文/中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)智能電網(wǎng)設(shè)備工作委員會(huì)/

1 背景概述

隨著我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)的全面開(kāi)展，國(guó)家電網(wǎng)公司已經(jīng)完成了多個(gè)變電站的智能化改造，并計(jì)劃在“十二五”期間新建約5100座智能變電站，對(duì)約1000座變電站進(jìn)行智能化改造。為了使設(shè)備制造廠商能夠更好的了解智能電網(wǎng)的建設(shè)發(fā)展思路及智能電網(wǎng)設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)，我們選取了河南洛陽(yáng)110kV金谷園變、山東青島220kV午山變、浙江金華500kV芝堰變、陜西延安750kV洛川變四個(gè)電壓等級(jí)的樣本（其中金谷園變、午山變、芝堰變是由數(shù)字化變電站改造升級(jí)為智能變電站，洛川變是新建智能變電站）進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研。同時(shí)，我們還調(diào)研了中國(guó)科學(xué)院白銀超導(dǎo)變電站，并在之前發(fā)布的《浙江金華500kV芝堰變調(diào)研報(bào)告》、《山東青島220kV午山變調(diào)研報(bào)告》、《白銀超導(dǎo)變電站調(diào)研報(bào)告》基礎(chǔ)上，完成了此調(diào)研報(bào)告。希望此報(bào)告能夠在研發(fā)方向、制造理念等方面給予智能電網(wǎng)設(shè)備制造廠商一定的幫助。

2 變電站發(fā)展的幾個(gè)階段

變電站是電力網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，它連接線路，輸送電能，擔(dān)負(fù)著變換電壓等級(jí)、匯集電流、分配電能、控制電能流向、調(diào)整電壓等功能。變電站的智能化運(yùn)行是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)之一。變電站的發(fā)展經(jīng)歷了如下幾個(gè)發(fā)展階段。

2.1 傳統(tǒng)變電站

20 世紀(jì)80年代及以前變電站保護(hù)設(shè)備以晶體管、集成電路為主，二次設(shè)備均按照傳統(tǒng)方式布置，各部分獨(dú)立運(yùn)行。隨著微處理器和通信技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)動(dòng)裝置的性能得到較大提高，傳統(tǒng)變電站逐步增加了“遙測(cè)”、“遙信”、“遙控”、“遙調(diào)”的四遙功能。

2.2 綜合自動(dòng)化變電站

20 世紀(jì)90年代，隨著微機(jī)保護(hù)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，以及計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)的發(fā)展，變電站自動(dòng)化取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信息處理技術(shù)，對(duì)變電站二次設(shè)備的功能進(jìn)行重新組合、優(yōu)化設(shè)計(jì)，建成了變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視、測(cè)量、控制和協(xié)調(diào)的功能。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)先后經(jīng)歷了集中式、分散式、分散分層式等不同結(jié)構(gòu)的發(fā)展，使得變電站設(shè)計(jì)更合理，運(yùn)行更可靠，更利于變電站無(wú)人值班的管理。

2.3 數(shù)字化變電站

近年來(lái)，隨著數(shù)字化技術(shù)的不斷進(jìn)步和IEC61850標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)內(nèi)的推廣應(yīng)用，國(guó)內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了基于IEC61850的數(shù)字化變電站。數(shù)字化變電站具有全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化、高級(jí)應(yīng)用互動(dòng)化四個(gè)重要特征。數(shù)字化變電站體現(xiàn)在過(guò)程層設(shè)備的數(shù)字化，整個(gè)變電站內(nèi)信息的網(wǎng)絡(luò)化，以及斷路器設(shè)備的智能化，而且設(shè)備檢修工作逐步由定期檢修過(guò)渡到以狀態(tài)檢修為主的管理模式。

2.4 智能變電站

數(shù)字化變電站從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，其突出成就是實(shí)現(xiàn)了變電站信息的數(shù)字采集和網(wǎng)絡(luò)化信息交互，但這對(duì)于智能電網(wǎng)的需求來(lái)說(shuō)，還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。國(guó)家電網(wǎng)公司在建設(shè)統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的變電環(huán)節(jié)中，提出建設(shè)智能變電站的目標(biāo)。智能電網(wǎng)中的智能變電站是由先進(jìn)、可靠、環(huán)保、集成的設(shè)備組合而成，以高速網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)為信息傳輸基礎(chǔ)，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，自動(dòng)完成信息采集、測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測(cè)等基本功能，同時(shí)具備支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)功能的變電站。智能變電站分為設(shè)備層、系統(tǒng)層。設(shè)備層主要由高壓設(shè)備、智能組件和智能設(shè)備構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)IEC61850中所提及的變電站測(cè)量、控制、保護(hù)、檢測(cè)、計(jì)量等過(guò)程層和間隔層的功能。系統(tǒng)層相當(dāng)于變電站的站控層,實(shí)現(xiàn)信息共享、設(shè)備狀態(tài)可視化、智能告警、分析決策等高級(jí)智能應(yīng)用，包含智能變電站系統(tǒng)級(jí)的先進(jìn)功能。隨著高壓設(shè)備智能化的不斷發(fā)展,傳統(tǒng)意義上的一、二次設(shè)備間的界限也將逐漸模糊，一次設(shè)備通過(guò)安裝和集成智能組件，將成為智能設(shè)備。

