智能變電站的設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用

張懿

【摘要】本文分析了智能變電站自動化系統(tǒng)的構(gòu)架，提出了區(qū)別于傳統(tǒng)變電站的主要技術(shù)，以及這些技術(shù)在220kV云會變的具體應(yīng)用。然后，介紹了220kV云會變的主要技術(shù)特點(diǎn)。最后，對未來的智能變電站的發(fā)展做了展望。

【關(guān)鍵詞】智能變電站；電子式互感器；智能終端；合并單元

隨著我國電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，信息化程度的不斷提高，國家電網(wǎng)公司提出了“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”的概念，因此，建立智能化變電站勢在必行。

智能變電站以數(shù)字化變電站[1]為依托，通過采用先進(jìn)的傳感器、電子、信息、通信、控制、智能分析軟件等技術(shù)，建立全站所有信息采集、傳輸、分析、處理的數(shù)字化統(tǒng)一應(yīng)用平臺，實(shí)現(xiàn)變電站自動運(yùn)行控制，設(shè)備狀態(tài)檢修、運(yùn)行狀態(tài)自適應(yīng)、分布協(xié)調(diào)控制、智能分析決策等高級應(yīng)用功能，提高管理和運(yùn)行水平。

1.智能變電站自動化系統(tǒng)的構(gòu)架

智能變電站內(nèi)主要的一、二設(shè)備應(yīng)為智能設(shè)備，這是變電站實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的基礎(chǔ)。設(shè)備間信息傳輸?shù)姆绞街饕獮榫W(wǎng)絡(luò)通信方式，取代傳統(tǒng)的二次電纜等硬接線。

智能變電站的設(shè)備分為三層：站控層，間隔層，過程層。各層之間的聯(lián)系均采用光纜。

站控層包括站級計(jì)算機(jī)和人機(jī)設(shè)備、服務(wù)器或路由器等設(shè)備。站控層實(shí)現(xiàn)變電站的監(jiān)測控制、報警、操作閉鎖、記錄和自診斷功能、繼電保護(hù)整定值變更、故障分析及變電站的遠(yuǎn)方控制等。

2.智能變電站的主要技術(shù)及其應(yīng)用

本文以220kV云會變?yōu)槔?，簡單介紹一下智能變電站的主要技術(shù)的介紹及其這些技術(shù)在實(shí)際案例中的應(yīng)用。

2.1電子式互感器

智能變電站采用的是電子式互感器[2]。與常規(guī)互感器相比較，電子式互感器的優(yōu)點(diǎn)是安全性高，具有優(yōu)良的絕緣性能和優(yōu)越的性價比，暫態(tài)特性好，無TA開路、TV短路的危險，互感器的精度與負(fù)載無關(guān)動態(tài)范圍大，測量精度高，而且消除了磁飽和和鐵磁諧振等問題，同時，它具有體積小、重量輕的特點(diǎn)。其缺點(diǎn)是可靠性不如常規(guī)電磁式互感器。

220kV云會變的一次設(shè)備采用GIS設(shè)備，互感器選用的是有源式電子互感器。

電流互感器為線圈型電子式電流互感器（ECT）。它以電磁式電流互感器為基礎(chǔ)，高壓側(cè)采用低功率電流互感器和羅可夫斯基線圈采樣，經(jīng)過濾波、積分變換及A/D轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字信號，再通過電光轉(zhuǎn)換電路將數(shù)字信號變?yōu)楣庑盘?，然后通過光纖將數(shù)字光信號傳送到與低壓側(cè)相連的合并單元。

2.2合并單元

合并單元（MU）是ECT／EVT與保護(hù)、測控等設(shè)備接口的重要組成部分，主要功能是同步采集多路電子式互感器輸出的數(shù)字信號，并按照規(guī)定格式發(fā)送給保護(hù)、測控、故障錄波、報文記錄分析、電能表等設(shè)備。

合并單元接入信號包括：電子式互感器輸出的數(shù)字采樣值、智能化一次設(shè)備的開關(guān)信號、傳統(tǒng)互感器的模擬信號等。當(dāng)未在一個電壓等級全部配置電子式互感器、變壓器各側(cè)未同時配置電子式互感器時，可在合并單元同時接入數(shù)字信號和模擬信號，僅同步后輸出至母線保護(hù)或變壓器保護(hù)。合并單元與二次設(shè)備之間一般通過光纖相連，按照IEC61850-9-1/2或IEC60044-8的規(guī)范進(jìn)行通信。

220kV云會變采用的是OEMU700系列合并器，為高壓側(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。合并單元向保護(hù)測控裝置、故障錄波、電能計(jì)量等傳輸?shù)碾娏?、電壓采樣值通過光纖直連的形式完成，同時合并單元與間隔層其他設(shè)備通過以太網(wǎng)連接獲取相關(guān)GOOSE報文（比如用于同期合閘的閘刀位置）。

2.3智能終端

智能終端又稱智能操作箱，是一種智能組件。它與一次設(shè)備采用電纜連接，與保護(hù)、測控等二次設(shè)備采用光纖連接，實(shí)現(xiàn)對一次設(shè)備的測量、控制等功能。

