杜昕楊， 屠雯鳳

（南瑞集團有限公司， 江蘇 南京 210000）

0 引言

智能化變電站是構(gòu)建強大的智能電網(wǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前，不同地域建設(shè)的不同電壓等級的智能變電站已經(jīng)有數(shù)百個，涵蓋了66～750 kV 的電壓等級。對已投入運行的智能變電站項目分析發(fā)現(xiàn)，各變電站的測控布置模式有明顯的差別，測控設(shè)備接口數(shù)量、過程層數(shù)據(jù)處理模式等問題，對測控設(shè)備的開通和實施都造成了很大的影響。及時全面總結(jié)智能變電站測控裝置的性能，把握其發(fā)展趨勢，對于智能變電站的建設(shè)和電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運行具有重要作用。

1 智能變電站的特點

智能變電站以先進、節(jié)能、環(huán)保和安全為主要手段，其信息傳輸以高速網(wǎng)絡(luò)信息平臺為基礎(chǔ)。智能化變電站具有信息采集、控制、計量、測量、保護以及檢測等多種功能，能極大地降低變電站的運營費用，顯著提高其工作效率和工作質(zhì)量[1]。

1）智能變電站包括系統(tǒng)級和設(shè)備級兩個層面。智能變電站的系統(tǒng)層，通過智能裝置獲取智能變電站所需的資料，并對其進行綜合處理，保障智能變電站與國家電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、可靠運行，并對其各設(shè)備層的功能實現(xiàn)進行嚴格監(jiān)控，保證各項功能的有效實施，為國家用電工作提供有力的技術(shù)支持。

2）智能化變電站設(shè)備層由高壓設(shè)備、智能設(shè)備和智能設(shè)備三部分組成，可以有效地實現(xiàn)智能化變電站的過程級和間隔級的功能，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)智能化變電站的測量、控制、計量、保護以及檢測等功能。

3）智能裝置是智能變電站中較為靈活的一種物理設(shè)備，具體包括測量單元、控制單元、保護單元、計算單元和監(jiān)測單元。各單元的功能實現(xiàn)，為確保智能化變電站的總體功能提供技術(shù)支持。

2 變電站裝置系統(tǒng)測量與控制

2.1 變電站中智能測控裝置的地位

測控設(shè)備是變電站自動化系統(tǒng)中的一種隔離層設(shè)備，其主要作用可以歸納為“四遙”，即遙信、遙測、遙控和遙調(diào)[2]。此外，現(xiàn)有的測控設(shè)備普遍具有同步、間歇式和合閘等功能。采用基于測控裝置的間斷聯(lián)鎖功能，可以充分發(fā)揮測控設(shè)備的分布式、網(wǎng)絡(luò)化的優(yōu)點，在一定時間內(nèi)完成全站點數(shù)據(jù)共享，從而彌補其他防誤閉鎖方法的缺陷，同時，還可以與后臺監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合，實現(xiàn)五防序列控制的集成。IEC61850 的同期控制，取決于合閘兩側(cè)的系統(tǒng)狀況，有兩種方法，一是不檢查（強合），二是檢查（強合）。在我國，通常有三種方法，即：合閘（強合）、檢無壓、檢同期（準同期和捕獲同期）。

2.2 傳統(tǒng)變電站和智能變電站測量與控制對比

在傳統(tǒng)變電站和智能化變電站的工程應(yīng)用中，進行了測量與控制對比，如圖1 所示。

圖1 常規(guī)變電站和智能變電站測控對比

1）傳統(tǒng)變電站測控設(shè)備普遍支持RS232、RS485 和Ethernet 等通信接口，具有國際上常用的IEC60870-5-103/104 規(guī)范，并具有交流取樣、開進和進出等功能。智能變電站在測控裝置與處理層裝置間，采用了分發(fā)/定單機制，對來自合并單元的電流和電壓數(shù)據(jù)進行同步取樣，并且單向定時更新測量控制的接收緩沖，以GOOSE 機制在過程層裝置和測控裝置之間進行雙向傳送。智能裝置獲取變壓器切換和斷路器的遙信狀況，將遠程信狀態(tài)傳送至后臺，或者進行邏輯閉鎖關(guān)系的計算，GOOSE 機制確保了關(guān)鍵信息的實時性。