3 智能變電站同數(shù)字化變電站的區(qū)別

智能變電站與數(shù)字化變電站有密不可分的聯(lián)系。數(shù)字化變電站的部分特征是智能變電站發(fā)展的基礎(chǔ)，智能變電站是進(jìn)一步綜合站內(nèi)功能與發(fā)展對(duì)外支撐，智能變電站并不要求高度數(shù)字化，例如全站采用電子式互感器、具備數(shù)字化接口的開(kāi)關(guān)，基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站網(wǎng)絡(luò)通信是最大的共同點(diǎn)。二者差別主要體現(xiàn)在：

一、數(shù)字化變電站主要從滿足變電站自身的需求出發(fā)，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)一、二次設(shè)備的數(shù)字化通信和控制，建立全站統(tǒng)一的數(shù)據(jù)通信平臺(tái)，側(cè)重于在統(tǒng)一通信平臺(tái)的基礎(chǔ)上提高變電站內(nèi)設(shè)備與系統(tǒng)間的互操作性。而智能變電站則從滿足智能電網(wǎng)運(yùn)行要求出發(fā)，比數(shù)字化變電站更加注重變電站之間、變電站與調(diào)度中心之間的信息統(tǒng)一與功能的層次化，以在全網(wǎng)范圍內(nèi)提高系統(tǒng)的整體運(yùn)行水平為目標(biāo)。

二、數(shù)字化變電站已經(jīng)具有了一定程度的設(shè)備集成和功能優(yōu)化的概念，要求站內(nèi)應(yīng)用的所有智能電子裝置（IED）滿足統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，擁有統(tǒng)一的接口，以實(shí)現(xiàn)互操作性。IED分布安裝與站內(nèi)其功能的整合以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)為紐帶，利用網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)。數(shù)字化變電站在以太網(wǎng)通信的基礎(chǔ)上，模糊了一、二次設(shè)備的界限，實(shí)現(xiàn)了一、二次設(shè)備的初步融合。而智能化變電站設(shè)備集成化程度更高，可以實(shí)現(xiàn)一、二次設(shè)備的一體化、智能化整合和集成。

三、智能變電站在數(shù)字化變電站的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)技術(shù)上的跨越：監(jiān)測(cè)設(shè)備的智能化，重點(diǎn)是對(duì)開(kāi)關(guān)、變壓器的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；故障信息綜合分析決策，變電站要和調(diào)度器進(jìn)行信息的雙向交流。

4 典型配置方案

調(diào)研的110kV金谷園變、220kV午山變、500kV芝堰變、750kV洛川變四個(gè)變電站，雖然既有改造站，又有新建站，并且電壓等級(jí)不同，地理位置相距較遠(yuǎn)，但在智能化思路的選擇上基本是相同的。下面以浙江金華500kV芝堰變?yōu)槔?，介紹其智能化方案，隨后再將其他三個(gè)變電站的特點(diǎn)逐一介紹。

4.1 芝堰變智能化改造

500 kV芝堰變位于浙江金華市，原為室外AIS數(shù)字化變電站。改造項(xiàng)目靜態(tài)總投資3200多萬(wàn)元，其中智能化投資1700多萬(wàn)元。

4.1.1 智能高壓設(shè)備

智能組件是若干智能電子裝置（IED）的集合，安裝于宿主設(shè)備旁，承擔(dān)與宿主設(shè)備相關(guān)的測(cè)量、控制和監(jiān)測(cè)等功能。智能組件還可集成相關(guān)繼電保護(hù)。智能組件集成與宿主設(shè)備相關(guān)的測(cè)量、監(jiān)測(cè)和控制等基本功能，由若干智能電子裝置實(shí)現(xiàn)。

智能組件是一個(gè)靈活的概念，可以由一個(gè)組件完成所有功能，也可以分散獨(dú)立完成，可以外置于主設(shè)備本體之外，也可以內(nèi)嵌于主設(shè)備本體之內(nèi)。

智能高壓設(shè)備是一次設(shè)備和智能組件的有機(jī)結(jié)合體，具有測(cè)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(dòng)化等特征。智能控制和狀態(tài)可觀測(cè)是高壓設(shè)備智能化的基本要求，其中運(yùn)行狀態(tài)的測(cè)量和健康狀態(tài)的監(jiān)測(cè)是基礎(chǔ)。

