淺談智能變電站技術(shù)

摘要：文章通過介紹智能變電站技術(shù)的各關(guān)鍵支撐技術(shù)，對比常規(guī)變電站各技術(shù)特點及運行維護習(xí)慣，發(fā)掘智能變電站的技術(shù)優(yōu)勢及展望其發(fā)展趨勢，發(fā)現(xiàn)智能變電站具有排除故障更加快速、檢修更加便捷、制定運行方式更加科學(xué)合理等諸多優(yōu)勢，智能變電站技術(shù)將成為電力系統(tǒng)重要的關(guān)鍵技術(shù)，為電力系統(tǒng)安全高效運行保駕護航。

關(guān)鍵詞：智能變電站；資源配置；關(guān)鍵支撐技術(shù)；電力故障；故障定位；故障檢修 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM411 文章編號：1009-2374（2015）16-0128-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.16.063

1 概述

隨著電力系統(tǒng)接入設(shè)備的豐富，計算機技術(shù)的空前發(fā)展，電網(wǎng)對智能化水平的需求大大提升。智能電網(wǎng)是實施新能源戰(zhàn)略和優(yōu)化電力能源配置的重要平臺，涵蓋發(fā)電、輸電、配電、用電和調(diào)度各環(huán)節(jié)，廣泛利用先進的材料和技術(shù)，實現(xiàn)清潔能源的大規(guī)模接入與利用，提高能源利用效率，確保安全、可靠、優(yōu)質(zhì)的電力供應(yīng)。在2010年和2011年政府工作報告中都提出了“加強智能電網(wǎng)建設(shè)”，并將智能電網(wǎng)建設(shè)納入國家國民經(jīng)濟和社會發(fā)展“十二五”規(guī)劃綱要中。這表明，智能電網(wǎng)已作為國家戰(zhàn)略予以推進實施。變電站作為電網(wǎng)的中繼站，承擔(dān)著電能傳輸過程中改變電壓、控制和分配電能的作用，變電站由于其涉及的設(shè)備品類繁多、智能化水平要求高的特點，作為電網(wǎng)智能化水平的重要體現(xiàn)。智能變電站技術(shù)是通過智能硬件設(shè)備，智能軟件系統(tǒng)，自動化技術(shù)，智能化測量、儀表等技術(shù)，實現(xiàn)安全、可靠、自愈、兼容、協(xié)調(diào)的功能。本文通過介紹智能變電站技術(shù)的應(yīng)用來展望未來智能電網(wǎng)的發(fā)展趨勢。

2 硬件設(shè)備智能化

在變電站自動化領(lǐng)域中，智能化電氣設(shè)備的發(fā)展，特別是智能開關(guān)、光電式互感器設(shè)備的出現(xiàn)，變電站自動化技術(shù)進入了新階段。現(xiàn)階段的變電站實現(xiàn)了實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策等功能，豐富了電力系統(tǒng)的控制方法和決策方式，借助人工智能手段更科學(xué)地管理及分配電能，為電力系統(tǒng)優(yōu)化資源配置、節(jié)能減排提供巨大幫助。應(yīng)用智能化的設(shè)備是智能變電站與常規(guī)變電站的主要區(qū)別標(biāo)志之一，智能變電站通過配置智能終端進行就地采樣，實現(xiàn)測量數(shù)字化；通過傳感器實現(xiàn)設(shè)備可視化；通過集成各類檢測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)狀態(tài)化檢修、智能告警、變電站順序控制、自動方式選擇等一系列智能化操作，大大提升變電站設(shè)備管理水平，延長設(shè)備壽命。

2.1 一次設(shè)備智能化

智能設(shè)備即是在一次設(shè)備的基礎(chǔ)上加裝內(nèi)嵌包含狀態(tài)監(jiān)測單元的智能組件，再加上外置智能組件，以實現(xiàn)輸出所需的各監(jiān)測信息的新型變電站設(shè)備。其中包括：斷路器及隔離開關(guān)的信息采集、狀態(tài)監(jiān)測和數(shù)據(jù)測量；主變壓器非電量信號采集、油微水信號采集、狀態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測；電子式電流互感器數(shù)據(jù)測量及A/D采樣轉(zhuǎn)化。

