冉啟鵬，吳飛，李洪江，錢富君（.云南電網(wǎng)有限責任公司，云南 昆明 6500；

2.云南電網(wǎng)有限責任公司建設(shè)分公司，云南 昆明 650011； 3.云南電網(wǎng)有限責任公司臨滄供電局，云南 臨滄 677000）

0 前言

在推進新型電力系統(tǒng)建設(shè)、提高電網(wǎng)智能化水平的進程當中，智能變電站是重要節(jié)點之一[1-4]。智能變電站的特點就是一次設(shè)備智能化，二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化，可結(jié)合多個專業(yè)的新興技術(shù)，如智能設(shè)備、先進的傳感器技術(shù)、信息標準接口和信息平臺、堅強可靠通信技術(shù)等，大幅提高設(shè)備的智能化水平和運行可靠性，提高了資源使用和生產(chǎn)管理效率，使運行更加經(jīng)濟、節(jié)能和環(huán)保[5-8]。

本文介紹了智能變電站的發(fā)展歷程，分析智能變電站與常規(guī)變電站的區(qū)別，從智能變電站的建設(shè)管理、設(shè)計難點和調(diào)試重點等方面詳細介紹了智能變電站的建設(shè)和應(yīng)用的經(jīng)驗，為智能變電站建設(shè)和發(fā)展提供參考和借鑒。

1 智能變電站發(fā)展歷程

從20世紀80年代開始，隨著計算機、網(wǎng)絡(luò)、電力電子及通信技術(shù)的快速發(fā)展，變電站的保護控制方式也不斷迭代更新，逐步從傳統(tǒng)變電站、綜合自動化變電站、IEC61850變電站、數(shù)字化變電站、智能變電站，電網(wǎng)向著安全、可靠、綠色、高效、智能的現(xiàn)代化電網(wǎng)邁進[9-11]。智能變電站主要發(fā)展歷程如圖1。

圖1 智能變電站發(fā)展歷程

傳統(tǒng)變電站：20世紀80年代及以前，變電站保護設(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，各部分獨立運行。隨著微機處理器和通信技術(shù)的發(fā)展，遠動裝置的性能得到較大提高，傳統(tǒng)變電站逐步增加了遙信、遙測、遙控、遙調(diào)的四遙功能[12]。

綜合自動化變電站：20世紀90年代，微機保護技術(shù)的廣泛應(yīng)用使得變電站自動化取得實質(zhì)性進展。利用計算機技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信息處理技術(shù)，對變電站二次設(shè)備的功能進行重新組合、優(yōu)化設(shè)計，形成了變電站綜合自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)對變電站設(shè)備運行情況進行監(jiān)視、測量、控制和協(xié)調(diào)的功能[13]。

IEC61850變電站：21世紀初，開始在綜合自動化變電站的基礎(chǔ)上統(tǒng)一通信規(guī)約，各設(shè)備廠家由原來的多種通信規(guī)約統(tǒng)一為IEC61850標準，實現(xiàn)了站內(nèi)設(shè)備通信標準化[14]。

數(shù)字化變電站：隨著數(shù)字化技術(shù)的不斷進步和IEC61850標準廣泛應(yīng)用，國內(nèi)出現(xiàn)了基于IEC61850的數(shù)字化變電站。它具有全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標準化、高級應(yīng)用互動化四個重要特征。數(shù)字化變電站主要體現(xiàn)在過程層設(shè)備的數(shù)字化，整個變電站內(nèi)信息的網(wǎng)絡(luò)化，一級斷路器設(shè)備的智能化，而且設(shè)備檢修工作逐步由定期檢修過渡到以狀態(tài)檢修為主的管理模式[15]。

智能變電站：近年來，智能電網(wǎng)中的智能變電站是采用先進、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監(jiān)測等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能的變電站[16]。