浙江金華500kV芝堰變?cè)诟脑熘杏?00千伏應(yīng)用了一套線路保護(hù)、一套合并單元和兩套開(kāi)關(guān)保護(hù)（測(cè)控）一體化裝置、兩套智能終端（合并單元）一體化裝置、兩套狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置；220千伏部分投運(yùn)了兩套線路保護(hù)（測(cè)控）一體化裝置、兩套智能終端、兩套合并單元、一套狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置；35千伏應(yīng)用了一套低抗保護(hù)、一套狀態(tài)檢測(cè)裝置、一臺(tái)數(shù)字式電表。

1）電子式互感器應(yīng)用

在220千伏應(yīng)用了無(wú)源光學(xué)電子式電流電壓互感器，合并單元就地化布置。該互感器利用全光纖電流互感器測(cè)量一次電流（采用反射式Sagnac干涉原理和Faraday磁光效應(yīng)），利用電容分壓器測(cè)量一次電壓。

35 千伏復(fù)合電器采用有源電子式電流電壓互感器（EVCT），保護(hù)電流傳感采用了羅氏線圈，測(cè)量電流傳感采用低功率線圈（LPCT）,電壓傳感采用電壓環(huán)分壓原理。電流電壓傳感信號(hào)經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)端模塊采集和處理后，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)通過(guò)光纖送至智能匯控柜的合并單元。

2）變壓器智能化改造

在變壓器原有非電量保護(hù)、智能終端不變的前提下加裝了包括冷卻器智能控制、頂層油溫監(jiān)測(cè)、鐵芯電流監(jiān)測(cè)、變壓器油色譜在線檢測(cè)、微水監(jiān)測(cè)、氣體繼電器聚集量監(jiān)測(cè)、特高頻局部放電在線監(jiān)測(cè)、變壓器限額智能分析等變壓器在線監(jiān)測(cè)單元。

通過(guò)改造建立變壓器性能評(píng)估及綜合診斷模型。根據(jù)變壓器過(guò)載能力數(shù)據(jù)，結(jié)合環(huán)境溫度、負(fù)荷、油溫和繞組溫度，建立變壓器負(fù)荷動(dòng)態(tài)智能監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行變壓器過(guò)載能力評(píng)估。根據(jù)頂部油溫、負(fù)荷、環(huán)境溫度等進(jìn)行絕緣老化與剩余壽命評(píng)估。根據(jù)變壓器當(dāng)前運(yùn)行溫度，將變壓器在不同運(yùn)行額定負(fù)荷下的運(yùn)行時(shí)間提供給遠(yuǎn)方調(diào)度人員，使得調(diào)度可以充分利用變壓器的變送容量，同時(shí)保證變壓器的安全可靠運(yùn)行。

圖1 主變監(jiān)測(cè)智能組件總體結(jié)構(gòu)圖

在此次改造中，一套變壓器智能組件由3套智能柜組成，每相配置1個(gè)智能柜，包含主IED、冷卻裝置監(jiān)測(cè)IED、局放監(jiān)測(cè)IED、控制參量測(cè)量IED和油中氣體及微水監(jiān)測(cè)IED；智能柜間采用光纖以太網(wǎng)連接，3套智能柜內(nèi)各子IED共用1套主IED，主IED、冷卻裝置監(jiān)測(cè)IED、非電量保護(hù)裝置放置在A相智能柜。每相各功能IED傳感器采用屏蔽電纜就近接入該相組件柜，B、C相智能組件柜過(guò)程層交換機(jī)采用多模光纖接入A相過(guò)程層交換機(jī)，三相共用一套主IED。A相智能組件柜站控層交換機(jī)采用2路多模光纖接入35kV繼保小室光纖交換機(jī)，1路接入在線監(jiān)測(cè)MMS網(wǎng)，1路接入保護(hù)監(jiān)測(cè)MMS網(wǎng)，匯總后接入信息一體化平臺(tái)?？傮w結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3）高壓開(kāi)關(guān)智能化改造

針對(duì)開(kāi)關(guān)故障多為絕緣和機(jī)械原因的特點(diǎn)，安裝位移傳感器進(jìn)行機(jī)械特性監(jiān)測(cè)，安裝穿心式電流傳感器進(jìn)行儲(chǔ)能電機(jī)電流監(jiān)測(cè)，同時(shí)裝有SF6微水密度監(jiān)測(cè)IED。

開(kāi)關(guān)在線監(jiān)測(cè)IED擁有風(fēng)險(xiǎn)度評(píng)估功能，裝置將位移特性，機(jī)械特性，絕緣特性進(jìn)行綜合評(píng)估后得出風(fēng)險(xiǎn)度、風(fēng)險(xiǎn)類型、當(dāng)前狀態(tài)后送上后臺(tái)。

4）避雷器智能化改造

全站避雷器安裝在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，在避雷器接地線上串入傳感器，監(jiān)測(cè)避雷器泄漏電流的全電流和阻性電流，設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)采用無(wú)線方式進(jìn)行傳輸，監(jiān)測(cè)裝置可測(cè)量毫安級(jí)電流信號(hào)，同時(shí)能檢測(cè)避雷器動(dòng)作電流次數(shù)。

