于同偉 楊興超 葛維春 吳興林

（1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng)110000；2.許昌開(kāi)普電器檢測(cè)研究院，河南 許昌461000；3.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽(yáng)110000）

1 智能變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述

智能變電站是智能電網(wǎng)變電調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)，也可以作為高級(jí)別電力調(diào)度中心的信息采集和命令執(zhí)行單元，是智能電網(wǎng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的重要組成部分。智能變電站的數(shù)字化對(duì)象主要包括一次設(shè)備和二次設(shè)備。通常利用高速的通信網(wǎng)絡(luò)作為通信平臺(tái)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)字信息化操作，可以實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)外的信息實(shí)時(shí)共享和交互式操作；通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信模式收集實(shí)時(shí)的變電數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)電力流量監(jiān)控、實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控、變電控制保護(hù)和信息化管理等一系列自動(dòng)化變電管理。在電力邏輯管理上，變電站將過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)與間隔層網(wǎng)絡(luò)相連接，在過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)SMV采樣值報(bào)文和GOOSE報(bào)文的信息傳輸，以便于實(shí)現(xiàn)電流電壓流量的實(shí)際采樣、開(kāi)關(guān)量的上傳分配和閘刀開(kāi)合控制。

2 智能變電站的關(guān)鍵技術(shù)

智能變電站相較于傳統(tǒng)變電站，其主要優(yōu)勢(shì)在于變電控制中高度集成的自動(dòng)化操作，這些自動(dòng)化操作都依賴于一些關(guān)鍵技術(shù)的支持。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)際上通用的在電力行業(yè)中實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男畔⒁?guī)范和信息標(biāo)準(zhǔn)，不同于以往的通信標(biāo)準(zhǔn)，這種新型的通信標(biāo)準(zhǔn)能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)在變電控制中的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，通過(guò)精確定義電站變電系統(tǒng)模型，采用分層通信技術(shù)進(jìn)行智能變電控制。這類變電站的顯著特點(diǎn)是具有小信息傳輸量和較好的擴(kuò)展性；電子式互感器能夠保證智能變電站內(nèi)電子設(shè)備之間的兼容性和互操作性，基于通用的標(biāo)準(zhǔn)化通信接口、利用光物理學(xué)效應(yīng)的原理，能夠大大增強(qiáng)變電站系統(tǒng)的二次開(kāi)發(fā)能力；智能開(kāi)關(guān)技術(shù)是智能變電站自動(dòng)化操作的終端環(huán)節(jié)，通過(guò)下達(dá)信息化指令，實(shí)現(xiàn)精確實(shí)時(shí)的電壓電流調(diào)整、合閘角度調(diào)整和繼電器開(kāi)合調(diào)整等；在線監(jiān)控技術(shù)則是保障智能變電站技術(shù)能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，通過(guò)對(duì)關(guān)鍵零部件包括電壓器、繼電器、斷路器等，以及對(duì)變電控制中的溫度、電子學(xué)信號(hào)特征、油溫、水溫等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，能夠采集實(shí)時(shí)信息，為下一步的操作提供參考。

3 智能變電站的電磁兼容性分析

通過(guò)分析智能變電站的工作機(jī)理及其得以順利運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)，可以看出：智能變電站中大規(guī)模使用了電子設(shè)備和自動(dòng)化控制設(shè)備，整個(gè)變電站可以被看作是一個(gè)功率強(qiáng)大的電磁激勵(lì)源，在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中所產(chǎn)生的電磁干擾現(xiàn)象是不可撤銷的，這對(duì)以微電子技術(shù)和信息技術(shù)為核心的電子設(shè)備的運(yùn)行將產(chǎn)生極大的干擾，甚至?xí)沟靡徊糠朱`敏設(shè)備出現(xiàn)失效現(xiàn)象。要對(duì)智能變電站中的智能電子設(shè)備進(jìn)行終端保護(hù)，采用電磁兼容性測(cè)試將會(huì)是一個(gè)十分有效的措施。在變電站的電磁兼容性測(cè)試中，常見(jiàn)的測(cè)試內(nèi)容主要有以下幾種：

3.1 電力設(shè)備的人工短路測(cè)試

在目前主流的智能變電站的建設(shè)中，大量采用了電子式互感器技術(shù)、智能操作模塊技術(shù)和智能控制集成系統(tǒng)等，以國(guó)家電網(wǎng)為代表的電力職能監(jiān)管部門對(duì)于智能變電站的建設(shè)管理也提出了相應(yīng)的管理意見(jiàn)和操作規(guī)范，人工短路實(shí)驗(yàn)是針對(duì)電磁兼容性所進(jìn)行的最為常見(jiàn)的應(yīng)對(duì)措施。該實(shí)驗(yàn)的主要目的在于驗(yàn)證以電子式互感器和智能化運(yùn)行保障系統(tǒng)在電磁干擾下的運(yùn)行可靠性，通過(guò)預(yù)先設(shè)定常見(jiàn)的故障工況，可以人為改變變電站內(nèi)部的電磁環(huán)境水平，以此檢驗(yàn)信號(hào)功率較小的二次性設(shè)備的抗電磁干擾的能力，對(duì)于保護(hù)回路和通信回路的抗干擾能力也是一個(gè)極大的考驗(yàn)。針對(duì)電磁兼容性的人工短路測(cè)試主要包含3個(gè)方面的內(nèi)容：（1）對(duì)變電站內(nèi)部的電磁場(chǎng)在局部短路條件下的磁場(chǎng)變化情況進(jìn)行測(cè)試，獲取實(shí)際的電磁場(chǎng)的變化數(shù)據(jù)，為后續(xù)的電磁兼容性測(cè)試比對(duì)提供精確的電磁場(chǎng)信息；（2）對(duì)變電站近端進(jìn)行人工短路，目的是檢驗(yàn)此類短路所帶來(lái)的電磁場(chǎng)的變化，對(duì)以變壓器和短路器為主的二次設(shè)備的電磁干擾的實(shí)際效果，通過(guò)逐個(gè)檢驗(yàn)不同二次設(shè)備的干擾實(shí)況，尋找出近端短路所帶來(lái)的電磁干擾最為明顯的二次設(shè)備，并在后續(xù)的變電站管理中重點(diǎn)關(guān)注；（3）近端短路對(duì)于信息通信回路的影響也是主要測(cè)試內(nèi)容，獲取干擾峰值水平，有助于選擇合適的通信元件，保障安全運(yùn)行。