2 智能變電站與傳統(tǒng)變電站的區(qū)別

2.1 規(guī)劃設(shè)計原則

智能變電站的設(shè)計圍繞智能電網(wǎng)“安全、可靠、綠色、高效”的目標，按照全站信息統(tǒng)一共享的原則推進智能變電站的建設(shè)，依據(jù)一體化電網(wǎng)運行智能系統(tǒng)標準實現(xiàn)主站子站統(tǒng)一建模，全面推廣智能遠動機，部署二次智能運維系統(tǒng)，提高變電站運維效率。推進站控層設(shè)備一體化，整合站控層資源，實現(xiàn)與主站通信以及主站子站的深度互動。廣泛利用合并單元、智能終端綜合實現(xiàn)過程層設(shè)備數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化。同步部署二次智能運維系統(tǒng)建設(shè)，推動變電站在線監(jiān)測及新技術(shù)的應(yīng)用。

2.2 智能變電站二次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與常規(guī)變電站區(qū)別

智能變電站采用三層兩網(wǎng)結(jié)構(gòu)，即站控層、間隔層、過程層三層設(shè)備，站控層、過程層兩層網(wǎng)絡(luò)。如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

站控層設(shè)備：監(jiān)控主機、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)服務(wù)器、綜合應(yīng)用服務(wù)器、操作員站、工程師工作站、PMU數(shù)據(jù)集中器和計劃管理終端等。

間隔層設(shè)備：繼電保護裝置、測控裝置、故障錄波裝置、網(wǎng)絡(luò)記錄分析儀、穩(wěn)控裝置等。過程層設(shè)備：傳統(tǒng)互感器、智能終端、智能組件等。

站控層網(wǎng)絡(luò)：站控層網(wǎng)絡(luò)是間隔層設(shè)備和站控層設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)，包括站控層中心交換機和間隔交換機，實現(xiàn)站控層內(nèi)部及站控層和間隔層之間的數(shù)據(jù)傳送，分A、B、C網(wǎng)，傳輸協(xié)議采用MMS，故也稱為MMS網(wǎng)。

過程層網(wǎng)絡(luò)：過程層網(wǎng)絡(luò)是間隔層設(shè)備和過程層設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)，包括過程層中心交換機和間隔層交換機組成，過程層網(wǎng)絡(luò)由GOOSEA、B網(wǎng)組成，傳輸遙信、遙控、保護跳閘、閉鎖等信號。

2.3 智能變電站與常規(guī)變電站繼電保護配置區(qū)別

智能變電站保護配置與常規(guī)站繼電保護裝置在原理上沒有差別，只是由于GOOSE網(wǎng)的應(yīng)用，帶來了組網(wǎng)方式的變化。保護裝置之間、保護裝置與一次設(shè)備之間由原來的電纜直連變成光纖連接，傳統(tǒng)的裝置形式有了很大的改變，光纖通信取代了大部分的常規(guī)站內(nèi)連接電纜，沒有了常規(guī)回路的電氣開斷點，使得傳統(tǒng)的裝置維護和校驗方式變得不適用，繼電保護調(diào)試工作也帶來了翻天覆地的變化。如圖3所示。

圖3 保護裝置配置圖

3 智能變電站應(yīng)用

3.1 建設(shè)管理

1）策劃先行。編制相關(guān)建設(shè)管理策劃書，全面分析智能變電站建設(shè)管理的重點、難點，強化組織保障、橫向協(xié)同，梳理出關(guān)鍵任務(wù)并明確完成時限、責任到人，確保各項工作有序推進。

2）駐廠培訓。建設(shè)單位組織系統(tǒng)運行部門、各設(shè)備供應(yīng)廠家、集成廠家、物資公司、設(shè)計單位、施工單位、監(jiān)理單位、運行單位集中到集成廠家開展技術(shù)培訓和廠內(nèi)聯(lián)調(diào)工作，通過邊學習、邊調(diào)試的模式，讓各單位主要人員迅速理解和掌握智能變電站的建設(shè)要點、流程及調(diào)試設(shè)備使用，為智能變電站建設(shè)進度和質(zhì)量控制奠定堅實的基礎(chǔ)。

