■ 中國電器工業(yè)協(xié)會智能電網(wǎng)設(shè)備工作委員會 周彥倫 楊獎利 王 琨 毛昭元益和電氣集團股份有限公司 李政軍

0 前言

近期，媒體大量報道了中國智能電網(wǎng)建設(shè)進程中智能化電站試點工作取得的進展[1-10]。這些電站既有國家電網(wǎng)公司安排部署的試驗示范項目。也有各省或地方電力部門自行安排的試點項目。智能化試點電站涉及主要電壓等級從110～750 kV，覆蓋地域有東北、華南，中原、華東、西北、華北等，涉及的產(chǎn)品或功能有：過程層輸變電關(guān)鍵一次設(shè)備智能化，主要有開關(guān)及斷路器設(shè)備、變壓器、互感器、避雷器等；站控層信息一體化平臺。主要有計算機監(jiān)控系統(tǒng)、主機、人機工作站、工程師工作站、遠動通信裝置等；間隔層二次設(shè)備.主要有保護設(shè)備、測控設(shè)備等[11-15]。改造的目的是初步實現(xiàn)了設(shè)備信息數(shù)字化、功能集成化、結(jié)構(gòu)緊湊化、檢修狀態(tài)化、運維高效化的目標，成為信息化、自動化、互動化智能化變電所，也就是力圖具備國家電網(wǎng)公司發(fā)布的《智能電網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備(系統(tǒng))研制規(guī)劃》所規(guī)定的測量數(shù)字化、控制網(wǎng)絡(luò)化、狀態(tài)可視化、功能一體化和信息互動化技術(shù)特征(下稱“五化”)[16]。

南方電網(wǎng)公司首個智能變電站，茂名110 kV文沖口變電站使用了智能化HGIS組合電器、全光學(xué)互感器、數(shù)字化保護測控一體化裝置等新設(shè)備。實現(xiàn)采樣、控制信號的網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化應(yīng)用，以及SMV、GOOSE雙網(wǎng)合一等新技術(shù)、智能報警分析功能及面向全站通信網(wǎng)絡(luò)的全過程監(jiān)聽、一次設(shè)備的智能監(jiān)測與故障診斷。

1 智能化試點工作整體情況

經(jīng)過2009～2010年的智能化試點工作。已經(jīng)基本達到了預(yù)定的技術(shù)要求。完成了階段性試驗的任務(wù)目標，基本情況如下：

發(fā)電方面，國家電網(wǎng)公司常規(guī)電源廠網(wǎng)協(xié)調(diào)進行了一批試點，張北風(fēng)光儲示范項目一期進展順利，另有其他多方力量進行了風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電等的嘗試，掌握了鈉硫電池制造核心技術(shù)；輸電方面，可空串補、(TCSC)、動態(tài)無功補償裝置(SVC)、短路電流限制器(FCL)等柔性輸電設(shè)備和線路在線監(jiān)測小范圍進行了試點；變電方面，兩批共計74個試點智能變電站(其中新建46個)，已經(jīng)投運超過10個。有1批試點工程已通過國家電網(wǎng)公司的驗收；配電方面，國網(wǎng)第l批智能配電網(wǎng)建設(shè)試點城市包括北京、杭州、銀川和廈門4個城市均已完成智能配電網(wǎng)試點任務(wù)。第2批31個試點城市已于2010年下半年陸續(xù)完成智能配電網(wǎng)規(guī)劃；用電方面，2010年招標智能電表5000萬塊，電動汽車充電站已在國網(wǎng)27個省區(qū)市范圍內(nèi)啟動建設(shè)了75座，交流充電樁6209臺，約已有充換電站24座，充電樁l122個投運；調(diào)度方面，包括國調(diào)、華北、華東、華中網(wǎng)調(diào)，江蘇、四川省調(diào)、北京海淀、河北衡水、遼寧沈陽在內(nèi)的第1批9個電網(wǎng)智能調(diào)度試點項目均已完成試點任務(wù)；通信信息平臺建立方面，完成智能化改造試點的電站。均已建立了信息一體化平臺；智能電網(wǎng)綜合示范工程方面，上海世博園智能電網(wǎng)綜合示范工程已投運，天津市中新生態(tài)城智能電網(wǎng)示范工程正在建設(shè)之中。

