李洪江，顏濤，譚毅，楊永昆，趙曉春

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司，云南 昆明 650011）

0 前言

變電站作為電網(wǎng)重要環(huán)節(jié)，承擔(dān)著電力的匯集與分配，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行起著重要作用，變電站智能化直接影響電網(wǎng)的智能化水平，智能變電站技術(shù)對電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展具有巨大的促進(jìn)作用。智能變電站正隨著電網(wǎng)裝備技術(shù)的不斷發(fā)展，持續(xù)進(jìn)步提升，也隨著國內(nèi)智能變電站試點(diǎn)建設(shè)，不斷積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及實(shí)踐成果[1-2]。

南方電網(wǎng)公司2019年啟動了智能變電站試點(diǎn)建設(shè)工作，明確云南110 kV七彩及110 kV尖山變電站納入試點(diǎn)范圍，按照智能化、模塊化及集成化思路開展試點(diǎn)建設(shè)。其中智能化為主要涉及光學(xué)互感器、智能高壓設(shè)備、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測，模塊化包含一次設(shè)備模塊化、二次接口標(biāo)準(zhǔn)化及預(yù)制建構(gòu)筑施設(shè)，集成化體現(xiàn)為集中組屏（小型化）及間隔集成方案。

云南電網(wǎng)公司按照南方電網(wǎng)公司批復(fù)試點(diǎn)方案，結(jié)合110 kV七彩變及110 kV尖山變實(shí)際情況，進(jìn)一步細(xì)化完善了試點(diǎn)技術(shù)內(nèi)容，形成了110 kV七彩變及110 kV尖山變技術(shù)路線。同時，全力推進(jìn)2個試點(diǎn)變電站建設(shè)實(shí)施，110 kV尖山變于2021年12月建成投產(chǎn)，110 kV七彩變計(jì)劃2022年7月建成投產(chǎn)。

1 示范技術(shù)研究

在遵循南方電網(wǎng)智能變電站試點(diǎn)方案的基礎(chǔ)上，充分結(jié)合變電站實(shí)際情況及智能化設(shè)備發(fā)展趨勢，按照技術(shù)先進(jìn)、可靠原則，進(jìn)一步優(yōu)化完善試點(diǎn)技術(shù)路線，形成具有地域特色的試點(diǎn)建設(shè)方案。

圖1 試點(diǎn)的主要技術(shù)路線

1.1 智能化方面

變電站一次設(shè)備作為實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換的主要設(shè)備，變電站智能化離不開一次設(shè)備的智能化，110 kV七彩變、尖山變的主變、GIS設(shè)備及開關(guān)柜采用大量智能化新技術(shù)。變壓器及GIS設(shè)備采用“變壓器+傳感器+智能組件”模式，一次部分采用電子式互感器，二次部分設(shè)置就地智能組件，包含智能終端、合并單元、在線監(jiān)測裝置等。10 kV開關(guān)柜配置電動操作底盤，結(jié)合順控服務(wù)器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方程序化操作、智能監(jiān)測裝置等。配置蓄電池在線核容裝置，GIS局放、GIS室SF6泄露及含氧量及油中溶解氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)提升設(shè)備智能化水平[3]。

變電站二次設(shè)備作為保護(hù)控制核心，數(shù)據(jù)采樣作為保護(hù)信息源頭，為實(shí)現(xiàn)真正的網(wǎng)絡(luò)采樣功能，110 kV七彩變試點(diǎn)應(yīng)用磁光玻璃光學(xué)互感器，磁光玻璃作為一種無源光學(xué)互感器，具有測量精度高、抗干擾能力強(qiáng)、技術(shù)趨于成熟等優(yōu)點(diǎn)，采用全光纖電流互感器及合并單元成套產(chǎn)品，可較好地開展光學(xué)互感器+常規(guī)互感器對比試點(diǎn)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)采網(wǎng)跳與模采網(wǎng)跳對比分析[4]。通過光學(xué)互感器的應(yīng)用，進(jìn)一步驗(yàn)證光學(xué)互感器+合并單元成套保護(hù)裝置功能情況及存在問題，形成光學(xué)互感器間隔與常規(guī)互感器間隔的使用對比分析，利用電子式互感器+合并單元模式實(shí)現(xiàn)電流電壓的源端數(shù)字化。結(jié)合光學(xué)互感器網(wǎng)采網(wǎng)跳存在的信息傳輸延時問題，引入延時可測技術(shù)，對網(wǎng)絡(luò)中的SV、GOOSE進(jìn)行延時測量，測量結(jié)果ΔT寫入SV、GOOSE報文的保留位，由保護(hù)、錄波等設(shè)備讀取。使用延時可測技術(shù)，SV網(wǎng)與GOOSE網(wǎng)合并應(yīng)用，形成模采網(wǎng)跳方案與網(wǎng)采網(wǎng)跳方案的使用對比及應(yīng)用探索[5-6]。

