化變電站產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展， 政府應(yīng)該積極推動相關(guān)標(biāo) 準(zhǔn)的應(yīng)用、鼓勵和扶持相關(guān)技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)升級。1.鼓勵和支持最新技術(shù)產(chǎn)品的研發(fā)和使用 數(shù)字化變電站與傳統(tǒng)變電站相比不僅具有安全可靠、 節(jié)約占 地和投資等優(yōu)點(diǎn)， 而且通過提升數(shù)字變電站的功能和附加值， 在 數(shù)字變電站系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺上集成數(shù)字式互感器等各類傳感器， 帶動發(fā)展智能化超 （特）高壓變壓器、氣體絕緣組合電器設(shè)備 （Gas Insulated Switchgear , GIS）、輸電導(dǎo)線等輸變電設(shè)備，推動

11、 在線監(jiān)測技術(shù)、 區(qū)域與廣域保護(hù)技術(shù)、 電能質(zhì)量管理等高端技術(shù) 的應(yīng)用。但由于相關(guān)高新技術(shù)產(chǎn)品的研發(fā)和應(yīng)用投資多、 風(fēng)險大， 需要政府給予大量的資金投入和優(yōu)惠政策的扶持。2. 推進(jìn)數(shù)字化變電站標(biāo)準(zhǔn)的制訂和應(yīng)用IEC 在不同背景下陸續(xù)推出了 IEC60044-8/7 、 IEC1588、 IEC61850-9-1 、 IEC61850-9-2 、 IEC61850-9-2LE 標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo) 準(zhǔn)/ 規(guī)范都被不同的公司產(chǎn)品所采用和在不同的工程實(shí)踐中得到 應(yīng)用。國內(nèi)已有科研項目在研究總結(jié)數(shù)字化變電站的建設(shè)、 測試、 調(diào)試及運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上建立了完整的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系， 編制 了數(shù)字化變電站關(guān)鍵設(shè)備檢測

12、、 網(wǎng)絡(luò)性能測試及變電站建設(shè)運(yùn)行 的一整套規(guī)范， 包括數(shù)字化變電站建設(shè)實(shí)施技術(shù)指導(dǎo)、 電子式互 感器檢測、數(shù)字式多功能電能表檢測、保護(hù)相關(guān)二次裝置檢測、 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能測試、 數(shù)字化變電站運(yùn)行等 9 個規(guī)范。 充分認(rèn)識和 準(zhǔn)確理解這些標(biāo)準(zhǔn)對數(shù)字化變電站的研究、 產(chǎn)品開發(fā)和工程推廣 及提升我國數(shù)字化變電站產(chǎn)業(yè)的國際競爭力等具有非常重要的 意義。3. 搭建標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化變電站控制保護(hù)系統(tǒng)的檢測平臺 既按照 IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的要求，針對數(shù)字化變電站關(guān)鍵設(shè)備、 網(wǎng)絡(luò)性能、通信規(guī)約測試的需求，構(gòu)建數(shù)字化變電站過程層、間 隔層及站控層設(shè)備的綜合測試平臺。按照現(xiàn)行規(guī)范，控制、保護(hù)裝置必須通過靜 / 動模入網(wǎng)

13、試驗(yàn)才能獲準(zhǔn)進(jìn)入電力系統(tǒng)。 而新建變電站的控制保護(hù)系統(tǒng)在投運(yùn)前 還必須通過現(xiàn)場調(diào)試，確保功能完善、設(shè)置正確才能投運(yùn)。數(shù)字 化變電站中所有的控制、 保護(hù)以及電流、 電壓信號都是在網(wǎng)絡(luò)中 傳遞的， 現(xiàn)有的測試手段都不再適用， 通信網(wǎng)絡(luò)的性能對控制保 護(hù)系統(tǒng)的功能起了決定性作用。雖然RTDS是目前對全數(shù)字化變電站系統(tǒng)進(jìn)行檢測的有效手段， 但其設(shè)備投入相當(dāng)高， 國內(nèi)真正 掌握RTDS實(shí)驗(yàn)室檢測技術(shù)的高級技術(shù)研發(fā)人員非常短缺。其他 針對數(shù)字化變電站的測試設(shè)備尚不多見， 數(shù)字變電站檢測手段相 對于傳統(tǒng)方法還十分有限。 因此，國內(nèi)急需建立完整全面的基于 IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字式設(shè)備測試環(huán)境。4. 構(gòu)

14、建標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化變電站設(shè)備與技術(shù)產(chǎn)業(yè)化服務(wù)體系 國際上制訂 IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)時，具體的保護(hù)功能和類型是按 照歐美的標(biāo)準(zhǔn)及習(xí)慣指定的， 中國使用的保護(hù)功能和方法與其有 一定的差距。據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室測試、現(xiàn)場測試等， IEC1588 網(wǎng)絡(luò)同步對時技術(shù)對時精度小于 1 微秒，完全能夠滿足變電站對 時的要求，但目前網(wǎng)絡(luò)對時涉及到的裝置 （主鐘、交換機(jī)、子鐘） 還不夠成熟，需要進(jìn)一步提高其可靠性和精度； 500kV 光互感器 有溫漂現(xiàn)象、 光學(xué)回路穩(wěn)定性不足， 光學(xué)互感器生產(chǎn)廠家均無自 有硅橡膠、復(fù)合絕緣筒的生產(chǎn)能力，為外購材料、部件組裝。上 述表明，我國數(shù)字化變電站設(shè)備與技術(shù)還有待完善。因此，為

15、促 使數(shù)字化變電站及相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，全面采用 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)，實(shí) 現(xiàn)了不同廠家數(shù)字化設(shè)備的互聯(lián)互操作， 構(gòu)建數(shù)字化變電站設(shè)備 與技術(shù)產(chǎn)業(yè)化服務(wù)體系具有重要意義。 國內(nèi)數(shù)字化變電站的試點(diǎn)已經(jīng)較為充分， 應(yīng)該充分總結(jié)成功 經(jīng)驗(yàn)、探討發(fā)展策略。 全國電力系統(tǒng)管理及其信息交換標(biāo)準(zhǔn)化技 術(shù)委員會一直關(guān)注IEC61850的發(fā)展，自2000年起將把對 IEC61850的轉(zhuǎn)化作為工作重點(diǎn)之一。標(biāo)委會及其工作組專家密 切跟蹤IEC標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)展，通過近5年的時間、二十多位專家的辛 勤工作完成了 IEC61850到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T860的轉(zhuǎn)化。一方面， 國內(nèi)的用戶和設(shè)備制造商要有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的共同愿望；另一方面， 標(biāo)委會要加強(qiáng)組織協(xié)調(diào)， 發(fā)揮公正平臺作用， 進(jìn)一步細(xì)化完善國 內(nèi)工程實(shí)施技術(shù)規(guī)范，配套建立其他功能如規(guī)范、設(shè)計規(guī)范、驗(yàn) 收規(guī)范等。 標(biāo)委會可以通過組織大規(guī)?；ゲ僮髟囼?yàn)極大地推動基 于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備研制和工程化。五、結(jié)語 推進(jìn)全數(shù)字化變電站產(chǎn)業(yè)發(fā)展將是我國智能電網(wǎng)建設(shè)十分 重要的舉措。國內(nèi)頂級設(shè)備制造商如南瑞集團(tuán)、北京四方、國電 南自、許繼電器等同步開展了標(biāo)準(zhǔn)研究和軟硬件開發(fā)。 2006年 以來，相繼有采用IE