内蒙古电力技术４ＩＮＮＥＲＭＯＮＧＯＬＩＡＥＬＥＣＴＲＩＣＰＯＷＥＲ２００７年第２５卷第１期２２０ｋＶ数字化变电站在内蒙古电网的应用Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆ２２０ｋＶＤｉｇｉｔｉｚｅｄＰｏｗｅｒＳｕｂｓｔａｔｉｏｎｉｎＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａＰｏｗｅｒＧｒｉｄ侯登旺，邢峰，姜华，庞永刚集宁（乌兰察布电业局，内蒙古０１２０００）——杜尔伯特变电站的特点，即智能化的［摘要］介绍了国内首座２２０ｋＶ数字化变电站—一次设备、网络化的二次设备和自动化的运行管理系统；自动化系统的逻辑层次及其功能：过程层的智能化，间隔层的可靠传输控制，以及站控层的监控分析等功能。通过数字站和常规站在技术和经济方面的比较，说明了数字站在安全性、可靠性、测量精度、抗干扰性能等方面的优势。从制度和培训两方面介绍了数字站的运行管理经验，提出了数字站建设运行中存在的现场设备校验困难、测验精度不易保证以及接线、电源、备用等方面存在的需改进完善的问题。［关键词］数字化变电站；数字技术；光电互感器；光数字信号；光纤通信［中图分类号］ＴＭ６３［文献标识码］Ｂ［文章编号］１００８－６２１８（２００７）０１－０００４－０４２００６－１２－１３，具有国内数字化变电站先进水平的首座２２０ｋＶ变电站———杜尔伯特变电站，在内蒙古电网正式投入运行。新投运的杜尔伯特变电站，电流、电压互感器采用数字输出的数字化光电互感器，保护、测控、计量、监控、远动、ＶＱＣ等系统共享一个通信网络，特别是用数字化设备和传输替代了传统的模拟设备和传输，避免了电磁干扰，提高了测量精度和数据传输的可靠性，提高了变电站的自动化水平，同时实现了节能、环保、节约社会资源的多重功效，具有广泛的应用研究和示范价值。机电式继电器及控制回路的结构，数字程控器及数字公共信号网络取代了传统的导线连接。１．２网络化的二次设备变电站内常规的二次设备，如继电保护装置、防误闭锁装置、测量控制装置、远动装置、故障录波装置、电压无功控制、同期操作装置以及正在发展中的在线状态检测装置等全部基于标准化、模块化的微处理机设计制造，设备间的连接全部采用高速的网络通信，二次设备不再出现常规功能装置重复的Ｉ／Ｏ现场接口，通过网络真正实现数据、资源共享，常规的功能装置变成为逻辑的功能模块。１数字化变电站的特点数字化变电站是变电站自动化技术的发展方１．３自动化的运行管理系统变电站运行管理自动化系统应包括电力生产运行数据、状态记录统计无纸化；数据信息分层、分流交换自动化；变电站运行发生故障时能即时提供故障分析报告，指出故障原因，提出故障处理意见；系统能自动发出变电站设备检修报告，即常规的变电站设备的“定期检修”改变为“状态检修”。
向，其核心技术是数字化一次设备和网络化二次设备利用光纤、通过合并器、采集器和以太网，在变电站过程层、间隔层及站控层上，按照ＩＥＣ６１８５０通信规范，实现变电站内部以及集控站间的信息共享和互操作，即实现了变电站的网络化。
１．１智能化的一次设备
一次设备被检测的信号回路和被控制的操作驱
２数字化变电站自动化系统的结构及功能
在变电站自动化领域中，智能化电气的发展，特
动回路采用微处理器和光电技术设计，简化了常规
［收稿日期］２００７－０２－１３
［作者简介］侯登旺（１９５８—），男，内蒙古人，毕业于中国农业大学，学士学位，高级工程师，现从事供电企业管理工作。
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别是智能开关、光电式互感器机电一体化设备的出现，使得变电站自动化技术进入了数字化的新阶段。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Ｉ／Ｏ单元，如Ａ／Ｄ变换、光隔离器件、控制操作回路等将作为智能化一次设备的一部分，即智能化一次设备的数字化传感器、数字化控制回路代替了常规继电保护装置、测控等装置的Ｉ／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。
数字化变电将站自动化系统的结构在物理上可分为两部分，即智能化的一次设备和网络化的二次设备；在逻辑结构上可分为３个层次，根据
２．１过程层
过程层是一次设备与二次设备的结合面，或者
说过程层是指智能化电气设备的智能化部分。过程层的主要功能：电力运行实时的电气量检测；运行设备的状态参数检测；操作控制执行与驱动。
２．１．１电力运行的实时电气量检测
与传统的功能相同，主要是电流、电压、相位以