3）整合多方資源加強質(zhì)量管理。在工程建設(shè)前期聯(lián)合調(diào)度、各參建單位及相關(guān)運行單位、各設(shè)備廠家組織召開智能站繼電保護并網(wǎng)風險管控專題會議，會議組織專家對智能變電站設(shè)計方案進行專項審查，重點對SCD配置文件、過程層設(shè)備布置方案、控制回路、網(wǎng)絡(luò)通道等進行審查，對審查發(fā)現(xiàn)的問題及時提出處理意見。廠內(nèi)聯(lián)調(diào)、現(xiàn)場安裝調(diào)試及驗收過程中發(fā)現(xiàn)的問題及時提交會診，群策群力優(yōu)質(zhì)高效推進各項工作。

3.2 設(shè)計工作難點

1）設(shè)備的組屏問題。常規(guī)站設(shè)備與智能變電站設(shè)備測控、錄波等裝置大小不一樣，組屏方案需要調(diào)整。

2）智能終端接口問題。廠家提供的1個油壓低閉鎖重合閘節(jié)點接入到第一套斷路器智能終端中，由第一套斷路器智能終端發(fā)送油壓低閉鎖信號至第二套智能終端，第二套智能終端只會接收到告警信號，而無法閉鎖重合閘。

3）站用變智能終端。沒有專門的非電量開入，導致只能在外部通過增加繼電器處理。

4）對規(guī)范的理解不同。智能變電站過程層組網(wǎng)，根據(jù)設(shè)計規(guī)范，光纜、網(wǎng)線、電纜選擇及敷設(shè)雙重化保護的GOOSE跳閘控制回路等需要增強可靠性的兩套系統(tǒng)，應(yīng)采用各自獨立的光纜。主控樓計算機房與各小室之間的網(wǎng)絡(luò)連接應(yīng)采用光纜。起點、終點為同一對象（斷路器/間隔）的纜芯可合用同一根光纜（過程層網(wǎng)絡(luò)A1、A2或B1、B2可合用一根光纜），整合后光纜芯數(shù)不超過24芯。運行單位提出過程層A1和A2網(wǎng)、B1和B2網(wǎng)不能共用1根光纜，應(yīng)分開采用單根光纜進行組網(wǎng)，全站部分智能終端、保護裝置及交換機的ODF配線A1和A2、B1和B2共用一個熔接盒或光配箱，需要分開。

3.3 調(diào)試工作重點

3.3.1 調(diào)試特點

智能變電站站二次調(diào)試流程與常規(guī)變電站不同，大量工作在出廠聯(lián)調(diào)階段完成，具有以下特點：

①在模型程序不變的前提下，在出廠前完成全站組網(wǎng)，裝置相關(guān)配置下裝，大大縮短現(xiàn)場組網(wǎng)耗時。

大豆食心蟲絕大多數(shù)的卵產(chǎn)在豆莢上，少數(shù)卵產(chǎn)于側(cè)枝、葉柄和主莖上。以3到5厘米的豆莢上產(chǎn)卵最多，幼小嫩綠莢上產(chǎn)卵較多，2厘米以下的很少產(chǎn)卵。一粒豆莢上產(chǎn)卵1到3粒不等。入莢的幼蟲大約可咬食兩個豆粒，大豆食心蟲喜歡在多毛的品種上產(chǎn)卵，對于結(jié)莢時間長的品種容易受害。

②對全部裝置進行了相關(guān)試驗，確保裝置程序及動作邏輯滿足要求。

③對所有屏柜結(jié)構(gòu)，配線提前提出要求，變更修改更加便捷。

④廠內(nèi)用時增多，現(xiàn)場可能會面臨工期緊張，投運延后的情況。

調(diào)試流程和各階段調(diào)試工作量如圖4、5所示。

圖4 調(diào)試流程

圖5 各階段調(diào)試工作量

3.3.2 出廠聯(lián)調(diào)主要工作

智能保護變電站建設(shè)的核心是二次設(shè)備組網(wǎng)，也就是goose網(wǎng)的組建，出廠聯(lián)調(diào)工作包含了主要保護測量設(shè)備廠家二次設(shè)備組網(wǎng)后系統(tǒng)調(diào)試的所有工作，以500 kV智能變電站為例，主要包含以內(nèi)容：