避雷器絕緣監(jiān)測(cè)IED采用基波法測(cè)量氧化鋅避雷器的泄漏電流和阻性電流來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)避雷器的絕緣狀況；通過(guò)2.4GHz無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接收現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)傳感器發(fā)送的泄露電流、阻性電流和動(dòng)作次數(shù)等數(shù)據(jù)，并通過(guò)橫向縱向比較、診斷、預(yù)警，從而實(shí)現(xiàn)避雷器絕緣狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)，經(jīng)過(guò)處理后的數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)根據(jù)IEC61850規(guī)約進(jìn)行數(shù)據(jù)封裝，通過(guò)光纖以太網(wǎng)上傳至變電站信息一體化平臺(tái)。絕緣監(jiān)測(cè)傳感器采用電池供電，更換電池可持續(xù)使用1年，具有電池低電量報(bào)警功能。

5）35千伏間隔開(kāi)關(guān)智能化

將原敞開(kāi)式的斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、電子式互感器等用智能高壓組合電器（HGIS）替代。其采用有源電子式電流電壓互感器，裝有光學(xué)環(huán)型位移傳感器及SF6微水密度監(jiān)測(cè)IED，并配有智能匯控柜，內(nèi)置“保護(hù)、測(cè)控、智能終端、合并單元”四合一智能開(kāi)關(guān)控制器和HGIS智能在線監(jiān)測(cè)裝置。智能柜安裝了熱交換器，具有溫、濕度控制功能，可以確保柜內(nèi)最高溫度不高于環(huán)境溫度10℃。

4.1.2 信息一體化平臺(tái)及高級(jí)應(yīng)用

1）信息一體化平臺(tái)

信息一體化平臺(tái)主要用于將變電站內(nèi)的實(shí)時(shí)監(jiān)控SCADA子系統(tǒng)、故障錄波子系統(tǒng)、電能量子系統(tǒng)、在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、視頻安防等輔助子系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一接入、統(tǒng)一存儲(chǔ)、統(tǒng)一處理等綜合管理，建立統(tǒng)一的變電站數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，為各智能應(yīng)用和遠(yuǎn)方系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范化的信息訪問(wèn)接口。

其特點(diǎn)有：信息一體化平臺(tái)將各個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源在間隔層統(tǒng)一采集到平臺(tái)中，避免了在站控各子系統(tǒng)相互通信的混亂，為各種高級(jí)應(yīng)用提供了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)源，各種高級(jí)應(yīng)用可以采用組件方式根據(jù)用戶實(shí)際情況進(jìn)行選擇性靈活配置。在實(shí)現(xiàn)與主站系統(tǒng)互動(dòng)的無(wú)人值班的自動(dòng)化系統(tǒng)中，部分高級(jí)應(yīng)用可以配置在子站控制器中；平臺(tái)采用統(tǒng)一的建模思想和通信服務(wù)，將保護(hù)、測(cè)控、通信、計(jì)量、故障錄波、在線監(jiān)測(cè)、直流電源、環(huán)境監(jiān)測(cè)、視頻、安防及其他輔助系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)通信服務(wù)接入平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一管理，平臺(tái)一方面將五防閉鎖、順序控制、電壓無(wú)功自動(dòng)控制等高級(jí)應(yīng)用的輸入與輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行模型標(biāo)準(zhǔn)化，同時(shí)也規(guī)范了這些應(yīng)用對(duì)外服務(wù)接口的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化，為各種高級(jí)應(yīng)用以及實(shí)現(xiàn)變電站與主站的互動(dòng)提供統(tǒng)一的基礎(chǔ)支撐。

2）高級(jí)應(yīng)用

(1) 智能開(kāi)票

實(shí)現(xiàn)根據(jù)運(yùn)行方式自動(dòng)推理開(kāi)票。運(yùn)行人員可選擇智能開(kāi)票、畫面開(kāi)票、手工開(kāi)票、調(diào)用存票四種模式開(kāi)票。當(dāng)運(yùn)行人員根據(jù)調(diào)度任務(wù)，選用智能開(kāi)票時(shí)，系統(tǒng)將結(jié)合設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，匹配規(guī)則庫(kù)，自動(dòng)生成所需的操作票。

(2) 一鍵式順序控制

實(shí)現(xiàn)一鍵式順序控制，通過(guò)智能巡視機(jī)器人，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)了一鍵式順序控制與視頻系統(tǒng)的結(jié)合，當(dāng)操作某個(gè)一次設(shè)備時(shí)，自動(dòng)控制視頻系統(tǒng)獲取設(shè)備圖像，通過(guò)圖像識(shí)別技術(shù)判斷出此設(shè)備的狀態(tài)，進(jìn)行自動(dòng)確認(rèn)，實(shí)現(xiàn)高效準(zhǔn)確的順序控制。