南方電網(wǎng)公司提出“綠色電網(wǎng)”的概念。對茂名文沖口110 kV變電站完成了智能化改造.在多個城市建立了電動汽車充電站，500 kV數(shù)字化變電站試點工程在柳州局桂林變電站成功投運一年多。

2 智能化改造達到的技術(shù)狀態(tài)

2.1 國家電網(wǎng)公司

該輪智能化改造必須達到的基本要求為：

1）智能變電站進行標準化建模，就是要求智能變電站系統(tǒng)模型要按滿足DL/T860(IEC 61850)標準要求來建立[17]。全站使用統(tǒng)一的、標準化的配置工具，實現(xiàn)對全站設(shè)備和數(shù)據(jù)建模，并且進行相應(yīng)的通信配置。

2)站控層建立信息一體化平臺以及站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)要標準化，就是要求信息平臺要符合智能變電站技術(shù)導(dǎo)則規(guī)范[18-21].站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)要滿足DL/860(IEC61 850)標準要求。

3)一次設(shè)備實現(xiàn)智能化(包含智能組件形式)，要求每一個智能化改造變電站至少有3種以上設(shè)備實現(xiàn)智能化，主要要求的關(guān)鍵設(shè)備有：變壓器、開關(guān)斷路器設(shè)備、避雷器等。

2.1.1 站控層

站控層實現(xiàn)了信息一體化平臺，實行對實時監(jiān)控系統(tǒng)、故障錄波系統(tǒng)、站域控制、電能計量系統(tǒng)、在線監(jiān)測系統(tǒng)、視頻安防系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、對時系統(tǒng)等各子系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一接入、統(tǒng)一儲存、統(tǒng)一處理等綜合管理。實現(xiàn)信息來源更為廣泛、信息數(shù)據(jù)可雙向流動及統(tǒng)一的數(shù)據(jù)信息及網(wǎng)絡(luò)共享。

2.1.2 間隔層設(shè)備

間隔層設(shè)備均采用國內(nèi)各主流廠家IED裝置，在110～750 kV各個電壓等級均有應(yīng)用，宿主主設(shè)備覆蓋開關(guān)斷路器設(shè)備、變壓器、互感器、避雷器等產(chǎn)品，根據(jù)檢測、監(jiān)控對象，有電流、電壓、產(chǎn)品絕緣狀態(tài)、產(chǎn)品運行狀態(tài)、絕緣介質(zhì)物理狀態(tài)、輔助設(shè)備工作狀態(tài)等各種IED裝置，實現(xiàn)對宿主設(shè)備信息作一定的處理、上傳，同時將來自高一級的信息向下傳達執(zhí)行。

2.1.3 過程層設(shè)備

過程層設(shè)備涉及了開關(guān)斷路器設(shè)備、變壓器、互感器、避雷器等產(chǎn)品。這些產(chǎn)品各具不同的智能電子裝置，具體如下：

1）開關(guān)斷路器設(shè)備智能組件實現(xiàn)全部信息標準化，實現(xiàn)智能化監(jiān)控或測量內(nèi)容包括：開關(guān)設(shè)備控制器、監(jiān)測功能組、SF6氣體狀態(tài)監(jiān)測、局部放電監(jiān)測、機構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測、選相合閘控制器、測量及控制裝置、合并單元、信息建模等。

2)變壓器智能組件實現(xiàn)全部信息標準化，實現(xiàn)智能化監(jiān)控或測量內(nèi)容包括：冷卻裝置、OLTC(有載分接開關(guān))、測量、狀態(tài)監(jiān)測及控制功能組、局部放電監(jiān)測、油中溶解氣體監(jiān)測、油中微水及油色譜分析、光纖繞組測溫、非電量保護、合并單元、信息建模、專家診斷系統(tǒng)等。

3)避雷器實現(xiàn)智能化監(jiān)控或測量內(nèi)容包括：監(jiān)測主功能組、絕緣狀態(tài)監(jiān)測、局部放電監(jiān)測，實現(xiàn)了信息無線傳輸。

4)互感器實現(xiàn)智能化監(jiān)控或測量內(nèi)容包括：合并單元、絕緣狀態(tài)監(jiān)測、局部放電監(jiān)測。

以上各種設(shè)備的智能組件可根據(jù)電壓等級及實際情況有選擇的選取。

2.1.4 通信

1)通信協(xié)議。遵循DL/T 860(IEC61850)標準通信協(xié)議.實現(xiàn)了間隔層與過程層網(wǎng)絡(luò)通信和站控層網(wǎng)絡(luò)通信。間隔層所有IED都接人過程層網(wǎng)絡(luò)，同時需要有與站控層設(shè)備進行信息交互要求的IED。接入站控層網(wǎng)絡(luò)，2個網(wǎng)絡(luò)端口采用獨立的數(shù)據(jù)控制器；數(shù)據(jù)模型按照DL/T 860原則進行建模。

