数字化计量系统与传统计量系统的对照如图 １、２ 所示。
ＣＴ ０．２ 级 线缆误差 ０．１
ＶＴ ０．２ 级
Ａ／Ｄ 转换
传统电能 表 ０．２ 级
测量系统 误差 ０．７
电子式 ＣＴ ０．２ 级
电子式 ＶＴ ０．２ 级
图 １ 传统计量系统
光缆数字传 输无误差
全数字系 统无误差
图 ２ 数字化的计量系统
测量系统 误差 ０．７
站控层 设备
监控计算机 Ａ
监控计算机 Ｂ
间隔层 网络
间隔层交换机 Ａ 间隔层交换机 Ｂ
间隔层 设备
保护装置、 测控装置 Ａ
变电站 某间隔
保护装置、 测控装置 Ｂ
过程层 网络
至跨间 至跨间
至跨间 至跨间
隔设备 隔设备 过程层交 隔设备 隔设备
如故障 如母线 换机 Ａ 如故障 如母线
录波 保护
录波 保护
３ 现阶段数字化变电站的实施方案
现阶段数字化变电站的实施方案包括了从站控 层到间隔层再到过程层的一系列满足数字化变电站 特点的设备以及网架结构。根据数字化变电站的特 点， 现阶段的数字化变电站的实施是在传统综合自 动化变电站的基础上进行的， 其实施方案主要分为 ３ 方面： （ １） 站控层与间隔设备间的通信； （ ２） 采样 数据的传输； （ ３） 开关智能终端与间隔层设备间的
比 ， 对 ＩＥＣ６１８５０ 协议、智能开关、电子式互感器、数 字 式 计 量 系 统 进 行 了 分 析 ， 阐 述 了 现 阶 段 数 字 化 变 电 站 的 建设是变电站未来发展的必然趋势。
关键词： 数字化变电站； 电子式互感器； ＩＥＣ ６１８５０； 智能开关； 计量系统
但 同 时 也 需 要 对 数 字 化 变 电 站 概 念 与 ＩＥＣ ６１８５０ 协议作出区分， ＩＥＣ ６１８５０ 协议从根本上来说 是一个通信协议， 它并不是数字化变电站， 所以说数 字化变电站的建设离不开设备的数字化， 智能化的 一 次 设 备 才 是 数 字 化 变 电 站 建 设 的 根 本 。 而 ＩＥＣ ６１８５０ 协议仅仅是为了解决数字化后设备与设备间 的互操作性、互换性而提供的一个统一平台协议。
光学电子式电压互感器： 通过横向和纵向调制 传感器测量电压， 目前难以对相位差进行精确测量， 一般采用干涉方法将通过晶体的相位调制光变成 振幅调制光， 检测光强来间接检测相位。影响因素： Ｆａｒａｄａｙ 效应会受到双折射（ 固有双折射、应力双折 射、温度双折射） 、温度、振动等因素影响， 温度将影 响介质的 Ｖｅｒｄｅｔ［８］常 数 、折 射 率 等 ， Ｐｏｃｋｅｌｓ 效 应 的 工 作 稳 定 性 会 受 到 温 度 、应 力 、晶 体 尺 寸 及 光 源 波 长稳定性等诸多因素的影响。光学电子式互感器技 术复杂、成本高， 性能不易稳定， 实用化进程缓慢。
２．４ ＩＥＣ ６１８５０ 协议的应用 １９９９ 年 的 ＩＥＣ ＴＣ５７ 京 都 会 议 和 ２０００ 年
ＳＰＡＧ 会议提出制订 ＩＥＣ ６１８５０ 协议作为变电站建 设的无缝通信协议。ＩＥＣ ６１８５０ 协议的 １～１０ 部分 已正式发布。
ＩＥＣ ６１８５０ 协议提供了变电站自动化系统功能 建 模 、数 据 建 模 、通 信 协 议 、通 信 系 统 的 项 目 管 理 和 一致性检测等一系列标准［１０］。按照 ＩＥＣ ６１８５０ 协议 建设变电站的通信网络和系统， 是建设数字化变电站 的有效途径。ＩＥＣ ６１８５０ 协议的发布和符合其标准的 设备的推出， 为建设数字化变电站提供了坚实的基础。
