程智

摘? 要：隨著通信技術和電力電子技術的發(fā)展，智能電網(wǎng)的建設已成為未來電網(wǎng)的發(fā)展趨勢。智能變電站是構建智能電網(wǎng)的關鍵環(huán)節(jié)，是智能電網(wǎng)建設的重點。文章主要通過330kV變電站智能化改造，對基于變電站運行可靠性進行了一系列研究，分析了智能變電站與常規(guī)變電站的主要技術差異，確定了常規(guī)變電站智能化改造的主要技術，針對傳統(tǒng)變電站的整體功能，提出了變電站改造方案，并結合智能變電站技術可靠性的發(fā)展要求，提出了變電站智能化改造方案。

關鍵詞：變電站;智能化;改造

中圖分類號：TM63? ? ? ? ?文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）27-0134-02

Abstract： With the development of communication technology and power electronics technology， the construction of smart grid has become the development trend of power grid in the future. Smart substation is the key link in the construction of smart grid and the focus of smart grid construction. Through the intelligent transformation of 330kV substation， this paper makes a series of studies on the reliability of substation operation， analyzes the main technical differences between intelligent substation and conventional substation， and determines the main technology of intelligent transformation of conventional substation. According to the overall function of the traditional substation， the transformation scheme of the substation is put forward， and the intelligent transformation scheme of the substation is put forward according to the development requirements of the technical reliability of the intelligent substation.

Keywords： substation; intelligence; transformation

1 概述

隨著經濟的發(fā)展，電力需求日益旺盛，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，電網(wǎng)結構日趨復雜，對供電可靠性的要求越來越高。常規(guī)變電站事故的主要原因有電纜老化、CT特性惡化、季節(jié)性開關壓力盤故障等。此外，計算機信息技術、通信技術、網(wǎng)絡技術的快速發(fā)展以及現(xiàn)有的成熟技術也為智能化技術在電力工業(yè)中的應用做出了貢獻。近年來，一次智能設備的產品質量提高很快，智能設備已達到基本水平，滿足了現(xiàn)場應用的穩(wěn)定性。工業(yè)以太網(wǎng)應用于微機保護的電力系統(tǒng)，是近年來變電站智能化系統(tǒng)的主要方式。

2 傳統(tǒng)變電站存在的問題及智能化變電站的優(yōu)勢

2.1 傳統(tǒng)變電站存在的問題和不足

（1）對于采用電磁式互感器和二次電纜接線的變電站，電流互感器二次電纜相對較長，二次負載較重，容易引起飽和。二次電纜長、配電面積大、線路復雜、對地電容大、干擾和絕緣問題嚴重，導致電氣二次回路故障概率高，影響系統(tǒng)可靠性，此外，傳統(tǒng)變電站二次回路的設計、施工、調試、維護、檢修、改造和擴建涉及大量工作。

（2）許多變電站，尤其是城市變電站負荷大、設備多，受到經濟、環(huán)保、規(guī)劃空間等方面的嚴重制約。

（3）一次設備正在向智能化發(fā)展，可通過集成通常安裝在主設備附近的測量、控制、監(jiān)控和保護等智能組件來實現(xiàn)。傳統(tǒng)的方式是二次設備安裝在主控室或繼電保護柜內，不符合一次設備智能化和一次設備與二次設備更緊密集成的要求。

（4）電磁互感器二次側的電流和電壓信號通過二次電纜傳遞到保護裝置。因此，二次設備的增加需要增加用于連接互感器的二次電纜。二次設備之間的聯(lián)鎖和閉鎖信號以及保護和斷路器之間的命令和信號也通過二次電纜接線以一對一的特性進行傳輸。繼電器保護和次級電路根據(jù)機架進行配置。每個機架自然且物理獨立，因此相對容易實現(xiàn)故障二次設備和電路的隔離，因此系統(tǒng)將具有相對高的可靠性。另一方面，相對難以實現(xiàn)所有機架之間的信息互通、電流和電壓量的重復利用、聯(lián)鎖和阻塞信息以及操作信息。為了利用多機架信息實現(xiàn)保護功能，需要增加許多二次電纜，因此實現(xiàn)起來比較困難，這將制約現(xiàn)有保護系統(tǒng)的功能改進、優(yōu)化和補充。