下面以光學(xué)原理的電子式電流互感器的應(yīng)用作為例子，介紹一次設(shè)備智能化的先進性。光學(xué)原理電流互感器是指采用光學(xué)器件作為電流傳感器測量工具，即由光學(xué)設(shè)備把電信號轉(zhuǎn)換為光信號，然后再把光信號進行光纖傳輸?shù)男滦碗娏骰ジ衅鳎ㄒ妶D1）。電子式互感器的高壓平臺傳感頭完成模擬量的數(shù)值采樣（即采集模塊），利用光纖傳輸將數(shù)字信號傳送到二次的保護、計量和測控系統(tǒng)。光電電流互感器可達到測量級0.2或0.2S級，保護級5P級；光電電壓互感器可達到測量級0.2級，保護級3P級；光電電子式互感器輸出數(shù)字信號，在傳輸和二次設(shè)備處理的過程中無附加誤差，提高了保護、測量和計量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。

由于光電子式CT在終端側(cè)就已經(jīng)把電信號轉(zhuǎn)換為光信號，再把轉(zhuǎn)換后的光信號通過光纖傳輸至相關(guān)的二次設(shè)備上進行數(shù)據(jù)分析處理，大大減少了常規(guī)變電站由場地設(shè)備至主控室各屏柜的二次電纜。同時，新型的光學(xué)電子式CT實現(xiàn)了高壓設(shè)備與控制設(shè)備完全隔離，安全性高；具有抗電磁干擾性能好，低壓側(cè)無開路高壓危險；電子式CT的高壓側(cè)和低壓側(cè)之間只存在光纖聯(lián)系，信號通過光纖傳輸，高壓回路與二次回路在電氣上完全隔離，互感器具有較好的抗電磁干擾能力，低壓側(cè)無開路引起的高電壓危險。光電式互感器輸出的數(shù)字信號可以很方便地進行數(shù)據(jù)通信，可以將需要取用的互感器信號匯聚在一個現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。光纖系統(tǒng)取代傳

統(tǒng)的電氣系統(tǒng)是未來變電站建設(shè)與改造的必然趨勢。

2.2 二次設(shè)備智能化

智能變電站網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備由過程層、間隔層、站控層構(gòu)成，建立在IEC61850標(biāo)準(zhǔn)和通信規(guī)范基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)變電站運行操作自動化、變電站信息共享、實現(xiàn)智能化電網(wǎng)調(diào)度和控制。從傳統(tǒng)變電站與智能化變電站二次網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的對比（見圖2），發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)變電站與智能變電站之間存在巨大差異。

首先，應(yīng)用全球通用標(biāo)準(zhǔn)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，促進了電力系統(tǒng)自動化的規(guī)范、統(tǒng)一，通過該標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)智能變電站的工程運作標(biāo)準(zhǔn)化。對比傳統(tǒng)變電站的103規(guī)約形式，IEC61850標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)了不同廠家、不同設(shè)備之間的無縫聯(lián)接，減少傳統(tǒng)變電站不同廠家間規(guī)約轉(zhuǎn)換器的使用。變電站內(nèi)的智能電子設(shè)備（測控單元和繼電保護）均采用統(tǒng)一的協(xié)議，通過網(wǎng)絡(luò)進行信息交換。采用該標(biāo)準(zhǔn)還可使變電站自動化設(shè)備具有自描述、自診斷和即插即用的特性，極大地方便了系統(tǒng)的集成，降低了變電站自動化系統(tǒng)的工程費用。

其次，整合資源，集成優(yōu)化設(shè)備。智能變電站應(yīng)用了集成的硬件系統(tǒng)，將多個不同邏輯問題固化到智能變電站同一個設(shè)備上，通過優(yōu)化集成變電站的監(jiān)視、控制、保護、故障錄波、測量與計量等二次系統(tǒng)功能，促成智能變電站內(nèi)部設(shè)備信息共享、多功能整合，達到減少硬件重復(fù)配置、降低投資的目標(biāo)。

3 軟件系統(tǒng)智能化

智能變電站中的軟件技術(shù)對于保證龐大復(fù)雜的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，提高自動化水平意義深遠。智能變電站的軟件系統(tǒng)能夠自動實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的采集、匯集、分析、處理與控制，通過站端硬件系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集，通過傳輸系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)匯集，通過引入智能化的軟件系統(tǒng)對收集的數(shù)據(jù)進行分析處理，最終實現(xiàn)智能變電站內(nèi)部的順序控制、實時狀態(tài)化檢修、遠程操作等功能。

