仇 麗

（鹽城供電公司，江蘇 鹽城224002）

1 智能變電站的含義

智能變電站是智能電網(wǎng)建設(shè)的重要節(jié)點(diǎn)之一，是在數(shù)字化變電站基礎(chǔ)上發(fā)展形成的新一代變電站。隨著經(jīng)濟(jì)與科技的發(fā)展，風(fēng)電、光伏等新能源電力的應(yīng)用越來(lái)越多，這對(duì)傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)設(shè)備提出了巨大的挑戰(zhàn)。在這種背景下，電力系統(tǒng)的安全性和可靠性必須提高，作為連接用戶和發(fā)電站之間的變電站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也必須進(jìn)一步優(yōu)化。計(jì)算機(jī)技術(shù)以及通信技術(shù)的飛速發(fā)展，為解決電力系統(tǒng)和變電站所面臨的問(wèn)題提供了新的解決方法——智能變電站，它能將智能化一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備進(jìn)一步融合起來(lái)。依靠先進(jìn)、安全、集成和低碳環(huán)保的智能化設(shè)施，智能變電站能夠自動(dòng)地完成信息的收集、分析、控制以及管理等工作，能夠使得全站的信息數(shù)字化并且信息能夠及時(shí)全面地得以共享，與此同時(shí)，智能變電站還具有通過(guò)及時(shí)分析數(shù)據(jù)為電網(wǎng)作決策提供信息支持以及自動(dòng)控制的功能。依靠智能變電站，電網(wǎng)的工作不僅更加低碳環(huán)保，效率更高，而且能夠消除很多的安全隱患。智能變電站能夠?yàn)殡娋W(wǎng)采集全面且及時(shí)的數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制和分析，為電網(wǎng)做出正確決策提供可靠的信息支持，同時(shí)它也是電網(wǎng)執(zhí)行命令的部分，因此對(duì)智能變電站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化具有重大的意義。

2 智能變電站二次系統(tǒng)配置方案

智能變電站以全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，在智能變電站的發(fā)展中，隨著裝備制造技術(shù)、工藝的發(fā)展及建設(shè)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累，其一、二次系統(tǒng)最終將融合為一體，但目前的技術(shù)發(fā)展水平還無(wú)法實(shí)現(xiàn)。針對(duì)二次系統(tǒng)，可以在光纖以太網(wǎng)基礎(chǔ)上，進(jìn)行優(yōu)化配置：將主保護(hù)和計(jì)量系統(tǒng)分布式就地實(shí)現(xiàn)，后備保護(hù)采用站域——廣域后備保護(hù)系統(tǒng)，本地測(cè)量和整定與調(diào)度中心整定相結(jié)合，以達(dá)到后備保護(hù)的最優(yōu)配合和最小的通信負(fù)擔(dān)。

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2.1 保護(hù)配置

其中，保護(hù)配置包括線路保護(hù)、變壓器保護(hù)和母線保護(hù)。

2.1.1 主保護(hù)原理:線路保護(hù)采用速度更快的采樣值差動(dòng)和暫態(tài)量保護(hù); 變壓器保護(hù)采用了可以避開(kāi)勵(lì)磁涌流影響的廣義瞬時(shí)功率保護(hù)原理作為差動(dòng)保護(hù)的輔助。兩種新的保護(hù)原理都易于實(shí)現(xiàn)。

2.1.2 采用具有智能決策功能的廣域后備保護(hù)系統(tǒng)，集中全網(wǎng)信息進(jìn)行后備保護(hù)在線整定，并且所需通信量少，數(shù)據(jù)更新速度快。

2.1.3 保護(hù)的實(shí)現(xiàn)方式:將原來(lái)集控室內(nèi)的主保護(hù)功能下放到智能一次設(shè)備單元內(nèi)就地實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)化了布線，減少了通信網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)。母線主保護(hù)采用具有主站的分布式差動(dòng)和集中式母線保護(hù)的實(shí)現(xiàn)方式。

