浅析IEC61850标准与数字化变电站

浅析IEC61850标准与数字化变电站

时间：2009-8-26  来源：周喜超 电力信息化

 

我国有关厂家积极跟踪IEC61850标准，不少厂家尤其是一些知名企业取得了很大成果，在变电站层和间隔层已实现IEC61850，但在过程层上与国外厂家有差距。

我国设备生产厂家一、二次分家比较明显，生产一次设备的厂家不生产二次设备；反之也一样，能否在我国一、二次设备厂家之间进行有重点地无缝整合，促进智能化开关等一次设备的生产；在二次设备厂家和通信、自动化专业厂家之间再进行强强联合，进一步提升实力还是需要考虑的。

国内还没有一家权威测试机构能做IEC61850一致性测试[6]。规约一致性测试机构应该由第三方机构来执行，而且还必须得到国际上的认可。亟需建立一个有权威性的数字式设备和规约测试机构，在国际电工委员会IEC TC57技术委员会相关工作组上有发言权，对于我国发现的问题经过协调和讨论后成为IEC61850中的条款和内容。

电力公司需要进一步整合力量，把电力公司作为用户的理念、要求反映出来， 积极参与到IEC61850的研究、推广中，并根据研究成果和运行经验影响IEC61850标准的修订。启动基于IEC61850的数字变电站标准化有关工作，制定企业管理标准、工作标准和技术标准，在招标设备功能技术规范书中提出明确的标准化要求。

3 基于IEC 61850标准的数字化变电站在国内将越来越受到关注在制定IEC61850的过程中，英国、德国、荷兰等国家都相应的建立了示范工程，用以推广、验证标准的理论体系和实现技术。ABB、西门子、AREVA等公司在全球范围内均有整站投运的先例。2004年l1月，西门子输配电集团在瑞士承建了世界上第１个运用IEC61850通信规约的变电站自动化系统，到目前为止，西门子在全球已经完成了运用同样规约的变电站工程100多项； ABB也在全球完成几十项基于IEC61850的变电站自动化系统工程。

目前国内已有多个基于IEC61850的变电站投入运行， 例如， 西安110 kV少陵变、广西500 kV桂林变、云南110 kV翠峰变、北京500 kV顺义变、西安110 kV阎良变，等。甘肃省110 kV天水平南(王坡)变电站就是一个部分基于IEC 61850的数字化变电站。天水平南(王坡)变电站主变压器本期1× 20 MVA； 110 kV进出线２回；35 kV出线４回；10 kV出线２ 回； 10 kV无功补偿装置1×2 100 kVar； 串联电抗为13％ ；10 kV所用变1×100 kVA。

变压器使用了武汉长江通信的110 kV的ECT、EPT， 四方继保自动化股份有限公司的信号转换设备、合并单元和保护装置等二次设备。变压器保护CSC326FA保护装置在110 kV侧采用光以太网接入ECT、EPT数字光纤信号，35 kV和10 kV侧采用转换盒将传统CT、PT的100 V/5A模拟信号转换为数字光纤信号。ECT、EPT价格约为常规CT、PT的1.5倍，采用进口汇控柜，价格比较贵。

天水平南(王坡)变电站于2005年7月开始设计，2006年10月完成二次设备的安装调试，2006年11月正式投入试运行。经过１年多的运行表明，数字互感器及数字保护运行稳定，通过与常规设备比较，其特点为：ECT、EPT采样精确，无饱和现象，安装方便，节省控制电缆等安装材料及土建费用，调试简单等，是今后发展的方向。

实际存在的问题是没有把握全部采用ECT、EPT， 由于ECT、EPT使用电子器件，所以设备的寿命和可维护性，以及电子设备对环境的适应性（如温度、湿度和电磁干扰等）等因素需要时间的考验，而且还要考虑成本；智能化的开关还无成熟的国产产品，采用进口设备，价格无法承受，采用汇控柜加常规开关方案； 虽然安装调试简单，但需要依赖厂家，电力公司还没有相应的测试设备、手段和专业人员，也没有相应的标准，而且自动化、通信和继电保护人员责任不明确。

