文／國(guó)網(wǎng)浙江寧波市鄞州區(qū)供電公司 謝江寧 俞沛宙 朱登科／

0 前言

智能化變電站是電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)，也是當(dāng)前國(guó)內(nèi)的一個(gè)熱點(diǎn)。智能化變電站是指采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站數(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)量監(jiān)測(cè)等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(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。智能化變電站的建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涵蓋了變電站的全部范圍，如一次設(shè)備中的互感器、斷路器、變壓器，二次設(shè)備中的保護(hù)、控制、通信，以及軟件開發(fā)、系統(tǒng)建模、數(shù)據(jù)應(yīng)用等。一次設(shè)備革新的核心是一次測(cè)量設(shè)備和智能斷路器，綜合自動(dòng)化通信的關(guān)鍵是IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。

1 智能化變電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能化變電站是智能電網(wǎng)的重要節(jié)點(diǎn)。國(guó)家電網(wǎng)公司規(guī)劃了2020計(jì)劃：至2020年，全面建成統(tǒng)一、堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)。

智能化變電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)繼承了分層分布式變電站結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于高速以太網(wǎng)、新型傳感器、智能操作箱技術(shù)以及IEC 61850 協(xié)議的運(yùn)用，對(duì)智能化變電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了重大影響。智能化變電站的自動(dòng)化系統(tǒng)可以劃分為站控層、間隔層、過(guò)程層三層。

站控層包括自動(dòng)化站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)、站域控制、通信系統(tǒng)、對(duì)時(shí)系統(tǒng)等子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)面向全站設(shè)備的監(jiān)視、控制、告警及信息交互功能，完成數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制（SCADA）、操作閉鎖、電能量采集、保護(hù)信息管理等相關(guān)功能。

間隔層設(shè)備一般指繼電保護(hù)裝置、系統(tǒng)測(cè)控裝置、監(jiān)測(cè)功能組的主智能電子設(shè)備（IED）等二次設(shè)備，實(shí)現(xiàn)使用一個(gè)間隔的數(shù)據(jù)并且作用于該間隔一次設(shè)備的功能。

過(guò)程層包括變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電流/電壓互感器等一次設(shè)備及其所屬的智能組件以及獨(dú)立的智能電子設(shè)備。其主要功能是完成實(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。

2 智能化變電站的建設(shè)模式

目前的智能化變電站建設(shè)模式，概括來(lái)說(shuō)可歸納為過(guò)渡型、實(shí)用型、理想型等類型。

過(guò)渡型智能化變電站站控層和間隔層實(shí)現(xiàn)智能化，過(guò)程層仍采用常規(guī)電磁型互感器，優(yōu)點(diǎn)是信息和通信符合最新國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了信息的共享，具有很好的互操作性，大量減少二次電纜。部分傳統(tǒng)的保護(hù)控制功能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)方式實(shí)現(xiàn)。二次設(shè)備在現(xiàn)有的成熟設(shè)備基礎(chǔ)上完成，具有較高的實(shí)用性，便于現(xiàn)階段在變電站推廣和老站改造。但過(guò)程層未實(shí)現(xiàn)模擬量智能化采集。

實(shí)用型智能化變電站采用電子式互感器，站控層和間隔層全部智能化，過(guò)程層基本實(shí)現(xiàn)智能化。優(yōu)點(diǎn)是過(guò)程層的采樣數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)共享，節(jié)省電纜，簡(jiǎn)化二次接線，電子式互感器原理先進(jìn)。但過(guò)程層的一次設(shè)備未實(shí)現(xiàn)智能化，目前電子式互感器的技術(shù)應(yīng)用在國(guó)內(nèi)還不完全成熟，成本較高。

理想型智能化變電站的站控層、間隔層、過(guò)程層全部實(shí)現(xiàn)智能化。優(yōu)點(diǎn)是變電站過(guò)程層的測(cè)量、監(jiān)視、控制全部實(shí)現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化，徹底解決了二次電纜接線復(fù)雜問(wèn)題，最終降低成本、提高可靠性，是今后的發(fā)展方向。

3 智能化變電站建設(shè)模式的選擇

在智能化變電站的規(guī)劃與設(shè)計(jì)階段，選取哪一種智能化變電站發(fā)展建設(shè)模式，成為決定此項(xiàng)工程面貌與效果的關(guān)鍵。

理想型是今后的發(fā)展方向，但因?yàn)橐淮卧O(shè)備的智能化（如智能化斷路器），在目前階段，過(guò)程層全部實(shí)現(xiàn)智能化，尚有一定難度。

過(guò)渡型與實(shí)用型智能化變電站的區(qū)別，主要在于是否采用電子式互感器。于是，是否選用電子式互感器，就成為選擇的焦點(diǎn)。

電子式互感器分為2種：有源電子式互感器和無(wú)源電子式互感器。有源電子式互感器的技術(shù)相對(duì)較為成熟，其技術(shù)性能已基本可以滿足實(shí)用化要求，國(guó)內(nèi)目前建設(shè)的智能化變電站使用的互感器絕大部分均為有源電子式互感器。