2.2 計(jì)量配置

計(jì)量系統(tǒng)創(chuàng)新地提出測(cè)量計(jì)量功能一體化為計(jì)量模塊，計(jì)量模塊的預(yù)處理數(shù)據(jù)為三態(tài)數(shù)據(jù)，三態(tài)數(shù)據(jù)(穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)，暫態(tài)數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù))統(tǒng)一采集和標(biāo)準(zhǔn)化。通過(guò)分析計(jì)量模塊的誤差量值溯源得到，在忽略算法誤差情況下，誤差主要來(lái)自于互感器，由于全站采用高精度的光學(xué)互感器，計(jì)量模塊的精度要求完全滿足計(jì)量規(guī)程的要求。既可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，也可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程檢驗(yàn)。通過(guò)計(jì)量模塊在通信方面的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)智能變電站與大用戶互動(dòng)，智能變電站具有向大用戶實(shí)時(shí)傳送電價(jià)、電量、電能質(zhì)量及電網(wǎng)負(fù)荷信息的功能，支持電力交易的有效開(kāi)展，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置；激勵(lì)電力市場(chǎng)主體參與電網(wǎng)安全管理，從而實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)各環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)運(yùn)行。

2.3 通信配置

現(xiàn)階段的智能變電站內(nèi)通信設(shè)備配置與數(shù)字化變電站及傳統(tǒng)變電站基本相同，但隨著電網(wǎng)中智能變電站投運(yùn)數(shù)量的不斷增加，快速增長(zhǎng)的采集數(shù)據(jù)量的不斷匯聚，對(duì)光纖通信傳輸網(wǎng)絡(luò)帶寬和傳輸可靠性提出更高要求。因此，通信平臺(tái)的建設(shè)與改造必須同步進(jìn)行。

3 智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成

變電站二次系統(tǒng)在功能邏輯上分為站控層、間隔層和過(guò)程層。站控層由主機(jī)、操作員站、遠(yuǎn)動(dòng)通信裝置、保護(hù)故障信息子站和其他各種功能站構(gòu)成，提供站內(nèi)運(yùn)行的聯(lián)系界面，實(shí)現(xiàn)管理控制間隔層、過(guò)程層設(shè)備等功能，形成全站監(jiān)控、管理中心，并與遠(yuǎn)方監(jiān)控/調(diào)度中心通信。間隔層由保護(hù)、測(cè)控、計(jì)量、錄波、相量測(cè)量等若干子系統(tǒng)組成，在站控層及網(wǎng)絡(luò)失效情況下，仍能獨(dú)立完成間隔層設(shè)備的就地監(jiān)控功能。過(guò)程層由互感器、合并單元、智能終端等構(gòu)成，完成與一次設(shè)備相關(guān)的功能，包括實(shí)時(shí)運(yùn)行電氣量的采集、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)、控制命令的執(zhí)行等。

其中過(guò)程層最終發(fā)展目標(biāo)為智能一次設(shè)備，就是一次設(shè)備集成互感器、智能終端等，實(shí)現(xiàn)在一次設(shè)備上直接的數(shù)字化接口。目前投運(yùn)的智能站采取設(shè)置就地智能終端箱的方式，將一次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、控制等信號(hào)和命令通過(guò)智能終端轉(zhuǎn)換成數(shù)字化信號(hào)。

3.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)按照電壓等級(jí)分別組網(wǎng)。雙重化配置的保護(hù)及安全自動(dòng)裝置應(yīng)分別接入不同的過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)；單套配置的保護(hù)及安全自動(dòng)裝置、測(cè)控裝置宜同時(shí)接入兩套不同的過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)，并采用相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)接口控制器。220kV 及以上變電站站控層、間隔層網(wǎng)絡(luò)采用雙重化星形以太網(wǎng)絡(luò)，110kV 變電站站控層、間隔層網(wǎng)絡(luò)采用單星形以太網(wǎng)絡(luò)。總之，依據(jù)不同電壓等級(jí)和電氣一次主接線配置不同的網(wǎng)絡(luò)形式，有雙星形、單星形、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)等。鑒于對(duì)變電站運(yùn)行維護(hù)及網(wǎng)絡(luò)安全方面的考慮，智能變電站在兼顧網(wǎng)絡(luò)跳閘方式的同時(shí)仍保留直采直跳的方式，尤其對(duì)高電壓等級(jí)、聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的變電站。