2）傳統(tǒng)變電站測控設(shè)備的同步電壓信號采集、開關(guān)位置信號和同步控制輸出都是在設(shè)備內(nèi)進行的，而同期控制過程僅考慮開關(guān)機構(gòu)的工作時間與設(shè)備內(nèi)的時間配合，這一過程用實際的試驗比較方便。在智能化變電站的流程層進行數(shù)字化之后，采集的數(shù)據(jù)都要通過數(shù)據(jù)傳輸?shù)綔y量設(shè)備。因此，系統(tǒng)的通信可靠性和設(shè)備之間的協(xié)作穩(wěn)定性直接影響到系統(tǒng)的運行效率。

3）傳統(tǒng)變電站的測控設(shè)備之間的數(shù)據(jù)采集、邏輯和控制執(zhí)行系統(tǒng)都集中在測控設(shè)備上，各個生產(chǎn)廠家之間的數(shù)據(jù)交換都是通過各自的專用接口來完成，無法滿足不同測量設(shè)備之間的協(xié)作。智能化變電站的智能化、原始數(shù)據(jù)采集與控制執(zhí)行單元被劃分為集成單元和智能終端，測控系統(tǒng)的主要工作是數(shù)據(jù)的計算和邏輯部件的識別。同時，在IEC61850 GOOSE 服務(wù)的實際應(yīng)用中，各廠商之間的測控設(shè)備之間實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享、統(tǒng)一了交互接口，從而有效解決了設(shè)備之間的互聯(lián)問題。

目前，我國大部分變電站系統(tǒng)構(gòu)架都是“三層兩網(wǎng)”或“三層三網(wǎng)”（增加了間隔層網(wǎng)絡(luò)）。因此，在不同的電壓等級變電站中，過程層組網(wǎng)模式的多樣化和間隔層設(shè)備的配置差異，實現(xiàn)了各類型變電站測控性能的多樣性。

3 新時期智能變電站測控裝置

傳統(tǒng)的電力設(shè)備采用傳統(tǒng)的電流、電壓互感器來進行數(shù)據(jù)變換，并采用測控設(shè)備進行模數(shù)變換，再由網(wǎng)絡(luò)將所得到的數(shù)據(jù)傳遞給變電站后臺監(jiān)控系統(tǒng)。在一次設(shè)備中，通過電纜傳輸模擬信號控制后臺的監(jiān)測和測量設(shè)備，其操作過程十分煩瑣，還存在著一定的安全風險。與常規(guī)變電站相比，智能化變電站的測控設(shè)備能夠克服常規(guī)變電站測控設(shè)備存在的缺陷，從而有效發(fā)揮作用。

智能化變電站通過對電能的智能化采集和控制，將一次裝置采集到的電能轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，再通過光纖傳輸技術(shù)來完成[3]。

1）自動輸出電力信息。通過自動輸出電力，保證了主、副系統(tǒng)之間的電絕緣，減少了開關(guān)場、感應(yīng)和電容耦合等對二次系統(tǒng)的干擾。

2）簡化工作流程。智能測控設(shè)備的數(shù)據(jù)采集來自于數(shù)字量，與傳統(tǒng)的變電站的測量設(shè)備相比，降壓和濾波等工作變得更加容易，智能變電站的測控設(shè)備的結(jié)構(gòu)也更加簡單。

3）測量誤差小。常規(guī)變電站的測控設(shè)備都是由電纜向二次設(shè)備傳送，由于二次系統(tǒng)負載的變化，電能的測量誤差也很難保持。而智能變電站的測量誤差主要來自于電子變壓器，對電能計量精度的影響不大，因此，智能測控設(shè)備的檢測精度得到了較大的提高。