有源電子式電流互感器工作原理如下：

有源電子式電流互感器利用空芯線圈及低功率線圈傳感被測(cè)一次電流。低功率CT（LPCT）的工作原理與常規(guī)CT的原理相同，只是LPCT的輸出功率要求很小，因此其鐵芯截面就較小?？招揪€圈是一種密繞于非磁性骨架上的螺線管，如圖所示。空芯線圈不含鐵芯，避免了因鐵芯引起的CT飽和等問(wèn)題，具有很好的線性度。

空芯線圈的輸出信號(hào)e與被測(cè)電流i有如下關(guān)系：

圖1 有源電子式電流互感器示意圖

由此公式可知，輸出信號(hào)e與截面積s相關(guān)，即空芯線圈輸出信號(hào)與其結(jié)構(gòu)相關(guān)，一方面加工時(shí)需保證截面積s符合設(shè)計(jì)要求；一方面運(yùn)行時(shí)溫度變化可能會(huì)導(dǎo)致空芯線圈結(jié)構(gòu)變化，進(jìn)而影響輸出信號(hào)精度。

電子式互感器還存在采樣同步問(wèn)題：電壓、電流之間需要同步、變壓器不同的電壓等級(jí)之間三相電流、電壓采樣必須同步，變壓器差動(dòng)保護(hù)從不同電壓等級(jí)的多個(gè)間隔獲取數(shù)據(jù)存在也同步問(wèn)題。而且常規(guī)互感器與電子式互感器可能會(huì)并存，更增加了同步的難度。如果選用電子式互感器，同步問(wèn)題是一個(gè)繼電保護(hù)專業(yè)必須面對(duì)的一個(gè)難點(diǎn)。

現(xiàn)在以南瑞繼保電氣有限公司ECVT1電子式互感器為例：

在溫度問(wèn)題上，ECVT1電子式互感器說(shuō)明書標(biāo)明使用環(huán)境氣溫：-25—+40℃，日平均≤+35℃。查詢氣象資料：寧波地區(qū)2010年超過(guò)+35℃的氣溫的天數(shù)為28天，最高溫度為40.7℃,而2013年寧波地區(qū)地區(qū)遭遇極端高溫天氣，截止目前，寧波地區(qū)2013年超過(guò)+35℃的氣溫的天數(shù)已超過(guò)45天，最高溫度高達(dá)43.5℃。

變電所運(yùn)行溫度還要高于環(huán)境氣溫，根據(jù)實(shí)例變電站（110kV布政變）夏季110kV開關(guān)室溫度斷面監(jiān)測(cè)顯示，其日最高氣溫均在37℃以上，在散熱設(shè)施全開情況下，最高溫度仍然到達(dá)過(guò)42℃，如部分散熱設(shè)施故障，最高溫度會(huì)達(dá)到45℃以上；10kV開關(guān)室因裝有空調(diào)，室溫較低，但不可忽視的是作為輔助設(shè)施的空調(diào)設(shè)備，其可靠性尚不足以滿足要求，當(dāng)一臺(tái)空調(diào)停機(jī)時(shí)，室溫仍有可能上升至較高水平。如圖2所示。

圖2 110kV布政變夏季最高溫度斷面監(jiān)測(cè)表

維護(hù)方面，二次部分依靠自檢功能實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修，產(chǎn)品運(yùn)行1～3年后需光纖傳光性能檢測(cè)、互感器變比測(cè)試。目前寧波地區(qū)尚無(wú)電子式互感器運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，從未進(jìn)行過(guò)電子式互感器檢測(cè)和測(cè)試。

我們?cè)賮?lái)參考其他公司運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)：某110kV變電站，采用實(shí)用型智能化模式，投產(chǎn)3年后，因運(yùn)行中出現(xiàn)問(wèn)題太多，不得不進(jìn)行二次部分全站改造。

華東電網(wǎng)內(nèi)某110kV變電站，采用實(shí)用型智能化模式，投產(chǎn)后，缺陷大量出現(xiàn)，給運(yùn)行和維護(hù)帶來(lái)較大壓力。

《浙江省電力公司2011年新建變電站設(shè)計(jì)補(bǔ)充規(guī)定實(shí)施細(xì)則》也規(guī)定：“選用電子式互感器時(shí)，需進(jìn)行充分技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證”。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，以目前的產(chǎn)品技術(shù)水平和寧波地區(qū)的實(shí)際情況，普通110kV變電站如建設(shè)為智能化變電站，宜采用過(guò)渡型智能化變電站模式。

[1]Q/GDW 383-2009 智能化變電站技術(shù)導(dǎo)則.北京：國(guó)家電網(wǎng)公司,2009.

[2]Q/GDW 441-2009 智能化變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范.北京：國(guó)家電網(wǎng)公司,2010.

[3]馬輝.智能化變電站技術(shù)叢書——設(shè)計(jì)分冊(cè).中國(guó)電力出版社,2010.

[4]馬輝.智能化變電站技術(shù)叢書——成果與展望分冊(cè).中國(guó)電力出版社,2010.

[5]劉振亞.智能電網(wǎng)知識(shí)問(wèn)答.中國(guó)電力出版社,2010.

[6]劉振亞.智能電網(wǎng)技術(shù).中國(guó)電力出版社,2010.

[7]ECVT1電子式互感器技術(shù)和使用說(shuō)明書.南瑞繼保電氣有限公司,2010.