1.2 集成化方面

110 kV尖山變電站二次設(shè)備集中保護(hù)、測控、合并單元、智能終端，采用了四合一設(shè)備及二合一設(shè)備，間隔高度集成。110 kV線路采用合并單元＋智能終端＋保護(hù)裝置+測控裝置一體化設(shè)計(jì)，就地安裝于GIS匯控柜內(nèi)，采用直采直跳方式[7-8]。110 kV分段、PT、主變等采用合并單元＋智能終端一體化設(shè)計(jì)，就地布置，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)采網(wǎng)跳。二次設(shè)備集成具有設(shè)備數(shù)量少，組屏及占地面積較少，可減少相應(yīng)交換機(jī)數(shù)量，大幅減少內(nèi)部二次回路接線，簡化回路配置等技術(shù)優(yōu)勢。

1.3 模塊化方面

110 kV七彩變采用預(yù)制光纜，在出廠前完成光纜連接器、尾纖、終端連接器及各種防護(hù)外套，現(xiàn)場即插即用。

變電站土建部分采用預(yù)制裝配式設(shè)備，采用了裝配式圍墻、裝配式防火墻及裝配式電纜溝等構(gòu)筑施設(shè)，大大提升了土建施工進(jìn)度及質(zhì)量，并有利于現(xiàn)場的綠色低碳及環(huán)境保護(hù)。

1.4 智能操作、智能巡視、智能安全方面

變電站配置一鍵順控、智能刀閘及電動底盤等設(shè)備，通過位置信息的多元判據(jù)，實(shí)現(xiàn)變電站操作無人化，設(shè)備自動程序控制操作，解決變電站點(diǎn)多、運(yùn)維人員少、倒閘操作時間長、操作過程中安全風(fēng)險較高等問題，提升現(xiàn)場運(yùn)行操作效率。

110 kV GIS設(shè)備及10 kV開關(guān)柜位置判據(jù)模式采用1+1模式，必要判據(jù)為雙位置輔助節(jié)點(diǎn)信息及電氣量遙測信息，輔助判據(jù)為姿態(tài)傳感器傳輸信息，具有判斷快、操作時間迅速等特點(diǎn)。主變中性點(diǎn)刀閘位置判據(jù)模式采用1+2模式，必要判據(jù)為雙位置輔助節(jié)點(diǎn)信息及電氣量遙測信息，輔助判據(jù)為姿態(tài)傳感器傳輸信息及圖像監(jiān)控系統(tǒng)傳輸信息，特點(diǎn)為判斷慢、操作時間長，相對于單判據(jù)，準(zhǔn)確性高。

變電站配置圖像、熱成像等智能巡視設(shè)備，內(nèi)置電力設(shè)備專家診斷熱故障分析模型，結(jié)合環(huán)境因素，實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備精確測溫、自動巡檢、溫差分析、主動預(yù)警、自動匹配診斷結(jié)果、輔助故障診斷。提供實(shí)時/歷史分析電力設(shè)備溫度，在異常、特殊檢修或操作時，獲取對應(yīng)熱成像實(shí)時/歷史視頻熱圖，對全畫面進(jìn)行溫度分析，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的溫度進(jìn)行實(shí)時全面監(jiān)測分析。最大程度減少運(yùn)維人員的日常巡視工作，提高巡視質(zhì)量及效率，形成有效數(shù)據(jù)源并能及時處理設(shè)備運(yùn)行中的問題。

配置電子圍欄、門禁系統(tǒng)、人臉識別系統(tǒng)及在線監(jiān)測設(shè)備，通過高清智能圖像識別攝像頭，對出入變電站人員、數(shù)量進(jìn)行識別，甄別進(jìn)站人員信息并自動生成進(jìn)站記錄，實(shí)現(xiàn)人員資質(zhì)審核。對作業(yè)人員安全帽、工作服和安全帶的佩戴、擅自移動安全標(biāo)識牌、工作票間斷或終結(jié)后現(xiàn)場人員滯留情況分析告警，達(dá)到作業(yè)現(xiàn)場智能安全管控。應(yīng)用非五防智能鎖具可限定開鎖時間范圍，超出允許時間則禁止開鎖，固定時段、固定工作地點(diǎn)開鎖，確保在線防誤，提升變電站人員管理及設(shè)備管理的智能安全水平。