国家电网公司为贯彻“集团化运作、集约化发展、精益化管理、标准化建设”的要求，在大力推广应用和深化完善输变电工程通用设计（原输变电工程典型设计），编制变电站通用设计标准。在此标准中，还没有对贯彻落实IEC 61850提出具体要求。

所以要经过已经投产或以后陆

续投产的基于IEC61850的数字化变电站运行经验的积累，非常规CT、PT的可靠性得到进一步证明，且价格有竞争力，国产智能化开关的研制和应用， 电力公司有关技术标准、管理标准等的完善，有关人员培训等，再加上有基于IEC61850数字变电站标准化示范工程的推动，基于IEC 61850的数字化变电站将在国内全面推广应用。

4 数字化变电站给变电运行工作带来的新挑战

基于IEC61850通信协议的数字化变电站将变革传统的变电站一、二次设备，数字化变电站的试点建设及运行表明，它将给变电站的设计、安装、调试、验收和运行带来新的挑战。

（1）数字化变电站一次设备被检测的信号回路和被控制的操作驱动回路采用微处理器和光电技术设计， 简化了常规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传统的导线连接；

（2）基于IEC61850的数字化变电站的二次系统设计，需要打破传统的设计方案，要设计出结构合理、满足实际需要的可靠系统，就需熟悉各种IEC61850设备的功能逻辑节点LN，以便能够将物理设备通过逻辑节点连接去实现所需功能；

（3）数字化变电站的安装、调试过程是系统网络化和数字化的过程[8]，IEC61850标准的使用为这些过程赋予了新的工作内涵，需要针对IEC61850的特点和需要及时的修改、补充和完善现有的工作方式，适应新系统的要求。在期间需特别强调的是交接性试验的重要性， 它是数字化变电站实现的基础，保障以后变电站安全、可靠运行的重要前提；

（4）数字化变电站的建设给现场验收工作带来了新的形式要求，需要根据IEC61850标准，不光要验收系统中的硬件、软件，还包括系统中使用的说明文档、设备的配置参数文档、系统数据和信息模型文档及系统和设备的配置文件等项目；

（5）以IEC61850为核心的新设备功能更强大，设备通过灵活的配置完成各种组合的功能，这就要求配置信息得到可靠的保管和管理。如管理不完善，就会对日后的维护工作带来不可避免的难题；

（ 6） 由于原来的SCADA和其他的控制系统是一个独立系统，是厂家的专有产品，它们的安全性来自其硬件平台和逻辑结构与外界不同。数字化变电站综合自动化系统基于开放的、标准的网络技术，所有的供应商均可开发基于因特网的应用程序来监测、控制或远方诊断，但可能导致计算机控制系统的安全性降低。对于电力系统这样一个要求高可靠性和安全稳定性的系统而言，安全问题尤其突出；

（7）实现数字化、程序化的操作流程是数字化变电站必须的，变电站间隔层程序化控制模式可以提高响应速度和可靠性，使操作更快捷，但必须要保证程序化控制的可靠执行，要求保证系统程序的稳定性和可靠性；

（8）变电站的运行管理系统包含的内容更丰富，如：电力生产运行数据、状态记录统计分析、数据信息分层、分流交换的自动化等内容，变电站运行发生故障时能即时分析、处理，将常规的设备“定期检修”改为“状态检修”。

结合IEC61850的特点和在运行工作中产生的影响，作为数字化变电站的管理者—电力公司，也要与时俱进，制定相应的管理规范和工作规范，与数字化变电站的建设保持同步，充分发挥数字化变电站的优势。

5 结语

当前采用IEC61850构建的数字化变电站，应该还属于功能实现的初步阶段；通过数字化变电站的试点建设和运行经验，得出了一些在今后工作中的面临的新挑战， 另外，对符合IEC61850通信接口要求的智能设备，其配套标准完善、长期稳定性、可靠性、验证、认证等等方面，也尚存在诸多需要逐步解决的问题。相信在各个专业的协作下，数字化变电站将会取得蓬勃的发展。