2)網(wǎng)絡(luò)通信滿足以下技術(shù)要求。網(wǎng)絡(luò)通信采用GOOSE方式(面向通用對象的變電站事件)，規(guī)范了智能電子設(shè)備(IED)之間的通信行為和相關(guān)的系統(tǒng)要求，實現(xiàn)了變電站自動化系統(tǒng)的兼容性、擴展性、可持續(xù)性。GOOSE信息處理時延應(yīng)滿足站內(nèi)各種情況下最大不超過4 ms。GOOSE用于傳輸模擬量時，應(yīng)支持死區(qū)配置。

裝置光通信接口輸出最低功率應(yīng)為-22.5 dBm，裕度應(yīng)在10 dBm以上；輸入最低功率應(yīng)為-30 dBm，裕度應(yīng)為10 dBm。

智能組件對外通信接口至少應(yīng)支持100 Mbit/s。

智能組件對外通信接口應(yīng)采用光纖接口。

快速以太網(wǎng)接口支持100 Mbit/s或l000 Mbit/s，可選擇(SC/ST/LC)類型端口模塊。

集成的擴展功能，如合并單元等，其通信要求應(yīng)符合相關(guān)標準。

2.2 南方電網(wǎng)公司

茂名文沖口站按照IEC 61850標準體系對站內(nèi)各保護、測控、故障錄波以及站內(nèi)計量設(shè)備進行智能化改造.建設(shè)了一套符合該標準的自動化監(jiān)控系統(tǒng)。同時分層構(gòu)建的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備實現(xiàn)了變電站內(nèi)的信息共享，其數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理和輸出過程完全智能化。在變電站過程層網(wǎng)絡(luò)中，將SMV與GOOSE網(wǎng)合二為一。雙網(wǎng)配置，簡化了網(wǎng)絡(luò)。實現(xiàn)了以下目標：

1)基于GOOSE網(wǎng)的3層在線式一體化五防閉鎖監(jiān)控系統(tǒng)；

2)全站IEC61 850-9-2標準網(wǎng)絡(luò)化采樣傳輸，實現(xiàn)了基于雙網(wǎng)冗余數(shù)據(jù)快速識別算法的SMV雙網(wǎng)在線切換技術(shù)：

3)雙保護測控一體化裝置智能切換技術(shù)；

4)基于GOOSE網(wǎng)的不完全母線保護及基于IEC 61850-9-2標準的10 kV遠程網(wǎng)絡(luò)式保護裝置。

3 智能化改造試點工程的啟示

3.1 需要關(guān)注的幾個問題

智能電網(wǎng)設(shè)備發(fā)展，無須太過關(guān)注智能電網(wǎng)概念問題。雖然國家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司的側(cè)重點及視覺有所不同，或者對相同事項的具體要求不同，或者完成目標采取的策略不同，但終極目標卻是殊途同歸，所以，生產(chǎn)企業(yè)要設(shè)法使產(chǎn)品能夠達到各相關(guān)標準或規(guī)范的要求，滿足智能化變電站建設(shè)的要求。目前從試點電站設(shè)備情況可以看出，產(chǎn)品智能化涉及到幾個最基本的問題如下：

1)可從設(shè)備的性能監(jiān)測、運行狀態(tài)監(jiān)測、設(shè)備功能監(jiān)測、絕緣狀態(tài)監(jiān)測、輔助設(shè)備工作狀態(tài)監(jiān)測控制等人手；

2)必須按IEC 61850標準通信協(xié)議建立統(tǒng)一的通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)模型；

3)滿足達到“五化”技術(shù)特征所需的功能要求。

3.2 智能化改造后產(chǎn)品的智能化程度

現(xiàn)在智能化改造電站的主要一次產(chǎn)品，是將傳統(tǒng)產(chǎn)品進行一定程度的智能化改造，未將一次高壓設(shè)備與智能組件進行高度集成、一體化設(shè)計，是傳統(tǒng)高壓設(shè)備向最終智能產(chǎn)品發(fā)展的過渡產(chǎn)品，因而一次高壓設(shè)備廠家未來任重而道遠。尚有大量的工作待完成。