1）聯(lián)調(diào)前測試準備階段：全站SCD配置文件的下裝、系統(tǒng)組態(tài)配置、全站交換機配置、全站SCD虛端子關(guān)聯(lián)配置檢查、站控層設(shè)備配置檢查、硬件設(shè)備驗收、裝置單體調(diào)試等工作。

2）功能分系統(tǒng)聯(lián)調(diào)階段：繼電保護系統(tǒng)調(diào)試、測控系統(tǒng)調(diào)試、計算機監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試、智能故障錄波調(diào)試、網(wǎng)絡(luò)分析、通訊中斷檢驗、時間同步性能測試等工作。

3）二次系統(tǒng)聯(lián)調(diào)階段：500 kV線路間隔系統(tǒng)測試、500 kV高抗間隔系統(tǒng)測試、500 kV主變間隔系統(tǒng)測試、500 kV斷路器間隔系統(tǒng)測試、220 kV線路間隔系統(tǒng)測試、220 kV母線、母聯(lián)測試、35 kV間隔系統(tǒng)測試等項目。

①測控裝置和相應(yīng)智能終端的遙測、遙信、遙控調(diào)試，并在后臺正確顯示和操作，其中遙控調(diào)試需帶上五防邏輯閉鎖功能。

②保護裝置和相應(yīng)智能終端的完整保護功能調(diào)試，在后臺、故障錄波、網(wǎng)分上能正確顯示保護動作信息。

③后臺對保護裝置的定值召喚及修改、軟壓板遙控等功能正確實現(xiàn)。

④測控、保護裝置的電B碼對時，智能終端的光B碼對時，后臺的網(wǎng)絡(luò)SNTP對時。

⑤全站通訊調(diào)試期間，需檢驗網(wǎng)絡(luò)分析儀功能。

3.3.3 聯(lián)調(diào)工作的重點和難點

①組織好設(shè)計單位在聯(lián)調(diào)開始前向集成商提供盡可能貼近運行要求的主接線圖、虛端子表、設(shè)備清單，組織好各設(shè)備廠家向集成廠家提供ICD模型文件，ICD文件應(yīng)遵循《變電站 IEC61850 工程通用應(yīng)用模型》規(guī)定，并與裝置保持一致，由集成廠家完成系統(tǒng)SCD集成，各廠家聯(lián)調(diào)結(jié)束后裝置版本、檢驗碼、CID文件等現(xiàn)場不允許再進行變更。

②廠內(nèi)調(diào)試階段需要完成二次設(shè)備的功能試驗，包括各設(shè)備的參數(shù)化工作，如監(jiān)控系統(tǒng)繪制主接線、裝置的實例化、GOOSE配置、外廠家規(guī)約接入與調(diào)試等，根據(jù)現(xiàn)場的實際情況完成廠內(nèi)調(diào)試工作，盡可能的減少現(xiàn)場的調(diào)試工作量.

③組織運行單位提供全站順控操作票、五防邏輯原理圖，運行單位及施工單位應(yīng)保證聯(lián)調(diào)現(xiàn)場有經(jīng)驗豐富的運行及調(diào)試人員在現(xiàn)場，協(xié)助集成廠家完成SCD文件配置，特別是設(shè)備MAC地址分配、IP地址分配、IEDName分配、虛端子連線、靜態(tài)組播、VLAN劃分等重點工作，盡可能減少SCD文件在竣工驗收階段的修改，有效節(jié)約電氣安裝階段的工期。

④在監(jiān)理及運行單位的見證下，施工單位及各廠家完成聯(lián)調(diào)過程中的消缺工作，整理調(diào)試報告，各設(shè)備具備發(fā)貨條件。

3.3.4 現(xiàn)場安裝調(diào)試工作的重點和難點

1）保護調(diào)試內(nèi)容方面

①光纖檢查、光功率及裕度測試。

②站控層：后臺增加了鏈路狀態(tài)信號及分圖，保信子站功能被包含于智能錄波器。

③間隔層：測控裝置僅有少量硬接點開入，屏柜電纜數(shù)減少，判斷測控接收某開入實際狀態(tài)需結(jié)合虛端子；保護屏內(nèi)取消操作箱；模擬量采集仍采用電纜接入的方式；間隔層設(shè)備對時仍使用電B碼對時。

