（国网山西省电力公司 030001；山西电力职业技术学院 030001）
摘要：主要研究数字化变电站过程层技术，介绍了数字化变电站过程层智能化一次设备技术，在此基础上给出了基于IEC61850的两个过程层通讯方案。
关键词：数字化变电站；过程层技术
过程层技术是数字化变电站技术的核心技术，变电站自动化系统根据逻辑结构关系可以划分为站控层、间隔层和过程层三个层次，其中过程层主要负责智能设备和间隔层监控、保护、记录功能相关设备的数据通信，现阶段研究难点集中在控制成本和提高运行可靠性两方面，进一步提高过程层通信效率和稳定性，对保障数字化变电站运行安全稳定有重要意义。
一、过程层一次设备
（一）电子互感器
电力系统不断发展，智能化数字化程度不断提高，发电量不断增加，输变电容量也随之逐渐提升，传统的电磁互感器出现了磁饱和、铁磁谐振、动态范围小、暂态性能差的问题，高电压等级之下，绝缘系统过于复杂，需要新型的，满足高电压大容量需求的互感器。电子互感器正在这种形势下发展起来，IEC61850-9系列标准也得以广泛应用和推广，使电子互感器开发能够遵循统一的技术标准。
电子互感器主要有基于光效应和基于泡克耳效应两大类，可以借助光进行信息传输，和高压电路之间完全隔离，因此不会受到强电磁干扰，不会出现饱和情况，测量范围更大，效应频带更宽，体积也更小，在各种超高压开关设备中均得到了广泛应用。互感器设备的高电位部分无需电源，因此电子互感器也被称作无源电子式互感器，另有一种有源电子式互感器如空心线圈电流互感器、带铁芯低功率电流感器和电阻分压式互感器，体积小重量轻，暂态性能好，但是高电位传感器需要接独立电源。
根据信号类型划分，电子互感器有数字信号和模拟信号两种，中低压开关柜内传感器和二次保护与测量设备一般安装在一起，相互之间距离不会超过1m，这种情况下可以选择输出模拟量，互感器模拟输出量直接连接二次设备，而高电压等级电子互感器一般为数字量，使用合并单元接交换机完成数据通讯，二次装置从网络上获取模拟与状态信息。
（二）智能开关
高压开关设备主要功能是电力线路的开关以及电路负荷的输送和倒换，同时还负责故障线路和设备的退出以及系统核心设备的保护。传统断路器为一排硬线连接机电式继电器，能够实现单相控制、反跳跃、相位仪、失气压闭锁等功能。国际大电网会议研究委员会对高压断路器可靠性的研究和统计结果显示，高压断路器故障中，有29%属于控制与辅助回路故障，次要故障中，20%都是辅助和控制回路导致，说明传统的机电控制装置故障率很高。
而使用微处理器的智能开关则能够弥补传统的机电控制装置的不足，进一步提高断路器运行安全性和稳定性，同时降低设备造价，延长设备使用寿命，减少设备占地面积，并提供了设备的在线监测、状态分析和故障诊断功能，智能操控分合闸操作，根据电压波形调整合闸角度，选择最佳灭弧时间跳闸，从而减少操作过电压，显著延长开关使用寿命。
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智能开关应用了微机控制二次系统和人工智能接口技术，实现了户外高压设备的在线监测和实施数据通讯，构成了数字化智能电网的自动化基础，简化了变电站运行维护工作。
二、二次设备数字化
（一）过渡协议
传统的一次设备二次设备之间采用了点对点通信模式，使用电缆传输模拟信号与开关信号到各个二次设备，而IEC61850过程层技术则大量应用了智能一次设备，过程层结构也明显改变。基于IEC61850-9-1通信协议的过程层结构明确了变电站间隔层与过程层之间通信的专用通信服务映射，是一种单向多路点对点连接映射，建立和IEC60044-8一致多路点对点串行通信链路，能够为变电站内各种电子式电压互感器、电流互感器合并单元、继电保护等间隔层设备提供可靠通信。
IEC61850-9-1本质上是一个过渡性协议，主要目的是实现电子式TV、电子式TA更快速的应用和推广，使用电子式互感器代替传统传感器，光缆代替传统的通信电缆，但是仍然是一个装置对应一个采集点的工作模式，信息共享程度不高，不能进一步发挥一次智能设备的优势，系统结构的网络化与数字化程度也一般，网络结构更加接近传统结构。
（二）IEC61850-9-2
智能化程度更高的变电站对采样频率的要求更高，而且需要通用数据集之外的其他采样值，间隔之间也要求通信与同步，为满足这些新的特殊需求，IEC61850又提出了IEC61850-9-2通信协议，更加详细的说明了IEC61850-7-2的抽象规范，定义特殊传输采样值通信服务映射，是一个基于混合协议栈的抽象模型，IEC61850-8-1可直接方位ISO/IEC8802-3链路，进一步增强了间隔层与过程层之间的通信能力。过程总线基于快速交换式以太网技术，满足传输电流、电压互感器瞬时值所需的带宽需求，并对数据流进行了分散处理，有效避免了网络碰撞，为开关间隔设备、智能化一次设备和电子互感器提供通讯接口。
结语：
数字化变电站是一个广义上的概念，简单的应用智能一次设备，改变二次装置接口并非真正意义上的数字化，而是强调一次设备与二次设备之间的协作发展。
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论文作者:朱善俊,刘瑞英
论文发表刊物:《电力设备》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/24
标签：互感器论文; 变电站论文; 设备论文; 过程论文; 电子论文; 通信论文; 智能论文; 《电力设备》2017年第19期论文;