浅析IEC61850标准与数字化变电站

时间：2009-8-26  来源：周喜超 电力信息化

 

我国有关厂家积极跟踪IEC61850标准，不少厂家尤其是一些知名企业取得了很大成果，在变电站层和间隔层已实现IEC61850，但在过程层上与国外厂家有差距。

我国设备生产厂家一、二次分家比较明显，生产一次设备的厂家不生产二次设备；反之也一样，能否在我国一、二次设备厂家之间进行有重点地无缝整合，促进智能化开关等一次设备的生产；在二次设备厂家和通信、自动化专业厂家之间再进行强强联合，进一步提升实力还是需要考虑的。

国内还没有一家权威测试机构能做IEC61850一致性测试[6]。规约一致性测试机构应该由第三方机构来执行，而且还必须得到国际上的认可。亟需建立一个有权威性的数字式设备和规约测试机构，在国际电工委员会IEC TC57技术委员会相关工作组上有发言权，对于我国发现的问题经过协调和讨论后成为IEC61850中的条款和内容。

电力公司需要进一步整合力量，把电力公司作为用户的理念、要求反映出来， 积极参与到IEC61850的研究、推广中，并根据研究成果和运行经验影响IEC61850标准的修订。启动基于IEC61850的数字变电站标准化有关工作，制定企业管理标准、工作标准和技术标准，在招标设备功能技术规范书中提出明确的标准化要求。

3 基于IEC 61850标准的数字化变电站在国内将越来越受到关注在制定IEC61850的过程中，英国、德国、荷兰等国家都相应的建立了示范工程，用以推广、验证标准的理论体系和实现技术。ABB、西门子、AREVA等公司在全球范围内均有整站投运的先例。2004年l1月，西门子输配电集团在瑞士承建了世界上第１个运用IEC61850通信规约的变电站自动化系统，到目前为止，西门子在全球已经完成了运用同样规约的变电站工程100多项； ABB也在全球完成几十项基于IEC61850的变电站自动化系统工程。

目前国内已有多个基于IEC61850的变电站投入运行， 例如， 西安110 kV少陵变、广西500 kV桂林变、云南110 kV翠峰变、北京500 kV顺义变、西安110 kV阎良变，等。甘肃省110 kV天水平南(王坡)变电站就是一个部分基于IEC 61850的数字化变电站。天水平南(王坡)变电站主变压器本期1× 20 MVA； 110 kV进出线２回；35 kV出线４回；10 kV出线２ 回； 10 kV无功补偿装置1×2 100 kVar； 串联电抗为13％ ；10 kV所用变1×100 kVA。

变压器使用了武汉长江通信的110 kV的ECT、EPT， 四方继保自动化股份有限公司的信号转换设备、合并单元和保护装置等二次设备。变压器保护CSC326FA保护装置在110 kV侧采用光以太网接入ECT、EPT数字光纤信号，35 kV和10 kV侧采用转换盒将传统CT、PT的100 V/5A模拟信号转换为数字光纤信号。ECT、EPT价格约为常规CT、PT的1.5倍，采用进口汇控柜，价格比较贵。

天水平南(王坡)变电站于2005年7月开始设计，2006年10月完成二次设备的安装调试，2006年11月正式投入试运行。经过１年多的运行表明，数字互感器及数字保护运行稳定，通过与常规设备比较，其特点为：ECT、EPT采样精确，无饱和现象，安装方便，节省控制电缆等安装材料及土建费用，调试简单等，是今后发展的方向。

实际存在的问题是没有把握全部采用ECT、EPT， 由于ECT、EPT使用电子器件，所以设备的寿命和可维护性，以及电子设备对环境的适应性（如温度、湿度和电磁干扰等）等因素需要时间的考验，而且还要考虑成本；智能化的开关还无成熟的国产产品，采用进口设备，价格无法承受，采用汇控柜加常规开关方案； 虽然安装调试简单，但需要依赖厂家，电力公司还没有相应的测试设备、手段和专业人员，也没有相应的标准，而且自动化、通信和继电保护人员责任不明确。