(3) 智能告警與故障綜合分析

通過(guò)研究智能告警的信息處理模型，實(shí)現(xiàn)了告警信息預(yù)處理系統(tǒng)，建立了故障處理專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)。通過(guò)研究告警信息，故障簡(jiǎn)報(bào)，錄波波形的綜合顯示分析方案，研究智能告警系統(tǒng)與人機(jī)界面的集成方式，開(kāi)發(fā)了智能告警人機(jī)顯示界面，有效的實(shí)現(xiàn)了信息分層的理念；基于信息一體化平臺(tái)開(kāi)發(fā)了故障信息綜合分析軟件，提供了故障診斷和定位、設(shè)備動(dòng)作情況的監(jiān)視和評(píng)判、諧波分析和波形處理等故障分析功能，提出可行的故障信息綜合分析方案。

(4) 變電站圖模一體化

建立變電站模型（IEC61850）與主站調(diào)度模型（IEC61970）的映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)子站端一次維護(hù)數(shù)據(jù)模型和圖形畫面，即時(shí)導(dǎo)入調(diào)度中心在各種自動(dòng)化系統(tǒng)中使用，減少維護(hù)工作量，保證各子站和主站系統(tǒng)模型和數(shù)據(jù)的一致性，在集控中心試用驗(yàn)證。源端維護(hù)大大減輕了調(diào)度端系統(tǒng)圖模維護(hù)工作，消除了變電站與調(diào)度信息核對(duì)工作。

4.1.3 智能巡視系統(tǒng)

智能巡視系統(tǒng)采用巡檢機(jī)器人和固定攝像頭相結(jié)合的模式，能夠部分取代運(yùn)行人員進(jìn)行一次設(shè)備巡視、紅外線測(cè)溫、一次設(shè)備狀態(tài)確認(rèn)，并實(shí)現(xiàn)巡視結(jié)論的后臺(tái)展示與告警。

在智能巡視系統(tǒng)中，應(yīng)用圖模識(shí)別技術(shù)、磁導(dǎo)航、FID定位技術(shù)和多角度云臺(tái)預(yù)置技術(shù)以滿足變電站各類設(shè)備巡視要求。特別是基于視覺(jué)伺服移動(dòng)機(jī)器人精確定位云臺(tái)系統(tǒng)、基于SIFI特征電力設(shè)備刀閘狀態(tài)識(shí)別技術(shù)兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

表1 變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)參量

表2 變壓器智能組件應(yīng)用情況

表3 斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)參量

表4 斷路器智能組件應(yīng)用情況

4.1.4 輔助設(shè)備智能化

1）智能接地線管理系統(tǒng)

通過(guò)智能接地線管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)接地線存取全過(guò)程管理，并將接地線的使用納入變電站現(xiàn)有微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)。

2）緊急解鎖鑰匙智能管理系統(tǒng)

通過(guò)緊急解鎖鑰匙直流管理系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了多種形式防誤鎖具的解鎖鑰匙的智能化管理，防止因取錯(cuò)鑰匙造成誤解除閉鎖；解決一對(duì)多鑰匙錯(cuò)誤解鎖不應(yīng)解鎖的鎖具，實(shí)現(xiàn)所有設(shè)備的一對(duì)一的解鎖，防止走錯(cuò)間隔；控制解鎖鑰匙使用的中間過(guò)程，控制解鎖鑰匙取出后的濫用問(wèn)題。

3）站內(nèi)智能組件柜智能化改造

對(duì)站內(nèi)智能組件柜進(jìn)行智能化改造，加裝熱交換器智能調(diào)節(jié)柜內(nèi)溫度、濕度。

4）站內(nèi)輔助系統(tǒng)智能化改造

實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備操作聯(lián)動(dòng)、視頻監(jiān)視與電子圍欄、移動(dòng)定位、門禁等安防設(shè)備聯(lián)動(dòng)以及電纜溝水位監(jiān)視、生產(chǎn)建筑溫濕度監(jiān)視、空調(diào)、照明等設(shè)備的遠(yuǎn)方控制與監(jiān)視。

4.1.5 光伏發(fā)電和綠色照明

安裝太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，輸出交流380伏并入所用電運(yùn)行，緊急情況時(shí)該系統(tǒng)通過(guò)控制器輸出直流110伏接入充電機(jī)直流側(cè)對(duì)直流系統(tǒng)進(jìn)行充電，實(shí)現(xiàn)了直流系統(tǒng)應(yīng)急備用功能。同時(shí)改造照明系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)綠色照明。

4.2 其余變電站的特點(diǎn)