3.3 二次設(shè)備的配置原則

站控層設(shè)備的配置，以220kV 變電站為例，主機(jī)按照雙套配置，對(duì)于無(wú)人值班變電站主機(jī)可兼操作員工作站和工程師站。保護(hù)及故障信息子站應(yīng)與變電站系統(tǒng)共享信息采集，不獨(dú)立配置。遠(yuǎn)動(dòng)通信裝置也雙套配置。①隔層設(shè)備測(cè)控裝置獨(dú)立配置時(shí)，應(yīng)單套配置，220kV 電壓等級(jí)若采用繼電保護(hù)就地安裝時(shí)，采用保護(hù)測(cè)控一體化裝置，110kV 及以下電壓等級(jí)推薦采用保護(hù)測(cè)控一體化裝置。對(duì)于繼電保護(hù)裝置的配置與常規(guī)變電站配置原則一致，220kV 及以上電壓等級(jí)按照雙重化原則配置。故障錄波及網(wǎng)絡(luò)分析記錄裝置，對(duì)于220kV 變電站按照電壓等級(jí)分別配置，主變壓器單獨(dú)配置。110kV 及以下變電站統(tǒng)一配置。66kV 及以上獨(dú)立配置電能計(jì)量表計(jì)，計(jì)費(fèi)關(guān)口滿足相應(yīng)規(guī)程規(guī)范要求。設(shè)置網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)，通過(guò)變電站二次系統(tǒng)的工程師站打印全站各裝置的保護(hù)告警、事件、波形等數(shù)據(jù)，取消裝置屏上的打印機(jī)。②程層設(shè)備的配置原則，220kV-750kV 除母線外，智能終端宜冗余配置。66kV 及以下配電裝置采用開(kāi)關(guān)柜布置時(shí)不配置智能終端。110kV 及以上主變壓器本體配置單套的智能終端。智能終端分散布置于配電裝置場(chǎng)地智能組件柜內(nèi)。合并單元配置原則：220kV 及以上電壓等級(jí)各間隔冗余配置，110kV 及以下電壓等級(jí)各間隔單套配置，雙重化保護(hù)的主變各側(cè)冗余配置，同一間隔內(nèi)電壓互感器和電流互感器合用一個(gè)合并單元。③絡(luò)通信設(shè)備配置原則：220kV及以上電壓等級(jí)變電站的站控層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)冗余配置，每臺(tái)交換機(jī)端口數(shù)量應(yīng)滿足實(shí)際工程需要。一般采用100M 電口，站控層交換機(jī)之間級(jí)聯(lián)端口采用1000M 端口。當(dāng)交換機(jī)處于同一建筑物內(nèi)且距離較短時(shí)采用電口連接，否則需采用光口互聯(lián)。間隔層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)按照設(shè)備室或電壓等級(jí)來(lái)配置，交換機(jī)端口數(shù)量滿足工程規(guī)模要求。過(guò)程層交換機(jī)按照間隔配置，每臺(tái)交換機(jī)的光纖接入數(shù)量不超過(guò)16 對(duì)，任兩臺(tái)智能電子設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸路由不超過(guò)4 個(gè)交換機(jī)。對(duì)于規(guī)模較大的變電站，其間隔層和過(guò)程層需配置大量的交換機(jī)，與常規(guī)變電站在配置上的主要差別也在于此，采用網(wǎng)絡(luò)方式，就多了交換機(jī)這一環(huán)節(jié)，當(dāng)交換機(jī)出現(xiàn)故障，可能引發(fā)多個(gè)間隔的保護(hù)拒動(dòng)，近而造成大的事故發(fā)生。因此交換機(jī)的可靠性是智能變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

結(jié)語(yǔ)

在實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的建設(shè)過(guò)程中，智能變電站建設(shè)始終是智能電網(wǎng)建設(shè)的核心問(wèn)題之一。為了實(shí)現(xiàn)智能變電站在智能電網(wǎng)中的支撐作用，要求對(duì)當(dāng)前變電站二次系統(tǒng)的架構(gòu)體系不斷進(jìn)行升級(jí)與改進(jìn)，發(fā)揮智能變電站的高度集成、兼容、互動(dòng)、協(xié)同功能。本文從保護(hù)、計(jì)量及通信等方面，對(duì)智能變電站二次系統(tǒng)的配置方案及其設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了有益的探討。應(yīng)該指出的是，隨著科技的不斷進(jìn)步和裝備制造水平的不斷提高，智能變電站的一次、二次系統(tǒng)必將融為一體。

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