（5）當使用單端電量的分段保護用作線路或部件的遠程后備保護時，時間延遲相對較長。預計有些技術可以縮短后備保護的運行時間。

（6）當電網(wǎng)運行方式或被保護設備運行狀態(tài)發(fā)生變化時，繼電保護的設置需要很大的工作量。一個典型的例子是，如果一些母線保護停止，母線上所有線路的相對側保護第二區(qū)的延時設置需要縮短。

在智能變電站建設中，通過綜合利用IEC 61850標準、電子式互感器、過程級光纖以太網(wǎng)和廣域光纖通信等基礎支撐技術，可以構建智能變電站的分級保護控制系統(tǒng)，提高繼電保護系統(tǒng)的整體性能。

2.2 智能化變電站的基本內涵及優(yōu)勢

智能化變電站是現(xiàn)代化的變電站，包括智能預備設備、電子互感器、智能開關，聯(lián)網(wǎng)二次設備層，基于標準IEC61850可實現(xiàn)電氣設備間的信息共享和智能互操作。

通過利用先進的傳感器、信息、通信、控制、人工智能技術，智能化變電站建立了一個統(tǒng)一的所有信息采集、傳輸、分析、處理的應用平臺。它使變電站信息化、自動化、交互式。全數(shù)字信息、網(wǎng)絡化通信平臺、共享信息是其基本要求。自動信息采集、測量、控制、保護、監(jiān)控是其基本功能。它可以支持電網(wǎng)的實時自動控制，根據(jù)需要實現(xiàn)智能控制、在線分析決策、協(xié)同交互等高級功能。為了保證供電的可靠性，智能變電站與相鄰變電站和電網(wǎng)調度的其他變電站進行聯(lián)系和通信。

物理角度來看，智能化變電站仍然包括初步設備和二次設備（包括保護設備、測控設備、通信設備等）。由于智能初步設備和聯(lián)網(wǎng)二次設備，它們之間的結合比以前更加緊密。從邏輯角度來看，智能化變電站在各層之間采用高速網(wǎng)絡通信，各層可分為三個部分：過程層、間隔層和站控層。智能化變電站的主要設備有電子式互感器、合并單元和智能斷路器等。電子互感器的使用使結構清晰簡潔，采樣點變得簡單，實現(xiàn)傳輸智能化。進行保護性調試時，我們不需要進行模擬測試，只做邏輯測試，不僅可以大大減少設備調試的工作量，還可以降低電纜的維護成本。

3 變電站智能化改造方案

3.1 智能化改造方案設計

330kV變電站智能化改造采用三層網(wǎng)絡架構，智能變電站的數(shù)據(jù)采集與傳輸與傳統(tǒng)變電站有很大的不同。經過多年的理論研究和產品開發(fā)，被稱為“三層兩網(wǎng)”的二次設備的典型配置，證明了這種配置適合于考慮穩(wěn)定性和安全性的智能變電站。330kV智能變電所自動化系統(tǒng)包括三個功能級：站控層、間隔層和過程層，信息通過通信光纖在IED之間進行交換。

在站控層，控制站和保護故障信息站通過雙工100M以太網(wǎng)收集所有間隔層智能電力監(jiān)測裝置的實時信息，采用MMS協(xié)議。在智能變電站中，采用電子變壓器、智能變壓器和智能斷路器可以很容易地解決這兩個問題。變電站改造可以完全保留傳統(tǒng)的儀表變壓器和一次設備，采用新型的合并單元和智能終端解決了上述兩個問題。包含A/D轉換器的合并單元將來自常規(guī)儀表變壓器的電流或電壓信息數(shù)字化。智能終端與常規(guī)一次設備相結合，可以部分替代智能一次設備，負責設備的監(jiān)控。

