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摘要：220kV数字化变电站即为变电站的信息采集、传输、处理、输出过程全部数字化，并建立与之相适应的通信网络和系统，作为一门新兴技术，数字化变电站从提出开始就受到了极大的关注，目前已成为我国电力系统研究的热点之一，随着相关软硬件技术的不断发展和成熟，数字化变电站将成为变电站技术的发展方向。
关键词：220kV数字化变电站；设计；应用；研究
1.220kV数字化变电站的概念以及特点
220kV数字化变电站是由智能化一次设备，比如电子式互感器、智能化开关等，和网络化二次设备分层，如过程层、间隔层、站控层等一起构建的，建立在IEC61850标准和通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。
从变电站自动化发展进程来看，220kV数字化变电站是介于61850变电站和智能化变电站之间的一种过度型变电站方式。它采用了电子式互感器、智能化开关等设备，在实现信息共享和互操作的基础上实现了减少二次电缆敷设，但是还没有统一考虑数字式电能表、在线检测等。
220kV数字化变电站有智能化的一次设备、网络化的二次设备以及自动化的运行管理系统。其中一次设备被检测的信号和被控制的操作驱动回路进行重新设计，采样微处理器和光电技术设计，使原来用二次电缆传输的信号量，都通过集成智能化一次设备实现。变电站内常规的二次设备之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现场接口，通过网络真正实现数据共享、资源共享，常规的功能装置在这里是逻辑的功能模块。220kV数字化变电站的自动化系统一般包括电力生产运行数据、状态记录统计无纸化、数据信息分层以及分流交换自动化，在变电站运行发生故障时可以提供故障分析报告，并指出故障原因，及时提出处理意见。
220kV数字化变电站相较于之前的变电站，存在着很多优点。比如工作量变少、性能高，安全性也十分高。而且数字化变电站实现了资源共享，在一定程度上减少了成本，还具有环保、节能等多重功效。
2.220kV数字化变电站系统的基本结构
在220kV数字化变电站设计过程中，IEC61850属于通信和建模的重要基础，在智能化网络连接设备以及数字层设备等多种现代设备利用下，构成了可互操作的智能化、现代化变电站。在220kV数字化变电站建设中，一次设备和二次设备属于关键组成部分，该部门的各构件也都是智能化设备。智能通信接口装置需要具备多样化功能，并且可以顺畅的和其他相关设备实现信息的交换，显示相关参数和收发状态，还能控制命令。当前220kV数字化变电站系统中包含了两个网络的三层结构，两个网络分别为站级过程层网络和分布式网络，三层结构分别是过程层、间隔层和站控层。
2.1三层结构
220kV数字化变电站的三层结构中，包括了站控层、间隔层和过程层。
（1）站控层中包含多个子系统，分别是对时系统、自动化系统、通信系统和站域控制系统等。站控层主要是对全站所有一次设备进行控制和测量，具有同步相量采集、操作闭锁、数据采集、保护信息管理、电能量采集以及监视控制等功能；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；将有关数据信息送往电网调度或控制中心；接收电网调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行。
（2）间隔层的设备通常是指二次设备，包括故障录波器、继电保护装置以及测控装置等。间隔层主要是通过一个间隔数据对该间隔对应一次设备发挥相应功能，包括控制器通信、和多种远方输出/输入以及智能传感器。
间隔层的主要功能是：汇总本间隔过程层实时数据信息；实施对一次设备的保护控制功能；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控制；执行数据的承上启下通信传输功能，同时高速完成与过程层的网络通信功能，上下网络接口具备双口全双工方式以提到信息通道的冗余度，保证网络通信的可靠性。
（3）过程层涵盖了智能终端、智能设备以及合并单元等，这些装置都是由各种智能组件和现代化一次设备所构成的。过程层能够对变电站的电能进行传输、变换以及分配等操作，同时还具备电能计量、保护、控制、状态监测、以及测量等功能。
2.2两个网络
220kV数字化变电站系统包含两层网络，分别是站控层网络和过程层网络。站控层网络包含了间隔交换机、站控层中心交换机等相关设备。站控层的间隔交换机，与间隔中的测控、保护以及其他相关智能电子设备相连接；站控层对应的中心交换机，和数据服务器、数据通信网关机、综合应用服务器以及监控主机等设备相连接。中心交换机与间隔交换机，两者利用光线构成同一个物理网络。MMS是间隔层和站控层的网络通信协议，因此该网络也叫MMS网，网络能够在对虚拟局域网实现划分基础上，分割出多个差异性的逻辑网段，即多个差异通道。
过程层网络有两个网，分别是SV网和GOOSE网。SV网主要是在过程层和间隔层对应设备之间传输采样值，保护装置和对应间隔合并单元相互之间，主要是通过点对点方式将SV数据接入，即直采直跳；GOOSE网主要是在过程层和间隔层相应设备之间，实现数据交换。该网通常是根据电压等级实现具体配置，对于超过220kV的电压等级，一般使用双网，保护装置和对应间隔智能终端两者之间实现通信，主要是通过GOOSE点对点方式实现的。
3.220kV数字化变电站设计中的关键技术
（1）智能化一次设备。随着智能化电气装置的快速发展，衍生出智能化开关、光电式互感器等多种机电一体化设备，这些设备在数字化变电站设计中具有很高的应用价值。其中光电式互感器能够实现远距离传输，线性度非常高，并且铁磁饱和没有铁磁谐振，具有较高的安全性和抗干扰能力，整体体积小，重量轻，精准度非常高，能够快速的应对电力系统错误，并实现大范围的测量，还要高灵敏度等优点可以充分满足暂态保护各方面要求，并符合电力系统网络化、智能化以及数字化建设的要求，可作为一次设备智能化设计的重要基础。智能断路器除了包含基础的断路器装置技术以外，还具备在线监督、智能控制、电子技术以及数字化接口等多种高智能技术。
（2）网络化二次设备。在数字化变电站设计中应用网络化二次设备，充分满足智能化一次设备、IEC61850通信规定，以及光电式互感器实际应用需求。以往大众认知且接触较多的二次设备，包括稳控设备、继电保护设备、测量控制设备、VQC、故障录波设备以及防误闭锁设备等设备，都将实现模糊化和标准化的微处理，通过高速网络通信实现各装置之间的相互连通。不需要多次在二次设备中设置I/O现场接口，可直接通过网络共享资源并交流数据。
（3）状态检测技术。在数字化变电站设计中应用状态检测技术，能够将以往的定期检修逐渐转为维护检修，将目前的定期检修制度加以优化和改革，有效节约人力物力等资源。利用状态检测技术对设备进行故障检测，能够有效降低故障维修使用的时间，保障设备快速恢复正常运行状态，同时通过该技术还能及时检测到设备异常以及缺陷等早期信号，为设备正常、可靠的运行提供重要支持和保障。当前变电站很多设备上都已经应用了状态检测技术，未来也有重要的应用发展空间。
结语
虽然现在220kV数字化变电站中在各个方面还存在着很多的问题，但是，只要我们重视这些问题，积极探究解决方法，运用新型科技，进行技术和设计上的改造，在兼容性和运行方面多做研究，一定会使数字化变电站在现有的基础上达到一个新的高度，使其更快地在我国普及，并向智能化变电站更好的过渡，为实现中国梦做出贡献。
参考文献
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