110 kV金谷園變位于河南省洛陽(yáng)市，始于1962年建成投運(yùn)，2007年底完成數(shù)字化改造，2010年底完成智能化改造，并成功投運(yùn)。其發(fā)展歷程是從典型的傳統(tǒng)變電站、數(shù)字化變電站、到智能化變電站。金谷園變智能化改造項(xiàng)目靜態(tài)總投資1100余萬(wàn)元，其中智能化投資800多萬(wàn)元。在之前的數(shù)字化改造中，已實(shí)現(xiàn)了變電站信息的數(shù)字化采集和網(wǎng)絡(luò)化傳輸，應(yīng)用了光電互感器，將GOOSE機(jī)制、VLAN技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化建模等先進(jìn)技術(shù)引入變電站系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化保護(hù)和控制功能。作為一個(gè)戶外站，金谷園變?cè)诟脑熘嗅槍?duì)當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)，在部分智能控制柜中加裝了空調(diào)等降溫通風(fēng)設(shè)備，避免了智能單元工作溫度過(guò)高，柜內(nèi)凝露等現(xiàn)象。同時(shí)金谷園變實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守及變電站與區(qū)域配網(wǎng)重要用戶的信息互動(dòng)。

表5 避雷器狀態(tài)監(jiān)測(cè)參量

表6 電子式互感器應(yīng)用情況

表7 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用范圍

220 kV午山變位于山東青島，原為室內(nèi)GIS數(shù)字化變電站。改造項(xiàng)目靜態(tài)總投資1800多萬(wàn)元，其中智能化投資1000多萬(wàn)元。改造中220kV系統(tǒng)全部采用了電子式電流電壓組合型互感器，建立了面向變電站全景數(shù)據(jù)的一體化信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守、變電站運(yùn)行環(huán)境統(tǒng)一監(jiān)測(cè)與智能巡檢。變壓器采用了變頻冷卻風(fēng)機(jī)。

750 kV洛川變位于陜西延安市，為新建室外AIS站。項(xiàng)目靜態(tài)投資5.8億多元，其中新增智能化投資3600多萬(wàn)元。變電站建設(shè)周期近兩年，實(shí)現(xiàn)了變壓器、斷路器以及高壓電抗器的智能化。首次在750kV變電站采用羅氏線圈、光纖、磁光玻璃等原理的電子式互感器。變壓器采用了變頻冷卻風(fēng)機(jī)，噪音小，風(fēng)扇可分組運(yùn)行，節(jié)能14%～15%。

4.3 方案對(duì)比

4.3.1 變壓器智能化

表8 信息一體化及高級(jí)應(yīng)用的應(yīng)用范圍

變壓器智能化通過(guò)在傳統(tǒng)設(shè)備上加裝傳感器和智能組件實(shí)現(xiàn)。智能化后，變壓器測(cè)量和狀態(tài)監(jiān)測(cè)的信息內(nèi)容更加全面，智能組件通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的綜合分析，實(shí)現(xiàn)變壓器狀態(tài)信息的共享互動(dòng)和智能化控制。

4.3.2 斷路器智能化

斷路器智能化通過(guò)加裝本體狀態(tài)量傳感器和智能組件實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)設(shè)備的智能化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)斷路器自身狀態(tài)信息的采集與處理，為開(kāi)關(guān)的智能控制提供了支撐。

4.3.3 避雷器智能化

斷路器智能化的內(nèi)容包括全電流、阻性電流和動(dòng)作次數(shù)的監(jiān)測(cè)，個(gè)別站在遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)共享方面采用了無(wú)線傳輸技術(shù)。

4.3.4 電子式互感器的應(yīng)用

電子式互感器的應(yīng)用可方便的實(shí)現(xiàn)電流電壓采樣數(shù)據(jù)的全站共享，節(jié)省了電纜連接，簡(jiǎn)化了二次設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)弱電的有效隔離，為信息一體化及其拓展應(yīng)用提供了支撐。

我們調(diào)研的四個(gè)變電站由于實(shí)際情況不同，電子式互感器的配置選型、安裝設(shè)計(jì)呈現(xiàn)出明顯的差異性。

4.3.5 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用

調(diào)研的幾個(gè)變電站二次設(shè)備全部采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)站內(nèi)通信，部分一次設(shè)備及輔助控制系統(tǒng)也實(shí)現(xiàn)了基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的站內(nèi)通信。

4.3.6 信息一體化及高級(jí)應(yīng)用

信息一體化可實(shí)現(xiàn)對(duì)站內(nèi)信息的統(tǒng)一采集，建立全站全景數(shù)據(jù)平臺(tái)，為高級(jí)應(yīng)用提供唯一標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和信息，并提供統(tǒng)一的面向模型的訪問(wèn)接口。

由于站內(nèi)信息的來(lái)源及用途上的差異，以及技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段的不同，幾個(gè)變電站信息一體化的程度不一。二次設(shè)備普遍實(shí)現(xiàn)了信息一體化集成。狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息、電能計(jì)量信息以及部分輔助控制信息、環(huán)境信息等只在部分站實(shí)現(xiàn)了集成。

5 從評(píng)價(jià)指標(biāo)看智能化設(shè)備

國(guó)家電網(wǎng)公司在智能化變電站首批試點(diǎn)工程完成后，適時(shí)的推出了《智能變電站評(píng)價(jià)細(xì)則》。通過(guò)該細(xì)則中的部分評(píng)價(jià)指標(biāo)（技術(shù)性指標(biāo)），我們能夠?qū)χ悄芑O(shè)備應(yīng)具有的基本功能有個(gè)初步了解。