3.2 變電站智能化改造的具體方案

3.2.1 監(jiān)控系統(tǒng)改造方案

智能化變電站在原有通信網(wǎng)絡結構的基礎上，通過對硬件和軟件的升級，將后臺監(jiān)控系統(tǒng)轉化為綜合監(jiān)控系統(tǒng)，構建智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)。變電站通信協(xié)議統(tǒng)一為IEC61850協(xié)議，如果保護測控裝置不具備IEC61850協(xié)議的功能，可通過協(xié)議轉換器實現(xiàn)，同時規(guī)范和豐富各種先進的智能化信息訪問的應用，優(yōu)化高級應用的功能，實現(xiàn)信息共享的標準化和高級應用的智能化，這樣才能滿足智能電網(wǎng)在變電站信息方面的需求。通過在線監(jiān)測系統(tǒng)對變電站設備狀態(tài)參數(shù)進行自動采集和分析，實現(xiàn)狀態(tài)可視化。同時，還可以根據(jù)設備狀態(tài)對數(shù)據(jù)進行評估和分析，從而實現(xiàn)變電站的智能化。在線監(jiān)測斷路器的開閉電流、動觸頭位置、開關狀態(tài)，以診斷電氣壽命狀態(tài)和常規(guī)機械故障，從而提高斷路器的運行管理水平。

3.2.2 變壓器保護改造方案

變壓器保護使用冗余配置主保護和后備保護。主保護和后備保護分開，后備保護必須集成到測量設備上。當使用冗余保護配置時，合并單元和智能終端需要使用冗余配置。變壓器的非電保護要求直接就地跳閘，相關延遲也要求就地跳閘，智能終端上傳非電量動作信息、接地開關控制信息。

3.2.3 GOOSE技術的應用

智能化變電站中的智能斷路器實現(xiàn)智能電子操作，將機械能存儲變?yōu)殡娙菽艽鎯?，也將機械驅動變?yōu)槟孀兤魍ㄟ^電機直接驅動。在IEC61850標準中，智能斷路器提高了系統(tǒng)的可靠性，可以打開和關閉電路，根據(jù)GOOSE/GSSE通信信息傳輸位置信息。智能斷路器具有連接到間隔層的通信接口，接收和發(fā)送符合IEC61850標準的GOOSE消息。

3.2.4 輔助系統(tǒng)改造方案

智能變電站遙視可用于監(jiān)視設備運行，提供事故的圖像資料，對變電站的安全防護等起到保障作用。在遙視控制中心可以通過實時的視頻信息觀察現(xiàn)場，控制攝像頭旋轉、錄像、回放視頻資料等。同時配置火災報警系統(tǒng)，報警信號接入監(jiān)控系統(tǒng)。

4 結束語

我國現(xiàn)有大量常規(guī)變電站投入運行，這些變電站的智能化改造面臨著更加突出的問題，有必要對智能配電網(wǎng)的各項技術進行不斷探索，提高智能化變電站的可靠性，同時快速構建高水平的創(chuàng)新載體和服務平臺，擴大智能配電網(wǎng)的應用規(guī)模，提升電網(wǎng)整體競爭力，實現(xiàn)信息建模標準化、全站通信協(xié)議標準化，為變電站和電網(wǎng)之間的溝通提供標準可靠的解決方案。

參考文獻：

[1]聶玉平，詹亮星.110kV傳統(tǒng)變電站智能化改造施工方案分析

[J].通訊世界，2018（11）：102-103.

[2]關瑞榮.淺論常規(guī)變電站智能化技術改造[J].煤，2018，27（09）：88-89.

[3]劉友國.變電站智能化建設和改造探討[J].智庫時代，2018（24）：260+262.

[4]郝偉向.基于IEC61850標準的110kV大營變電站智能化改造方案[D].華北電力大學，2018.

[5]康威.變電站智能化改造技術問題研究[J].中小企業(yè)管理與科技（中旬刊），2017（01）：164-165.

[6]季雨楓，張平均，戴建民.大型企業(yè)變電站智能化改造方案的設計與實現(xiàn)[J].電工電氣，2017（01）：59-62+68.