理 想 的 智 能 开 关 是 指 在 断 路 器 内 嵌 电 压 、电 流 变换器及其光电测量系统［９］， 由微机控制的二次系 统、ＩＥＤ 设备和相应智能软件实现集成开关系统智 能性的开关设备。但由于智能开关等一次智能化设 备的开发周期以及造价等原因， 目前最佳的解决方 案依旧是采用智能终端 ＋ 传统一次设备的方式。从 严格意义上来说应该智能终端称之为智能操作箱 即将原有的操作回路下放至端子箱再配以智能化 系统来实现传统开关设备的数字化。实现了传统开 关的“自我描述”“自我检测”机制。 ２．３ 计量系统的应用
数字化变电站的主要一次设备和二次设备都 应为智能设备， 这是变电站实现数字化的基础。智 能 设 备 具 备 可 与 其 他 设 备 交 互 参 数 、状 态 和 控 制 命 令等信息的通信接口。如果确需使用传统非智能设
收稿日期： ２００７ － ０６ － １２
备， 应通过配置智能终端将其改造为智能设备。设备 间信息传输的方式为网络通信或串行通信， 取代传 统的控制电缆、ＣＴ 电缆和 ＰＴ 电缆等硬接线。
理想的过程层 ＩＥＤ— ——智能开关是指在断路器 内嵌电压、电流变换器及其光电测量系统， 由微机控 制的二次系统、ＩＥＤ 设备和相应智能软件实现集成 开关系统智能性的开关设备。其最大的优点是间隔 内自动闭锁和“五防”， 保证设备和人身安全； 按电压 波形控制合闸角， 按最佳灭弧时间控制跳闸， 以减少 操作过电压就地实现重合闸； 实现设备在线监测和 诊断， 为状态维修提供参考； 实现就地重合闸以及其 他当地可以执行的功能， 而不依赖站级控制系统。
混合电子式互感器（ 电学电子式互感器） 技术 成熟， 运行经验多， 具有实用化优势。且罗氏线圈 ＋ 采集器方式来实现的混合电子式互感器（ 电学电子 式互感器） 已经得到了很好工程实践， 到现在已有 几十个站利用这种方式实现了一次设备的数字化， 是目前数字化变电站实施的最佳选择。 ２．２ 智能开关的应用
１ 理想数字化变电站的模型
１．１ 数字化变电站的进程 ２０ 世纪 ７０ 年代是远动技术； 八九十年代是变电
站自动化系统； 本世纪初是数字化变电站系统。其主 要技术方向为： （ １） 传感技术； （ ２） 电子技术； （ ３） 网 络通信技术； （ ４） 标准协议。 １．２ 数字化变电站的基本概念
数字化变电站是指变电站的信息采集、传输、 处 理 、输 出 过 程 全 部 数 字 化 ， 基 本 特 征 为 设 备 智 能 化 、通 信 网 络 化 、模 型 和 通 信 协 议 统 一 化 、运 行 管 理 自动化等。数字化变电站建设的关键是实现能满足 上述特征的通信网络和系统， 并开发出相应的智能 设备。ＩＥＣ６１８５０ 标准包括变电站通信网络和系统的 总体要求、功 能 建 模 、数 据 建 模 、通 信 协 议 、项 目 管 理和一致性检测等一系列标准。数字化变电站可按 照 ＩＥＣ６１８５０ 标准建设通信网络和系统的变电站。 １．３ 数字化变电站的设备特点
中图分类号： ＴＭ６３
文献标识码： Ａ
文章编号： １００９ － ０６６５（ ２００７） 增刊 － ０００５ － ０３