及谐波分量的检测，其他电气量如有功功率、无功功率、电能量可通过间隔层的设备运算得出。与常规方式不同的是传统的电磁式电流互感器、电压互感器被光电电流互感器、光电电压互感器取代；采集传统模拟量被直接采集数字量所取代，这样做的优点是抗干扰性能强，绝缘和抗饱和特性好，开关装置实现了小型化、紧凑化。
ＩＥＣ６１８５Ａ通信协议草案定义，这３个层次分别称为过程层”间隔层”站控层”“、“、“，其关系如图１所示。各层次内部及层次之间采用高速网络通信。２２０ｋＶ
数字化变电站系统结构见图２。
２．１．２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、绝缘、机械特性以及工作状态等数据。
２．１．３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，断路器、刀闸合分控制，直流电源充放电控制。过程层的控制执行与驱动大部分是被动的，即按上层控制指令而动作，比如接
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到间隔层保护装置的跳闸指令、电压无功控制的投切命令、对断路器的遥控开合命令等。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行控制，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合和开断，要求操作时间在规定的参数内。例如对真空开关的同步操作要求能做到开关触头在零电压时关合，在零电流时分断等。
纤相连，数字信号通过光缆传输，增强了抗电磁干扰性能，数据可靠性大大提高。光电式互感器通过光纤连接高、低压部分，无电气连接，绝缘结构大为简化。
（２）以绝缘脂替代了传统互感器的油或ＳＦ６气体，互感器性能更加稳定，同时避免了传统充油互感器渗漏油现象，也避免了ＳＦ６气体对环境的影响。无需检压、检漏，简化维护工作。无油、无气设计避免了充油互感器可能出现的燃烧、爆炸等事故。
（３）低压输出部分的数字化，使得电流互感器二次开路、电压互感器二次短路等可能危及设备或人身安全的问题不复存在。
重量轻、节约空间。光电式互感器（４）体积小、
无铁心、无绝缘油，本身重量很轻，给运输和安装带来了很大的方便。
２．２间隔层
间隔层设备的主要功能：汇总本间隔过程层实
时数据信息；实施对一次设备保护控制功能；实施本间隔操作闭锁功能；实施操作同期及其他控制功能；对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制；承上启下的通信功能，即同时高速完成与过程层及站控层的网络通信功能。必要时，上下网络接口具备双口全双工方式，以提高信息通道的冗余度，保证网络通信的可靠性。
３．１．２可靠性
数字化变电站二次设备和一次设备之间采用绝
缘的光纤连接，电磁干扰和传输过电压不会影响到二次设备，也不存在二次回路两点接地的可能性。
传统变电站的二次设备与一次设备之间采用电缆进行连接，电缆感应电磁干扰和一次设备传输过电压可能引起的二次设备运行异常，在二次电缆较长的情况下由电容耦合的干扰可能造成继电保护误动作。尽管电力行业的有关规定中要求继电保护二次回路一点接地，但由于二次回路接地点的状态无法实时检测，二次回路两点接地的情况仍时有发生，并对继电保护产生不良影响，甚至造成设备误动作。
２．３站控层
站控层的主要任务：通过两级高速网络汇总全
站的实时数据信息，不断刷新实时数据库，按时登录历史数据库；按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心；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；具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能；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；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；具有（或备有）变电站故障自动分析和操作培训功能。
３．１．３测量精度
数字化变电站采用输出数字信号的光电式互感
器，数字化的电流、电压信号在传输、处理的过程中
３数字站与常规站的技术经济比较
没有附加误差，提升了数据采集的精度。
３．１．４
３．１技术比较３．１．１安全性
数字化变电站采用光电互感器，避免渗漏，运行可靠，安全性能大大提高。
（１）光电式互感器的Ｒｏｇｏｗｓｋｉ线圈实现电流微分传变，使得光电电流互感器具有无磁饱和、频率响应范围宽（只反映电流的变化量、无铁心）、精度高、暂态特性好等优点，有利于新型保护原理的实现及保护性能的提高。电流互感器测量精度达０．２Ｓ级，保护达到５ＴＰＥ。光电电压互感器采用串行感应分压器，测量精度达到０．２级，解决了传统电压互感器可能出现铁磁谐振的问题。光电式电压互感器的采集器安装在互感器底部，采集器和合并器通过光