該細(xì)則中關(guān)于技術(shù)性指標(biāo)的內(nèi)容如下文所述。

5.1 基礎(chǔ)功能完備性

評(píng)價(jià)指標(biāo)包括一次設(shè)備智能化（變壓器、GIS、斷路器等設(shè)備）、電流電壓數(shù)字化采集、站控層信息一體化集成度、二次系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化接入及網(wǎng)絡(luò)記錄分析、一體化電源（含通信電源）系統(tǒng)、通信與信息安全防護(hù)體系等。

一次設(shè)備智能化，是指智能化設(shè)備應(yīng)具備測(cè)量、控制、狀態(tài)監(jiān)測(cè)等綜合功能，智能組件宜采用一體化設(shè)計(jì)，全部信息標(biāo)準(zhǔn)化。

站控層信息一體化集成度，是指實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化站級(jí)監(jiān)視、控制、告警、通信等子系統(tǒng)的集成度。

二次系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化接入及網(wǎng)絡(luò)記錄分析，是指二次系統(tǒng)符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，采用網(wǎng)絡(luò)化接入，變電站內(nèi)可配置獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)全站各種網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的實(shí)時(shí)監(jiān)視、捕捉、存儲(chǔ)、分析和統(tǒng)計(jì)功能。

一體化電源系統(tǒng)，是指全站直流、交流、逆變、UPS、通信等電源采用一體化監(jiān)控。

電流電壓數(shù)字化采集，是指全站是否采用數(shù)字化電流電壓采集設(shè)備，全站電子式互感器的使用情況。

通信與信息安全防護(hù)體系，包括二次系統(tǒng)防護(hù)要求、智能化設(shè)備的安全功能、通信網(wǎng)絡(luò)的安全性。

5.2 技術(shù)先進(jìn)性

評(píng)價(jià)指標(biāo)包括變電站順控操作和上級(jí)調(diào)度的源端維護(hù)能力、設(shè)備狀態(tài)可視化、智能告警、支持經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與優(yōu)化控制等高級(jí)功能應(yīng)用，以及繼電保護(hù)信息綜合監(jiān)視及分析，變電站輔助系統(tǒng)綜合運(yùn)行與監(jiān)視，其他設(shè)備及環(huán)境智能化監(jiān)控等高級(jí)功能。

變電站順控操作，是指變電站監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備站控層順序控制功能，且具備與上級(jí)調(diào)度的互動(dòng)功能。

和上級(jí)調(diào)度的源端維護(hù)能力，是指可以生成智能電子設(shè)備與變電站通信網(wǎng)絡(luò)配置的文件，以及將站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)的圖形文件轉(zhuǎn)換為主站可以識(shí)別的交換格式，并將這些文件提供給主站。

設(shè)備狀態(tài)可視化，是指采集主要一次設(shè)備（變壓器、斷路器等）狀態(tài)信息，進(jìn)行狀態(tài)可視化展示并發(fā)送到上級(jí)系統(tǒng)。智能告警，是指建立變電站告警信息的邏輯和推理模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)告警信息的分類和過(guò)濾，對(duì)變電站的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)分析和推理，自動(dòng)報(bào)告變電站異常并提出故障處理指導(dǎo)意見(jiàn)。可根據(jù)主站需求，為主站提供分層分類的告警信息。

支持經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與優(yōu)化控制，是指變電站具備智能負(fù)荷控制、智能無(wú)功優(yōu)化等與上級(jí)調(diào)度、用戶的互動(dòng)功能。

繼電保護(hù)信息綜合監(jiān)視及分析，是指具備綜合信息展示、保護(hù)動(dòng)作信息展示，事故情況下分析判斷及智能提示。

變電站輔助系統(tǒng)綜合運(yùn)行與監(jiān)視，是指視頻監(jiān)控、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警、照明系統(tǒng)、安防系統(tǒng)綜合運(yùn)行和監(jiān)視能力。

其它設(shè)備及環(huán)境智能化監(jiān)控，是指變電站是否具備技術(shù)創(chuàng)新、節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)。

6 超導(dǎo)變電站

超導(dǎo)技術(shù)作為智能電網(wǎng)基礎(chǔ)技術(shù)之一，在未來(lái)電網(wǎng)中必將得到大規(guī)模的應(yīng)用。為此，我們特別前往我國(guó)首座超導(dǎo)變電站，也是世界首座超導(dǎo)變電站——中國(guó)科學(xué)院白銀超導(dǎo)變電站進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研。