随着数字化技术不断发展， 数字化变电站将是 继综合自动化技术后电力系统变电站建设的又一 次革新。国家电网公司也已经将数字化变电站建设 纳入到十一五规划重点发展方向。数字化变电站必 将是变电站建设的趋势。但目前关于数字化变电站 的定义以及发展方向一直以来都没有清晰的概念。 所以现阶段数字化变电站的建设方案的制定将显 得尤为重要。本文中所提及的数字化变电站的建设 方案已投运了十几个站， 覆盖了 ２２０ ｋＶ～３５ ｋＶ 不 同电压等级的数字化变电站。
汤汉松 等： 数字化变电站的现状与未来
７
连接。在站控层与间隔设备间的通信主要体现在协 议 层， 现 在 有 ＩＥＣ ６１８５０ 协 议 和 ＩＥＣ ６１８７０－５－１０３ 协议。后台系统应能同时支持这两种协议的的间隔 层设备接入并能将一些不能走 ＩＥＣ ６１８５０ 协议的设 备通过规约转换器转换后接入后台监控系统。采样 数据的传输采用 ＩＥＣ ６１８５０－９－１ 点对 点 传 输 协 议 ， 跨间隔间采用 ＩＥＣ ６００４４－８ 传输协议中规定的高速 串行 ＦＴ３ 传输协议。开关智能终端与间隔层设备间 的连接按照 ＧＯＯＳＥ 单独组网模式即所有开关量信 息 、跳 闸 信 息 以 及 跨 间 隔 跳 闸 信 息 通 过 交 换 机 相 连 分别送至各间隔设备和开关智能设备。网络架构图 见图 ３。
２００７ 年 ８ 月
江苏电机工程 Ｊｉａｎｇｓｕ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
第 ２６ 卷 增刊
５
数字化变电站的现状与未来
汤汉松， 孙志杰， 徐大可 （ 国电南自新宁公司， 江苏 南京 ２１０００３）
摘 要： 随着数字化变 电 站 的 发 展 以 及 ＩＥＣ ６１８５０ 协 议 的 不 断 推 广 ， 数 字 化 变 电 站 的 建 设 已 由 理 论 研 究 阶 段 走 向 工
数字化变电站的设备状态信息应包括其自身健 康状态。设备根据需要设计相应的在线检测功能， 实 时提供设备的健康状态信息， 变电站自动化系统可 根据设备健康状态提出检修要求， 实现计划检修向 状态检修的转变。
数字化变电站不需解决不同制造商设备信息代 码表不统一的问题。数字化变电站的设备信息应符 合标准的信息模型， 具有“自我描述”机制。采用面向 对象自我描述的方法， 传输到自动化系统的数据都 带说明，马上建立数据库，使得现场验收的验证工作 大大简化，数据库的维护工作量大大减少， 实现设备 的“即插即用”。 １．４ 智能开关与电子式互感器
数字化变电站由于采用了电子式互感器， 从而 使得传统的计量系统（ 电度表） 已无法使用， 在现阶 段已开发出能够接 ＩＥＣ ６１８５０ 协议过程层接口的电 度表从而满足了数字化变电站对于计量系统的需 求。数字式电度表 ＤＴＳＤ／ＤＳＳＤ１０５６ 已获得了质量
技 术 监 督 局 的 计 量 许 可 证 ， ＤＴＳＤ／ＤＳＳＤ１０５６ 三 相 电子式多功能电能表在接收到光纤以太网传送的数 字化电流电压信号后， 实时运算和处理 ＣＰＵ 系统对 该数据进行处理光电式电能表的电量输入采用了数 字输入接口模式。数字输入接口严格遵循了当前国 际流行的 ＩＥＣ６１８５０ 标准， 数字输入接口在物理和链 路层上采用了 ＩＥＣ６１８５０ 推荐的高速光纤以太网。