信号传输
变电站的信号传输采用数字通信技术实现。通
信系统在传输有效信息的同时，还带有信息校验码和通道自检信息，减少了信号传输的误码率，当信号出错或光缆断线时可以立即发现，达到监视通信网络完好性的目的，从而提高了信号传输的可靠性。
３．１．５抗干扰
变电站设备之间通过光缆传输具有校验信息的
光数字信号，解决了传统变电站过电压产生的强电场对模拟信号及模拟信号之间的相互干扰问题，从根本上解决了抗干扰问题。
３．２经济比较
３．２．１采用统一的信息平台，避免设备重复投资
数字化变电站的所有信息采用统一的信息模
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书，提高巡视质量，确保安全运行。
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型，按统一的通信标准接入变电站通信网络，保护、测控等设备的模拟接口由数字接口代替，数字信号直接传输，无需Ａ／Ｄ转换及通信规约转换。变电站在扩充功能和扩展规模时，只需在通信网络上接入新增设备，无需改造或更换原有设备。
（２）加强对新技术的学习和培训，从人员技术水平上保证数字站的安全运行。在筹建阶段，就派出不同专业、不同层次人员数次到厂家学习。在投产和运行阶段，邀请厂家技术人员多次现场讲解。运行人员在日常工作中发现的问题即使很小也认真记录，与厂家技术人员咨询、探讨，不断获取经验。
３．２．２采用光纤和光电式互感器，节约运行维护费变电站的设备之间采用光纤通信，一条通道可
传输多路信息，二次线数量大大减少。１根电缆只能传输１个模拟量，而１根光缆可以传输多个数字量。实际应用中，根据需要有时１根光缆传输１３个量，也就是说，１根光缆可以代替１３根电缆。加上使用分层、分布网络技术，大幅度减少了二次接线的数量和复杂程度。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。采用光电式互感器，消除了由互感器引起的事故停运成本、修复成本。
目前，数字化变电站技术正处于研究应用阶段，为更好地发挥数字技术在电网中的应用优势，需要不断开发所需配套产品，完善已有产品，总结探索数字化变电站的建设、管理、维护和运行的经验，研究并制定数字化变电站设计、建设、运行、维护和管理的各种规范，为数字化变电站的推广应用奠定基础。在２２０ｋＶ杜尔伯特数字化变电站的建设和运行中，发现存在以下需要改进和完善的问题：
比差现场试验较为复杂，（１）光电ＴＡ的角差、
没有专门的校验仪器，现场校验时必须将合并器移至室外光电ＴＡ处才能进行一、二次对比试验。
（２）光电ＴＡ极性接线正确与否在现场无法确定，只有在投运带电后才能确定，尤其对主变等纵差保护在投运前无法确认其保护极性接线的正确性。
（３）保护校验复杂，在变电站运行中对单间隔保护校验难度很大，因为电流量、电压量都必须经过合并器后才能进入保护装置，由于电压用的合并器在运行状态，所以在试验时必须提供一套电压合并器才能输出，现有校验仪不能满足数字化保护所需的电流量和电压量，另外母差保护在投运后校验更困难，需要多台合并器。
（４）光电ＴＡ变比偏大，如２２０ｋＶ光电ＴＡ的变比为１２００／５，只有上限，而且其精度均为在该变比下测得，当变比在１２００／５以下时精度不能保证。
５数字化变电站应用中存在的问题
３．２．３便于变电站新增功能和扩展规模
变电站的设备间信息交换均通过通信网络完
成，变电站在扩充功能和扩展规模时，只需在通信网络上接入新增设备，无需改造或更换原有设备，保护用户投资，减少变电站全生命周期成本。数字化变电站的各种功能的采集、计算和执行分布在不同设备实现。变电站在新增功能时，如果原来的采集和执行设备能满足新增功能的需求，可在原有的设备上运行新增功能的软件，不需要硬件投资。
数字化变电站相对于常规的综合自动化变电站造价基本相当，但极大地增强了运行的可靠性和安全性，实现了信息在运行系统和其他支持系统之间的共享，兼容性能优越，便于新增功能和扩展规模，减少变电站投资成本。
数字化变电站技术含量高，电缆等耗材较常规站节省，具有节能、环保、节约社会资源的多重功效。
４数字化变电站的运行
２２０ｋＶ杜尔伯特数字化变电站采用集控工作
２２０ｋＶ线路和主变变比一般都小于１２００／５，尽管在合并器上可以修改变比，如改为所需的３００／５，但
不能保证测量和计量精度。
（５）由于故障录波器和小接地装置都需外接的零序电流和零序电压量，而主控室内的电流量和电压量都是经过合并器后分配给不同装置的，合并器不能提供外接的零序电流和零序电压，这将造成小接地装置无法选线，也影响故障录波器的启动。