白銀超導(dǎo)變電站集成了我國(guó)在超導(dǎo)電力技術(shù)近十年來(lái)最新、最先進(jìn)的研究開(kāi)發(fā)成果，是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際一流的一系列技術(shù)成果的結(jié)晶，應(yīng)用了包括：超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)、超導(dǎo)限流器、超導(dǎo)變壓器、超導(dǎo)電纜等多種高溫超導(dǎo)電力裝置。超導(dǎo)變電站采用串、并聯(lián)相結(jié)合的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)以并聯(lián)方式接入；超導(dǎo)限流器、超導(dǎo)變壓器、超導(dǎo)電纜依次串接，并與電網(wǎng)實(shí)際負(fù)荷相連接。

7 總結(jié)

本次調(diào)研的幾個(gè)智能化變電站實(shí)現(xiàn)了國(guó)家電網(wǎng)公司的設(shè)計(jì)、改造、設(shè)備等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，建立了智能變電站的技術(shù)體系結(jié)構(gòu)，完善了智能變電站關(guān)鍵設(shè)備標(biāo)識(shí)體系，并在部分技術(shù)領(lǐng)域上取得了突破。實(shí)踐證明，在國(guó)家電網(wǎng)公司的智能變電站技術(shù)、設(shè)計(jì)、改造、設(shè)備技術(shù)條件等系列標(biāo)準(zhǔn)中提出的智能變電站技術(shù)原則、體系結(jié)構(gòu)、功能要求，以及設(shè)計(jì)、測(cè)試、運(yùn)維、調(diào)試驗(yàn)收等內(nèi)容，符合變電站技術(shù)的發(fā)展方向，引領(lǐng)了變電站技術(shù)的發(fā)展，對(duì)今后智能變電站的工程建設(shè)起到了重要指導(dǎo)作用，其技術(shù)方向是正確的。

在智能變電站試點(diǎn)工程實(shí)踐過(guò)程中，通過(guò)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和工程建設(shè)應(yīng)用，部分技術(shù)及管理要求已經(jīng)較為成熟，具備推廣的條件。同時(shí)，國(guó)家電網(wǎng)公司將會(huì)對(duì)以上內(nèi)容進(jìn)行規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化后加以推廣，并以此指導(dǎo)后續(xù)的變電站建設(shè)。如一次設(shè)備智能組件、IEC61850的應(yīng)用、信息一體化技術(shù)、高級(jí)應(yīng)用功能、站用一體化電源系統(tǒng)等。這正是我們要在后期持續(xù)關(guān)注的。

同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了功能增加，造價(jià)不增加。遠(yuǎn)期按資產(chǎn)全壽命周期成本考慮，智能變電站成本相對(duì)常規(guī)站至少下降5%以上。

在智能變電站的建設(shè)過(guò)程中，呈現(xiàn)出一些尚需解決的技術(shù)問(wèn)題，需繼續(xù)深化研究。在幾個(gè)站的應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)電子式互感器的穩(wěn)定性和可靠性的研究還有待深化，對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也需要進(jìn)一步研究完善。

在IEC61850標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用過(guò)程中，出現(xiàn)各設(shè)備供應(yīng)廠家在聯(lián)調(diào)及測(cè)試階段，存在模型不統(tǒng)一、配置工具不統(tǒng)一等問(wèn)題，影響了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試進(jìn)程。因此需要繼續(xù)補(bǔ)充完善IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的工程應(yīng)用規(guī)范，并實(shí)現(xiàn)配置工具的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。

在一次設(shè)備智能化方面，我國(guó)幾乎是從無(wú)到有，搭建形成的技術(shù)體系在實(shí)踐中得到初步應(yīng)用。目前，傳感器對(duì)一次設(shè)備本體的影響以及傳感器本身可靠性等方面還需要進(jìn)一步研究。同時(shí)智能組件就地安裝對(duì)其內(nèi)部IED的電磁兼容設(shè)計(jì)提出了更高的要求，因此需繼續(xù)研究并規(guī)范一次設(shè)備本體傳感器配置、安裝模式等，對(duì)智能組件的布置方式、設(shè)備配置、內(nèi)部通信等進(jìn)行規(guī)范。

其他需要深入研究的方面還有網(wǎng)絡(luò)跳閘關(guān)鍵技術(shù)、一次設(shè)備智能化的通信要求和檢測(cè)規(guī)范、二次設(shè)備的整合、站域控制等。

由于這些智能化變電站的運(yùn)行時(shí)間尚短，在降低整體故障率與自愈化等方面尚需時(shí)間檢驗(yàn)。

變電站設(shè)備智能化水平的發(fā)展仍處于不同的階段和深度。分別為：一次、二次獨(dú)立，外掛智能端子箱和合并單元；智能端子箱與合并單元作為一次設(shè)備的一個(gè)組成部分與一次設(shè)備融為一體；一次設(shè)備創(chuàng)新設(shè)計(jì)，引入狀態(tài)檢修手段，一、二次設(shè)備在嶄新意義上融為一體。

設(shè)備的“傳統(tǒng)質(zhì)量”仍是變電站安全運(yùn)行的主要保障，在發(fā)展智能化設(shè)備的過(guò)程中，一定要同時(shí)關(guān)注設(shè)備質(zhì)量的保障與提升。