4 智能化工作發(fā)展的思考

4.1 智能化產(chǎn)品制造

智能化試點改造工程中，由于一次設(shè)備多是已就位的現(xiàn)有的設(shè)備，體積大、重量重、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝要求高，因而改動較少。較多進行的是二次或低壓部分的工作，這使得產(chǎn)品智能化程度的廣度和深度有所局限。同時給人們造成了嚴重的錯覺：智能化工作主要由二次設(shè)備廠家來進行，一次設(shè)備廠家作用甚微；產(chǎn)品智能化過程中，一、二次設(shè)備無明顯的劃分界線。這些錯覺將導(dǎo)致以下嚴重問題的產(chǎn)生：①二次設(shè)備廠家盲目放大了其在電網(wǎng)智能化建設(shè)中的作用。認為可以通過其掌握的二次設(shè)備技術(shù)實現(xiàn)對一次設(shè)備的控制或?qū)崿F(xiàn)向一次設(shè)備發(fā)展的突破，這對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定、可靠高效運行帶來了新的嚴峻的考驗因素；②產(chǎn)品界限的模糊或消失意味著責(zé)任界限的不清，事實上，工作實際中這樣的例子屢見不鮮。也確已帶來了一些被動。

4.2 智能化產(chǎn)品技術(shù)

該輪智能化改造基本達到了各電網(wǎng)公司對智能化變電站的要求，取得了大量科研技術(shù)成果，對中國智能電網(wǎng)工作進行了有益的探索和積極的推進。開辟了新的途徑，同時，也為以后智能電網(wǎng)改造及建設(shè)工作積累了有益的經(jīng)驗。

將傳感器或/和控制器與高壓設(shè)備本體或部件進行一定程度的一體化設(shè)計，除在智能組件中將相關(guān)測量、控制、計量、監(jiān)測、保護進行一體化融合設(shè)計,還要將智能組件、傳感環(huán)節(jié)與高壓設(shè)備本體或部件進行一體化或綜合考慮設(shè)計[22-24]。

對高壓設(shè)備本體或部件進行智能控制所必需設(shè)備參量進行就地數(shù)字化測量。而且數(shù)字化測量的設(shè)備覆蓋面要達到滿足智能化要求的必要程度，同時覆蓋面會愈來愈大。智能化程度越來越高。

產(chǎn)品與通信、輔助部分、與站控一體化平臺要做統(tǒng)一的綜合規(guī)劃設(shè)計。為電站高級管理應(yīng)用作好準備；一些產(chǎn)品的智能化水平有待提高。

還需關(guān)注站間信息的交換。從一個一個智能化變電站的“點”成為整條線路智能化的“線”，進而發(fā)展成為整個輸電網(wǎng)絡(luò)智能化，形成整個覆蓋“面”。

要加強智能電網(wǎng)設(shè)備標準的制訂工作，以指導(dǎo)產(chǎn)品制造盡早按統(tǒng)一規(guī)范進行。同時給智能化產(chǎn)品檢測試驗工作提供科學(xué)堅強的技術(shù)支撐以及理論依據(jù)。

5 結(jié)語

智能電網(wǎng)是科技社會發(fā)展的必然產(chǎn)物，是輸電技術(shù)長期發(fā)展的結(jié)果和自身長遠發(fā)展的需要：智能電網(wǎng)必將是電網(wǎng)發(fā)展的主流模式，設(shè)備的智能化技術(shù)將日新月異地提升，制造企業(yè)的發(fā)展不僅要緊緊圍繞電網(wǎng)發(fā)展的主流。而且要緊緊跟上技術(shù)快速發(fā)展的步伐。

隨著客觀現(xiàn)實條件及目的要求的不同，在不同時期、不同地域各有側(cè)重點，無須盯著歐美等其他國家的發(fā)展情況來框定中國。也不必把他們的關(guān)注焦點作為中國的發(fā)展重點，而是要對其具體的、基礎(chǔ)性的先進技術(shù)認真學(xué)習(xí)，吸收借鑒：智能電網(wǎng)必然要經(jīng)歷不斷發(fā)展、完善、提高的過程。但一定是結(jié)合中國智能電網(wǎng)整體發(fā)展進程而展開，而其重點必然是輸變電網(wǎng)絡(luò)智能化建設(shè)。

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