（６）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（下转第１９页）
站管理模式，为保证在高海拔、高寒、四季温差大的草原特殊气候环境下稳定、安全、可靠运行，特别在最寒冷的季节，各种数据采集、传输的准确无误，在运行管理方面实施了以下措施：
（１）编制数字设备运行规程，从制度上保证变电站的安全运行。针对光电互感器、合并器、同步器、光纤等设备完善现场运行规程，编制现场作业指导
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率之差小于等于０．２时，系统处于不结垢的亚稳定状态；（２）式表示当氯根的浓缩倍率与硬度的浓缩倍率之差小于等于０．２时，系统处于不结垢的亚稳定状态。对于碱度构成较为复杂的中水，在受热浓缩过程中，碱度损失较大（碱度转化或挥发），即使氯根的浓缩倍率与碱度的浓缩倍率之差远大于０．２，氯根的本试浓缩倍率与硬度的浓缩倍率之差仍远小于０．２。验用水为中水，碱度构成复杂，且在加热运行中有损失现象，因此仅能以（２）式来确定系统的浓缩倍率。
含量。药剂采用生物絮凝剂ＪＤ－８０２，对试验用水进行了部分调配，絮凝时间为１ｈ，试验记录如表４。经处理后的水质达到了《污水再生利用工程设计规范》（ＧＢ５０３３５－２００２）中３项指标的要求［３］。
表４
序号原水加药量———絮凝试验记录
!ＣＯＤｃｒ・ｍｇＬ－１
!总磷５０．４０．４０．１０．２!氨－氮３４．６１１．４９．４１０．０９．０７３．７１９．０１４．８１１．０９．９１２３４５１０１５２０３．３阻垢试验记录
动态模拟阻垢试验的参数和数据如表３。
表３
项目加药量・／ｍｇＬ－１循环水试验运行记录
２号８ＴＰ３１７３号８ＴＰ３１７ＪＤＺ－２１１８ＴＰ３１７１号８ＴＰ３１７５结束语
无论是电厂节约运行费用方面，还是开发利用
管材型号管材规格水资源方面，电厂利用中水水源，都具有良好的经济效益和社会效益。污水处理厂出水水质较天然水差，不但含盐量大且含有大量的细菌、藻类、氨、氮、磷、有机物等复杂成分。而作为工业循环水，当其达到一定浓缩倍率时，需要对循环冷却水进行阻垢、防腐等方面的稳定处理。试验结果表明，采用城市中水深度处理水作为电厂循环水补充水的水源是可行的。通过采用投加ＪＤ－８０２生物絮凝剂对补充水进行预处理和投加ＪＤＺ－２１１阻垢缓蚀剂对循环水进行稳定处理，并辅以杀菌灭藻处理的方案，可以使浓缩倍率达到４．０以上，满足工程设计要求。
［参考文献］
［１］安鼎年．污水回用技术国内外现状及发展远景［Ｊ］．中国环
保产业，２００３，（３）．
／（ｍｍ×ｍｍ×ｍｍ）运行开始时间运行结束时间运行时间２５×０．７×５７０２５×０．７×５７０２５×０．７×５７０２５×０．７×５７０２００６－０６－０５２００６－０５－３０２００６－０５－２１２００６－０６－０５Ｔ１７：２９Ｔ１６：１５Ｔ１２：０１Ｔ１７：２９２００６－０６－１０２００６－０６－０５２００６－０５－２５２００６－０６－１０Ｔ１５：５６Ｔ０７：５３Ｔ０６：０４Ｔ１５：５６１１８６００３．２８６．１８１３６６００３．８３８．９８９０６００３．０３７．６５１１８６００４．３５６．７２／ｈ给定循环水流量／（Ｌ・ｈ－１）试验浓缩倍率污垢热阻・／（ｍ２℃）・Ｗ－１从浓缩倍率和污垢热阻来看，ＪＤＺ－２１１新型阻垢缓蚀剂的阻垢性能，明显优于其它３种药剂。
４絮凝试验
絮凝试验的主要目的是降低ＣＯＤＣｒ、总磷、氨氮
［２］ＧＢ５００５０－１９９５，工业循环冷却水处理设计规范［Ｓ］．［３］ＧＢ５０３３５－２００２，污水再生利用工程设计规范［Ｓ］．
编辑：王金丽
以来，各种数据采集、传输准确无误，运行稳定、安全、可靠，且不受环境影响，具有良好的示范作用和推广应用前景。
随着电网规模不断扩大，为保证安全、稳定的电网运行，电网技术创新势在必行，电网数字化建设是电力技术发展的必然方向。数字化变电站的建成投产，为电网数字化的建设奠定基础，符合电力系统数字化的发展潮流，在变电站技术的发展历程中具有划时代的意义。
编辑：董益华
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!（上接第７页）以上用取能线圈作电源，１０Ａ以下用激光电源，如故障发生时能否切换到激光电源，不致使光电互感器停止工作，有待在实际运行中考验。
（７）３５ｋＶ光电互感器在热备用时ＴＡ二次必须有负载，尽管光电互感器允许开路，但在实际送电时，即使在热备用中的光电互感器，如果ＴＡ二次开路，其响声很大，所以二次必须有负载。
６结论
２２０ｋＶ杜尔伯特数字化变电站投产２个多月
