（广州地铁运营事业总部）
摘要：随着当今电网技术的发展，变电站正向着数字化、智能化的方向快速前进。IEC61850标准作为迄今为止最完善的变电站通信协议，是实现变电站数字化和智能化的基础。牵引变电所是城市轨电交通的核心部分，为整条线路提供电源，同时它也是电力系统的重要用户之一。因此，顺应电网技术数字化、智能化的发展潮流，满足城市轨电交通对牵引供电系统的新的、更高的要求，如牵引供电监测系统更高的实时性和更大的数据容量，将IEC61850标准应用于牵引变电所，对其进行数字化改造势在必行。
关键词：IEC61850;牵引变电所;组成结构;关键技术手段;过程层
1、IEC61850的运用形势
IEC61850标准的制定出台旨在解决来自不同设备厂商的IED(IntelligentElectronicDevice，智能电子设备)之间的兼容性问题。对于城市轨道交通而言，性能优良的牵引供电系统是其安全、稳定运行的基石。牵采用自动控制技术、计算机信息处理、计算机通信与网络技术等，完成对牵引变电所内主要设备和配电线路的监视、控制、测量、继电保护、远动控制以及调度通信等二次系统功能的系统总称。
数字化牵引变电所将传统牵引变电所的一次高压设备单独划分出来，形成过程层，和原有的站控层、间隔层一起构成满足IEC61850标准的变电站3层模型体系。采用EIT(ElectronicInstrumentTransformer，电子式互感器)和ISG(IntelligentSwitchGear，智能开关设备)等新型设备，构建基于高速以太网技术的数据采集传输系统，实现全所IED的统一信息建模，达到各个厂商设备之间的互操作。数字化技术改变了传统牵引供变电的运营管理模式，改善了供电系统的运行水平，提高了应对事故和异常的能力，并使状态检修成为可能。
2、IEC61850标准解析
2.1 IEC61850变电站模型
IEC61850标准定义了变电站3层通信模型，在传统地将变电站分为站控层和间隔层的基础上，把采用新型数字化、网络化接口的一次设备，如EIT、ISG、智能传感器、智能执行器等，划分成一个新的独立层次，称之为过程层，其功能在IEC61850标准中定义为:“与过程接口的所有功能，即二进制状态和模拟量输入/输出功能，如数据采集，包括继电保护设备和电能计量设备需要的电压、电流信号等;发布命令，包括判定故障时发布的开关设备跳闸命令、重合闸命令等。”3层通信接口模型图如图1.1所示。由图1.1可以看出，带圈数字表示层与层之间、层内部以及与远控中心的信息接口，箭头表示信息交互方向。
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图1 1IEC61850定义的变电站3层通信接口模型图
2.2 IEC61850信息模型
信息的组织和表达方式谓之信息模型。IEC61850标准采用OMT(ObjectModelingTechnique，面向对象的建模技术)和分层分类的思想原则进行信息建模，将与IED具体功能无关的通用信息归为公用数据类，而将与IED具体功能相关的专用信息归入专用数据类，即LN(LogicalNode，逻辑节点)。IEC61850-7-4定义了90个LN，涵盖了全部的基本保护测控功能，并且为用户提供了扩展规则，以便满足不同客户对某些特殊功能的要求，用户可根据规则扩展得到自己所需的LN。IEC61850标准在进行信息建模时采用分层思想，自上而下依次为:服务器Server、LD(LogicalDevice，逻辑设备)、LN、DO(DataObject，数据对象)以及DA(DataAttribute，数据属性)。其中，LN为最小的功能单元。
3、智能变电所的IEC61850应用
牵引变电所的数字化改造过程中，对传统一次设备的改造方案一般有两种思路，一是将传统开关设备统一更换为ISG，其中包含新型的ECT(ElectronicCurrentTransformer，电子式电流互感器)和EVT(ElectronicVoltageTransformer，电子式电压互感器)，实现对电流电压参数的数字化采样和上传间隔层。二是依旧采用传统开关设备和电磁式互感器，而在一次设备场加装智能终端，实现传统电磁式互感器模拟采样值的就地数字化和上传间隔层功能。
方案一中，ISG的成本高昂，且ECT和EVT应用于中低压环境时具有以下弊端:
(1)ECT、EVT本身是为解决传统电磁式互感器的饱和问题，而在中低压环境中，电磁式互感器一般不存在饱和问题，故不宜采用ECT、EVT;
(2)中低压环境下的ECT、EVT输出为小电压模拟信号，不如电磁式互感器输出的1A或5A电流信号的抗干扰能力强，故不宜采用ECT、EVT。此外，若在35kV侧使用智能开关设备，则改造工程量很大，对行车的影响亦较为严重。因此，对于牵引变电所过程层的数字化改造过程中推荐使用如下方案:高压侧220kV断路器采用包含ECT、EVT的ISG，35kV侧依然沿用传统SF6 GIS开关柜和电磁式互感器，并加装智能终端和常规采集合并单元将采集到的模拟数据量就地完成A/D转换，上传间隔层保护测控单元。
ECT、EVT的特点及分类电力系统运行过程中，电流、电压的监测和获取十分重要，直接关系到整个系统的安全有效运行。如今大量使用的传统互感器，其基本原理都是法拉第电磁感应定律。随着电网运行电压的不断提高，传统互感器的缺点和问题也日益凸显:绝缘结构越发复杂，体积和重量越来越大;加之其本身的磁饱和、铁磁谐振等问题，传统的电磁式互感器已经开始不适用于高电压、数字化的新型变电站。ECT和EVT一般在高压侧利用光学或磁学传感器实现电流和电压信号的采集，通过光纤将信号传输至低压侧，经解调后输出数字量或模拟量信号。ECT和EVT相比传统互感器具有以下5个优点:
(1)取消了铁芯，从根本上消除了磁饱和及铁磁谐振的问题，提高了信号采集的线性度;
(2)高压侧采用光学传感器时，频率响应范围很宽，可达10MHz以上，能够实现高频信号及直流信号的测量;
(3)ECT、EVT中没有绝缘油，因此不存在充油而导致的易燃易爆的危险;
(4)采用光纤传输信号，电磁兼容性好，绝缘结构简单，且二次侧没有TA开路和TV短路的危险;
(5)ECT、EVT体积小、价格低，并且能够适应电能计量和继电保护的数字化、智能化。
4、结论
将IEC61850标准应用于牵引变电所数字化改造中，可以提高其供电的质量和安全性能，能够更好地满足高速铁路客运专线对牵引供电系统高性能、高质量、高可靠性、高智能化化的要求。结合现场实际，供电系统中可以将220kV侧传统互感器替换为效能比更高的ECT、EVT，35kV等中低压侧保留原先电磁式互感器，并加装智能终端单元和MU将其改造为数字化、网络化设备，以满足IEC61850标准。
参考文献
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