3.2 變電站內(nèi)部的電磁環(huán)境變化分析

近端短路會(huì)直接造成局部電流過(guò)載，甚至是電弧的出現(xiàn)，這時(shí)電站內(nèi)部的電磁場(chǎng)也會(huì)發(fā)生變化，常見(jiàn)的電磁場(chǎng)能的測(cè)試工具主要是工頻或者射頻場(chǎng)能測(cè)試儀，選擇合適的測(cè)試點(diǎn)，參照國(guó)家關(guān)于《高壓交流架空送電線路、變電站工頻電場(chǎng)和磁場(chǎng)測(cè)量方法》，可以選用合適的電磁探頭，進(jìn)行精確的測(cè)量。與此同時(shí)，電磁輻射也是重點(diǎn)測(cè)試內(nèi)容。具體測(cè)試步驟是根據(jù)短路閘刀在閉合前、閉合過(guò)程中和閉合后這3個(gè)階段的電磁場(chǎng)能、電磁輻射功率的峰值，通過(guò)對(duì)這3個(gè)階段的能量值進(jìn)行分析，找出功率值最大的短路階段點(diǎn)，以此作為變電站內(nèi)部環(huán)境的電磁峰值點(diǎn)，以為后續(xù)智能變電站設(shè)備的設(shè)計(jì)和安裝提供技術(shù)參考指標(biāo)。

3.3 變電站近端二次設(shè)備的電磁干擾測(cè)試

智能變電站在近端布置了大量的以變壓器、斷路器和控制柜為代表的二次設(shè)備，這些設(shè)備大多為電子元器件設(shè)備，容易受到來(lái)自于短路所帶來(lái)的電磁沖擊的干擾。因此，常見(jiàn)的應(yīng)對(duì)措施是選擇3根絕緣層厚度不一的電纜放置在就地保護(hù)柜中，3根電纜的接線方式各有不同，一種為兩頭接地；一種為一頭接地，另一頭接在就地保護(hù)柜上；最后一個(gè)為兩頭均接在二次等電位網(wǎng)上。通過(guò)精密的數(shù)字型電子濾波器，可以實(shí)時(shí)觀測(cè)到流經(jīng)3根電纜的電壓波形信號(hào)，當(dāng)近端發(fā)生短路時(shí)，會(huì)對(duì)3根電纜發(fā)生相應(yīng)的電磁沖擊，電壓信號(hào)也會(huì)發(fā)生擾動(dòng)，擾動(dòng)的瞬時(shí)峰值就是二次設(shè)備可能受到的最大的電磁干擾水平。實(shí)際測(cè)試中，要實(shí)時(shí)采集3個(gè)電纜的電壓電流信號(hào)，多測(cè)幾次取平均值，消除外界環(huán)境的噪聲干擾。變電站智能設(shè)備能夠抗干擾的標(biāo)志是當(dāng)發(fā)生電磁干擾時(shí)，智能終端尤其是敏感終端不發(fā)生信號(hào)劇烈波動(dòng)、不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤指令，且電流和電壓信號(hào)的波動(dòng)范圍在電子元器件的額定波動(dòng)范圍之內(nèi)。

3.4 變電站近端通信回路的電磁干擾分析

智能變電站多采用多層通信通道，這就需要在實(shí)際測(cè)試活動(dòng)中，采用不同的模擬方式。主要實(shí)現(xiàn)手段是選用不同的屏蔽層和接地方式，選取多根通信電纜，電纜的數(shù)據(jù)流量要與實(shí)際的變電站用的電纜相匹配，長(zhǎng)度偏長(zhǎng)，接線形式有2種：一種為兩頭分別接在地網(wǎng)和等電位網(wǎng)上，一種為接運(yùn)行屏，且電纜的屏蔽層均接地。測(cè)試工具為數(shù)字示波器，準(zhǔn)確記錄下電流信號(hào)波形和對(duì)地電壓波形。測(cè)試有效數(shù)據(jù)為當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)，各記錄參數(shù)的瞬時(shí)波動(dòng)峰值。分析測(cè)試數(shù)據(jù)可以直接獲得通信回路的整體抗干擾能力和局部通信設(shè)備的抗電磁干擾能力以及變電站的電磁兼容性。如果通信回路在電磁干擾的作用下，能夠保證電流信號(hào)和對(duì)地電壓信號(hào)不失真，則其電磁抗干擾能力就能得到有效的保障。

4 結(jié)語(yǔ)

本文重點(diǎn)分析了智能變電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)，而分析智能變電站的電磁兼容性能夠更好地保障對(duì)智能變電站的有效管理，減少由于電磁干擾所帶來(lái)的變電站運(yùn)行故障，為更好地提高智能變電站的生產(chǎn)效率提供新的思路。

［1］司為國(guó).智能變電站若干關(guān)鍵技術(shù)研究與工程應(yīng)用［D］.上海：上海大學(xué)，2009

［2］馮子韜.變電站二次設(shè)備電磁兼容性能的評(píng)估［D］.天津：河北工業(yè)大學(xué)，2007