圖2 示范技術(shù)方案及原理

2 示范成效分析

2.1 數(shù)字化采樣示范成效

磁光玻璃光學(xué)互感器基于光學(xué)測量原理，在測量、安全、可靠性、集成、智能化、信息化等方面具備突出技術(shù)優(yōu)勢，通過磁光玻璃光學(xué)互感器試點(diǎn)應(yīng)用，與云南電網(wǎng)110 kV華晨變試點(diǎn)的LPCT（低功耗線圈）+RCT（羅氏線圈）有源電子式互感器形成技術(shù)對比互補(bǔ)，進(jìn)一步增加了光學(xué)互感器的工程經(jīng)驗(yàn)及應(yīng)用場景，可結(jié)合后續(xù)的運(yùn)行、檢修經(jīng)驗(yàn)，提供不同光學(xué)互感器與常規(guī)互感器對比的有力數(shù)據(jù)支撐。通過合并單元及延時可測試點(diǎn)應(yīng)用，探索提升網(wǎng)采網(wǎng)跳的可靠性的有效途徑，為網(wǎng)采網(wǎng)跳及模采網(wǎng)跳兩種模式的可靠性對比提供了工程案例。全數(shù)字化作為未來變電站的發(fā)展趨勢，網(wǎng)采網(wǎng)跳的模式也勢必是全面數(shù)字化的重要途徑之一，通過試點(diǎn)也為全數(shù)字化變電站建設(shè)方案奠定基礎(chǔ)。

當(dāng)前，數(shù)字化采樣技術(shù)對設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行方面存在明顯不足，主要是數(shù)字化采樣技術(shù)及設(shè)備運(yùn)維水平對信息的準(zhǔn)確性及可靠性影響較大，影響著設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，也是制約數(shù)字化采樣技術(shù)大范圍推廣應(yīng)用的主要因素。

2.2 集成化、小型化保護(hù)示范成效

通過四合一（保護(hù)、測控、合并單元、智能終端）及二合一（合并單元、智能終端）設(shè)備集中布置，保護(hù)集中組屏布置于主控室、二次預(yù)制柜、繼保小室等，具有設(shè)備數(shù)量少、交換機(jī)數(shù)量少、占用空間小，可有效節(jié)約屏柜，組屏及占地面積較少，二次回路簡化等優(yōu)點(diǎn)。便于集中管理、集中運(yùn)維，提升裝置可靠性和速動性，采用標(biāo)準(zhǔn)連接器，實(shí)現(xiàn)快速更換，降低后期運(yùn)檢成本。

保護(hù)測控裝置的高度集成也給運(yùn)行帶來了一定的不利影響，主要體現(xiàn)在多IED集成造成功能集中、信息量較大，單一設(shè)備故障對整體運(yùn)行影響較大，設(shè)備運(yùn)行維護(hù)相對復(fù)雜，對遙控遙信量統(tǒng)籌設(shè)計(jì)提出了更高要求，易出現(xiàn)遙控遙信量難于滿足實(shí)際運(yùn)行需求的情況。

2.3 智能監(jiān)測、運(yùn)行示范成效

低功耗在線監(jiān)測系統(tǒng)成效方面，通過運(yùn)用綜合處理單元設(shè)備，可處理局放在線監(jiān)測、SF6在線監(jiān)測、蓄電池在線核容、中性點(diǎn)鐵芯在線監(jiān)測等不同設(shè)備之間的數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)處理單元設(shè)備、主控室屏位，提升信息集中度，節(jié)約投資，增加設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的診斷分析能力。

智能巡視、智能操作、智能安全技術(shù)可有效實(shí)現(xiàn)變電站現(xiàn)場操作無人化，設(shè)備自動程序控制操作，解決變電站多、運(yùn)維人員少的問題。部分運(yùn)維操作由機(jī)器代替，可實(shí)現(xiàn)操作的安全可靠，提升運(yùn)維操作倒閘過程的安全性，提升設(shè)備的安全管控能力。