4 智能化變電站中對測控裝置的新要求

智能變電站采用“三層兩網(wǎng)”的架構(gòu)[4]，充分發(fā)揮了資源共享的優(yōu)勢，實現(xiàn)了智能化變電站一體化發(fā)展。智能化變電站的間歇功能是將智能元件與高壓設(shè)備結(jié)合起來實現(xiàn)的。隨著智能變電站的綜合測控技術(shù)不斷發(fā)展，對智能變電站的測控設(shè)備提出了新的要求。

新的要求包括：太網(wǎng)通訊接口的多樣化、信息處理能力與接通光電互感器智能切換設(shè)備的能力、硬件平臺的一體化、可行性條件、事故通報和間隔記錄的能力以及各種輔助設(shè)備。只有滿足這6 個新的要求，智能變電站的測控設(shè)備才能真正發(fā)揮其應(yīng)有的作用，為我國的經(jīng)濟發(fā)展和社會的發(fā)展提供能源。6 個新的要求，也是推進智能變電站測控技術(shù)發(fā)展的根本需求，隨著技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，智能變電站的測控技術(shù)將會得到進一步的發(fā)展。

5 智能變電站智能測控裝置發(fā)展方向

目前，由于技術(shù)的制約，智能測控設(shè)備的性能較為簡單，只能在穩(wěn)定狀態(tài)下進行測控，而在其他項目中，還不能進行有效測控。盡管各試點工程的測控與同步相量測量功能集成，確保了測控設(shè)備數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性。但是，穩(wěn)定狀態(tài)下采集數(shù)據(jù)是通過后臺采用不同的物理端口和規(guī)則來實現(xiàn)的。從這一點可以看出，目前，智能變電站的測控設(shè)備并未真正地實現(xiàn)一體化。為推動變電站智能化測控設(shè)備的發(fā)展，必須開展如下工作。

1）遠程測量技術(shù)。模擬量遙測是一種針對模擬量輸入進行遙測的方法，利用模擬源探測技術(shù)，在該平臺上生成三相可調(diào)節(jié)幅值、頻率和相位的電壓、電流，并將其送至測控設(shè)備，進行仿真，分析和評估試驗數(shù)據(jù)。數(shù)字遙測指一種用于測量數(shù)字量時的遙測技術(shù)，可以模擬并聯(lián)元件的電壓和電流，并將其輸入到智能測控設(shè)備中進行分析和評定。遙測技術(shù)是一種伴隨著電子技術(shù)發(fā)展而飛速發(fā)展的綜合性技術(shù)。采用遙測試驗技術(shù)，不但可以獲取資料，而且可以為遠距離測量對象提供實時數(shù)據(jù)。

2）諧振試驗方法。諧波檢測技術(shù)是一種用于測量和控制設(shè)備的輸入波形失真的方法。建立交流電壓和電流的諧波疊加體系，并將其輸出至測控設(shè)備，以驗證諧波檢測功能。諧波檢測技術(shù)由于其結(jié)構(gòu)靈活、功能強大、操作簡便和效率高的特點，在變電站測控中得到廣泛應(yīng)用，可有效提高測控設(shè)備的檢測精度和科學性。

3）抗抖動試驗方法。測控系統(tǒng)的遙信可以單獨設(shè)定防抖時間，通過研究防抖測試技術(shù)，可以對其進行有效檢測。目前，在變電站測控設(shè)備的測控系統(tǒng)中，還沒有統(tǒng)一的測試程序和方法，但是采用防抖測試技術(shù)，可以對測控時間進行科學的預(yù)測。

6 結(jié)語

隨著智能化變電站技術(shù)的飛速發(fā)展，各層次智能變電站的建設(shè)規(guī)模不斷擴大?；诖?，對智能變電站核心技術(shù)問題進行實時測控與研究，提高變電站智能測控裝置的檢測精度和科學性，確保智能變電站安全、穩(wěn)定運行。