④過程層：過程層交換機組網(wǎng)過程消除斷鏈；光纖標簽的要求更加精細；過程層智能終端對時采用光B碼對時；增加智能組件柜的調(diào)試工作。

⑤針對GO0SE等提出的檢修機制、準確性、快速性、同步性等技術(shù)原則驗證。

⑥針對IED裝置硬壓板硬接點被軟壓板軟報文等取代而提出的上送信息檢查。

⑦針對智能保護裝置、智能終端等新型設(shè)備而增加的調(diào)試項目。

⑧針對設(shè)備數(shù)字化所帶來的差異而提出的配置文件及虛端子驗證等。

⑨保護邏輯的調(diào)試和常規(guī)站一樣，但出口測試手段變發(fā)生了一定改變。

2）測試工具方面

①數(shù)字化繼電保護測試儀可實現(xiàn)發(fā)送SV與訂閱、發(fā)布GOOSE報文。

②報文分析儀，可實時抓捕網(wǎng)絡(luò)報文供技術(shù)人員分析使用。

③網(wǎng)絡(luò)測試儀可以對交換機進行性能測試。

3）SCD配置文件方面

在智能變電站的調(diào)試過程中SCD文件作為貫穿全部二次智能設(shè)備的基礎(chǔ)文件，設(shè)計單位提供給集成廠家虛端子表的快速性和準確性，是智能變電站能否可以開始調(diào)試的基礎(chǔ)。建設(shè)單位前期明確要求設(shè)計單位出具虛端子表時間、要求集成商完成SCD配置文件的時間節(jié)點，關(guān)于虛回路的規(guī)范性只能在SCD配置文件出來之后，通過和已經(jīng)投運的智能變電站的對比，保障基礎(chǔ)回路正確的基礎(chǔ)上對需要增加的回路再進行調(diào)整。

4）組網(wǎng)工作方面

在SCD文件制作完成后組網(wǎng)也是作為制約變電站調(diào)試進度的一個問題。目前在智能變電站組網(wǎng)作業(yè)中由調(diào)試人員配合交換機廠家組網(wǎng)，廠家先配置，調(diào)試人員通過對照配置文件和裝置的斷鏈情況進行核查，最后完整組網(wǎng)，通過故障錄波功能檢查進行一次全面的梳理。在鏡像組網(wǎng)時要求各廠家交換機能實現(xiàn)鏡像組網(wǎng)功能，對于不能完成鏡像組網(wǎng)的交換機需要和中調(diào)進行報備后方可不進行鏡像組網(wǎng)。在今后的智能變電站建設(shè)過程中，物資招標時在技術(shù)規(guī)范書中明確要求交換機支持多條鏡像令，具備鏡像組網(wǎng)功能。

4 結(jié)束語

隨著科學技術(shù)不斷進步，融入自然、生態(tài)環(huán)保、環(huán)境友好、和諧共生等理念將持續(xù)融入變電站的設(shè)計當中，安全、可靠、綠色、高效的智能變電站將是發(fā)展的必然。智能變電站采用三層兩網(wǎng)結(jié)構(gòu)，使用光纜代替電纜減少回路開斷點、節(jié)約工程造價，采用模采網(wǎng)跳方式提高數(shù)據(jù)同步率、準確率和可靠性，與傳統(tǒng)變電站相比具有顯著優(yōu)勢。同時智能變電站80%的調(diào)試工作在集成廠家完成聯(lián)調(diào)，只有20%的調(diào)試工作在現(xiàn)場開展，將大大縮短現(xiàn)場安裝、調(diào)試時間，并在出廠聯(lián)調(diào)階段對全部裝置進行相關(guān)試驗，確保了裝置程序及動作邏輯正確可靠。

本文全面分析了智能變電站管理策劃、設(shè)計、調(diào)試、驗收投產(chǎn)各階段工作的重點、難點，提出了管理提升建議，為今后智能變電站建設(shè)積累了經(jīng)驗、儲備了人才。