国家电网公司为贯彻“集团化运作、集约化发展、精益化管理、标准化建设”的要求，在大力推广应用和深化完善输变电工程通用设计（原输变电工程典型设计），编制变电站通用设计标准。在此标准中，还没有对贯彻落实IEC 61850提出具体要求。

所以要经过已经投产或以后陆

续投产的基于IEC61850的数字化变电站运行经验的积累，非常规CT、PT的可靠性得到进一步证明，且价格有竞争力，国产智能化开关的研制和应用， 电力公司有关技术标准、管理标准等的完善，有关人员培训等，再加上有基于IEC61850数字变电站标准化示范工程的推动，基于IEC 61850的数字化变电站将在国内全面推广应用。

4 数字化变电站给变电运行工作带来的新挑战

基于IEC61850通信协议的数字化变电站将变革传统的变电站一、二次设备，数字化变电站的试点建设及运行表明，它将给变电站的设计、安装、调试、验收和运行带来新的挑战。

（1）数字化变电站一次设备被检测的信号回路和被控制的操作驱动回路采用微处理器和光电技术设计， 简化了常规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传统的导线连接；

（2）基于IEC61850的数字化变电站的二次系统设计，需要打破传统的设计方案，要设计出结构合理、满足实际需要的可靠系统，就需熟悉各种IEC61850设备的功能逻辑节点LN，以便能够将物理设备通过逻辑节点连接去实现所需功能；

（3）数字化变电站的安装、调试过程是系统网络化和数字化的过程[8]，IEC61850标准的使用为这些过程赋予了新的工作内涵，需要针对IEC61850的特点和需要及时的修改、补充和完善现有的工作方式，适应新系统的要求。在期间需特别强调的是交接性试验的重要性， 它是数字化变电站实现的基础，保障以后变电站安全、可靠运行的重要前提；

（4）数字化变电站的建设给现场验收工作带来了新的形式要求，需要根据IEC61850标准，不光要验收系统中的硬件、软件，还包括系统中使用的说明文档、设备的配置参数文档、系统数据和信息模型文档及系统和设备的配置文件等项目；

（5）以IEC61850为核心的新设备功能更强大，设备通过灵活的配置完成各种组合的功能，这就要求配置信息得到可靠的保管和管理。如管理不完善，就会对日后的维护工作带来不可避免的难题；

（ 6） 由于原来的SCADA和其他的控制系统是一个独立系统，是厂家的专有产品，它们的安全性来自其硬件平台和逻辑结构与外界不同。数字化变电站综合自动化系统基于开放的、标准的网络技术，所有的供应商均可开发基于因特网的应用程序来监测、控制或远方诊断，但可能导致计算机控制系统的安全性降低。对于电力系统这样一个要求高可靠性和安全稳定性的系统而言，安全问题尤其突出；

（7）实现数字化、程序化的操作流程是数字化变电站必须的，变电站间隔层程序化控制模式可以提高响应速度和可靠性，使操作更快捷，但必须要保证程序化控制的可靠执行，要求保证系统程序的稳定性和可靠性；

（8）变电站的运行管理系统包含的内容更丰富，如：电力生产运行数据、状态记录统计分析、数据信息分层、分流交换的自动化等内容，变电站运行发生故障时能即时分析、处理，将常规的设备“定期检修”改为“状态检修”。

结合IEC61850的特点和在运行工作中产生的影响，作为数字化变电站的管理者—电力公司，也要与时俱进，制定相应的管理规范和工作规范，与数字化变电站的建设保持同步，充分发挥数字化变电站的优势。

5 结语

当前采用IEC61850构建的数字化变电站，应该还属于功能实现的初步阶段；通过数字化变电站的试点建设和运行经验，得出了一些在今后工作中的面临的新挑战， 另外，对符合IEC61850通信接口要求的智能设备，其配套标准完善、长期稳定性、可靠性、验证、认证等等方面，也尚存在诸多需要逐步解决的问题。相信在各个专业的协作下，数字化变电站将会取得蓬勃的发展。