智能監(jiān)測、運(yùn)維技術(shù)在極大提升運(yùn)行水平的同時也存在一定的不足，主要是增加各類監(jiān)測設(shè)備的維護(hù)難度，日常運(yùn)維對廠家依賴性增強(qiáng)，輔助判據(jù)準(zhǔn)確性有待進(jìn)一步提高等。

2.4 預(yù)制設(shè)備應(yīng)用成效

預(yù)制光纜相對傳統(tǒng)熔接方案，對現(xiàn)場施工人員素質(zhì)要求不高，減輕了光纖熔接現(xiàn)場測試的要求?？s短了施工周期，光纜接線時間僅為傳統(tǒng)方案的20-30%。避免了傳統(tǒng)方案光纜裁剪面在敷設(shè)時容易進(jìn)水進(jìn)塵，在光配箱熔接時，雜質(zhì)難清除干凈，造成熔接點(diǎn)處夾雜有異物，長期運(yùn)行影響通信質(zhì)量，提升光纜防護(hù)性能。降低控制電纜敷設(shè)成本。采用預(yù)制光纜后，同規(guī)模變電站節(jié)約了30%的控制電纜使用量。預(yù)制式建構(gòu)筑物可有效減少現(xiàn)場土建施工周期，提供現(xiàn)場建設(shè)進(jìn)度及質(zhì)量、環(huán)保節(jié)能。

預(yù)制設(shè)備一方面可有效減少后續(xù)的運(yùn)維工作量，但另一方面在其出現(xiàn)質(zhì)量問題時更換、維護(hù)的成本也較高。

圖3 示范成效

3 示范推廣建議

智能變電站試點(diǎn)新技術(shù)具明細(xì)的特點(diǎn)及優(yōu)勢，其推廣應(yīng)用可根據(jù)具體項(xiàng)目實(shí)際及場景需求，結(jié)合云南2個智能變電站試點(diǎn)技術(shù)成效對提出相關(guān)應(yīng)用建議。

集成化設(shè)備裝置性能高、占用空間小，特別對于用地緊張的變電站，節(jié)省設(shè)備安裝空間，可在用地受限、站址選擇困難的場景推廣應(yīng)用。

在線監(jiān)測系統(tǒng)提高了設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及維護(hù)效率，設(shè)備智能化具有對設(shè)備狀態(tài)的智能監(jiān)控，可對設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)管控，提高設(shè)備智能化水平及運(yùn)維效率，建議結(jié)合設(shè)備特點(diǎn)及運(yùn)維實(shí)際需求，推廣使用各類在線監(jiān)測系統(tǒng)。

智能巡視、智能操作、智能安全技術(shù)應(yīng)用有利于偏遠(yuǎn)地區(qū)變電站的操作、巡視及運(yùn)維管理，但會增加工程的建設(shè)投資，可在運(yùn)維操作偏遠(yuǎn)、巡視操作頻繁、要求較高的地區(qū)變電站推廣應(yīng)用。

光學(xué)互感器設(shè)備性能好，但成本高，建議綜合考慮項(xiàng)目的可靠性、實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性等因素進(jìn)行選用。磁光玻璃光學(xué)互感器較高的成本造成其在常規(guī)投資規(guī)模變電站的應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性不高，但對絕緣、暫態(tài)特性、電磁特性要求越高的場景，磁光玻璃互感器的性價比優(yōu)勢就會越明顯。

四合一、二合一設(shè)備在遙控量及遙信量接入方面建議結(jié)合項(xiàng)目進(jìn)一步優(yōu)化，用于出線回路較多的變電站，經(jīng)濟(jì)效益更好。二合一設(shè)備可結(jié)合測控裝置+合并單元+智能終端的模式進(jìn)一步研究，減少設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換，優(yōu)化二次設(shè)備。

4 結(jié)束語

變電站智能化建設(shè)經(jīng)歷了多年的探索及實(shí)踐，形成了一些較為成熟、可靠、先進(jìn)、智能的技術(shù)。隨著構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的新要求，以及技術(shù)的不斷進(jìn)步，有必要進(jìn)一步開展智能變電站技術(shù)試點(diǎn)。本文對云南電網(wǎng)開展的2個智能變電站試點(diǎn)技術(shù)路線、成效等進(jìn)行分析總結(jié)，為后續(xù)試點(diǎn)建設(shè)適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化智能變電站建設(shè)提供一定的支撐。