其原理是接收保護(hù)和測控裝置通過GOOSE網(wǎng)下發(fā)的斷路器或刀閘的分、合及閉鎖命令，然后轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的繼電器硬接點(diǎn)輸出。

220kV云會變的220kV部分采用的PCS-222B裝置，它是由微機(jī)實(shí)現(xiàn)的智能操作箱，可與220kV及以上電壓等級分相或三相操作的雙跳圈斷路器配合使用。110kV部分采用的是JFZ-600S裝置。上述裝置均支持實(shí)時GOOSE通信，通過與保護(hù)和測控等裝置相配合能夠?qū)崿F(xiàn)對斷路器、刀閘的分合操作，同時能夠就地采集斷路器、刀閘等一次設(shè)備的開關(guān)量信號，滿足GOOSE點(diǎn)對點(diǎn)直跳的需求。

3.220kV云會變的技術(shù)特點(diǎn)

220kV云會變基本實(shí)現(xiàn)了一次設(shè)備的智能化、二次設(shè)備的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化，并配置了在線監(jiān)測系統(tǒng)、智能高級應(yīng)用等功能[3]，其技術(shù)特點(diǎn)介紹如下：

3.1二次設(shè)備的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化

（1）通過電子式互感器、采集器實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備的數(shù)字化，將二次設(shè)備的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。

（2）通過合并單元實(shí)現(xiàn)電子式互感器電流、電壓量的采集，并通過GOOSE交換機(jī)將二次信號變?yōu)榛诰W(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)字化信息。

3.2一次設(shè)備的智能化

（1）采用常規(guī)一次設(shè)備+智能單元方式實(shí)現(xiàn)220kV、110kV系統(tǒng)一次設(shè)備的智能化，通過智能終端完成斷路器、隔離開關(guān)等設(shè)備的跳合閘回路、位置信號采集回路等。

（2）主變本體非電量信號，如檔位、風(fēng)扇運(yùn)行狀態(tài)、重瓦斯、輕瓦斯、油溫、繞組溫度、壓力釋放等通過變壓器智能終端采集。

3.3通信網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化

（1）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為站控層、間隔層和過程層，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成分為站控層網(wǎng)絡(luò)和過程層網(wǎng)絡(luò)。

（2）站內(nèi)分別設(shè)置GOOSE網(wǎng)和MMS網(wǎng)。其中GOOSE網(wǎng)為雙重化配置，網(wǎng)絡(luò)形式均采用光纖星形網(wǎng)。保護(hù)直接采樣，直接跳斷路器。

（3）通過按照IEC61850及DL/T860中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了通信網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備間的互操作性。

3.4一次設(shè)備的在線監(jiān)測

（1）云會變配置有一次設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)，主要是對主變、GIS、避雷器、35kV開關(guān)柜等高壓電氣設(shè)備進(jìn)行全面監(jiān)測，分析診斷各監(jiān)測參數(shù)，進(jìn)行故障定位、故障預(yù)警、遠(yuǎn)程監(jiān)測，防止高壓電氣設(shè)備事故的發(fā)生。

（2）在線監(jiān)測系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，由傳感器、現(xiàn)場采集單元、智能單元和監(jiān)測中心服務(wù)器組成。

3.5高級應(yīng)用功能

220kV云會變實(shí)現(xiàn)了一鍵式順序控制、故障信息分析決策與智能告警、源端維護(hù)等高級應(yīng)用功能。

3.6智能輔助系統(tǒng)

220kV云會變采用統(tǒng)一“智能巡檢與安防輔助控制系統(tǒng)”，對傳統(tǒng)的圖像監(jiān)控、紅外測溫、安全預(yù)警、火災(zāi)報警、消防、照明、給排水和采暖通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)多個系統(tǒng)的功能。

4.總結(jié)

智能變電站系統(tǒng)采用組合式智能電氣設(shè)備，縮小了開關(guān)場占地面積；電子式互感器和光纖網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)取代了傳統(tǒng)大量的二次電纜，控制室面積、控制屏個數(shù)、屏上端子數(shù)等大幅減少，原來基于硬接線的信號聯(lián)絡(luò)方式轉(zhuǎn)變?yōu)榛诠饫w網(wǎng)絡(luò)的軟接線方式。先進(jìn)性、可靠性、智能化將給電網(wǎng)企業(yè)帶來極大的經(jīng)濟(jì)效益。雖然智能變電站技術(shù)及產(chǎn)品有待完善，但是它有傳統(tǒng)產(chǎn)品不可比擬的許多優(yōu)點(diǎn)。隨著智能變電站的發(fā)展和完善，未來智能變電站必將在智能電網(wǎng)中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，將對整個電網(wǎng)的運(yùn)行和控制產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。[科]

【參考文獻(xiàn)】

［１］高翔.數(shù)字化變電站應(yīng)用技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2008.

［２］程莉.應(yīng)用于智能變電站的電子式互感器選型分析[J].江蘇電機(jī)工程，2010，29（4）：62-64.

［３］陳文升，唐宏德.數(shù)字化變電站關(guān)鍵技術(shù)研究與工程實(shí)現(xiàn)[J].華東電力，2009，37（1）124-128.