首先是應(yīng)用變電站順序控制。智能變電站順序控制滿足無人值班站遠程自動控制的要求，即通常所說的“自動倒閘操作”。應(yīng)用于智能變電站一鍵式順序控制系統(tǒng)可接收執(zhí)行調(diào)度中心或當(dāng)?shù)睾笈_系統(tǒng)發(fā)出的控制指令，自動完成相關(guān)運行方式倒換，即變電站控制系統(tǒng)自動生成所需運行方式的操作票，在沒有人為干預(yù)的情況下自動完成設(shè)備運行方式轉(zhuǎn)變操作。順序控制操作可以有效縮短停電時間、減少人為操作事故、提高變電站運行可靠性、減少單一重復(fù)操作工作量，具有可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。其次是開展變電站實時狀態(tài)化檢修。智能變電站通過廣泛應(yīng)用在線監(jiān)測設(shè)備，實現(xiàn)設(shè)備實時在線狀態(tài)化檢修。在智能變電站中，通過對運行設(shè)備內(nèi)部、外部進行一系列光的、電的、氣體的等敏感信息大量數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測，獲取電網(wǎng)運行狀態(tài)數(shù)據(jù)、各種故障和動作信息，反映智能變電站內(nèi)部各設(shè)備實時狀態(tài)。例如對主變、HGIS/GIS、避雷器等設(shè)備的在線監(jiān)測，監(jiān)測的參量為主變油色譜、HGIS/GIS SF6氣體微水和局部放電、避雷器泄漏電流等，這樣可以獲悉主變、HGIS/GIS、避雷器等設(shè)備監(jiān)測當(dāng)下的狀態(tài)信息，借助于智能變電站狀態(tài)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)，結(jié)合被監(jiān)測設(shè)備的結(jié)構(gòu)特性和參數(shù)、運行歷史數(shù)據(jù)及環(huán)境因素，對被監(jiān)測設(shè)備工作狀態(tài)和剩余壽命做出評估，為變電站設(shè)備檢修提供可靠依據(jù)。

4 智能化變電站自動化系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是智能化變電站自動化系統(tǒng)的核心，信息傳輸?shù)乃俣葲Q定了系統(tǒng)的生命。智能變電站自動化系統(tǒng)采用100MHz以太網(wǎng)技術(shù)，大大地提升了變電站自動化過程控制速率，這是現(xiàn)場總線技術(shù)無法企及的。常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)，保護裝置的信息采集與保護運算是在同一個CPU控制下進行的；而全智能化的系統(tǒng)，信息的采樣、保護算法與控制命令的形成是由網(wǎng)絡(luò)上多個CPU協(xié)同完成的，智能變電站自動化系統(tǒng)使得同步采樣、A/D轉(zhuǎn)換、運算、輸出控制命令整個流程更快捷。

5 展望

未來智能變電站將朝著更加智能、更加高效、更好地服務(wù)電力系統(tǒng)的方向發(fā)展，它將實現(xiàn)自適應(yīng)控制策略和促使調(diào)試方法的重大改變。

智能變電站實現(xiàn)自適應(yīng)控制策略。整合繼電保護、通信及運行方式等專業(yè)，發(fā)揮地區(qū)樞紐控制的方式，徹底顛覆電網(wǎng)繼保定值整定、運行方式安排、檢修等各專業(yè)傳統(tǒng)業(yè)務(wù)，以智能變電站技術(shù)為依托，整合各專業(yè)資源，減輕電網(wǎng)各專業(yè)工作量，提高工作效率。對于缺陷及事故處理更加快捷高效，對于方式安排的策略上更加科學(xué)有效，依據(jù)智能變電站自適應(yīng)控制策略，更加合理地安排經(jīng)濟運行方式，避免人為過失造成的誤操作及誤整定事件。

智能變電站促使調(diào)試方法的改變?；谥悄茏冸娬靖鲗釉O(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接，設(shè)備間的連接是基于網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)字信號的事實，原常規(guī)變電站二次設(shè)備點對點的電纜連接被網(wǎng)絡(luò)化的光纜連接取代，顛覆了傳統(tǒng)端子的概念。常規(guī)變電站的調(diào)試方式是單設(shè)備或單屏調(diào)試，裝置直發(fā)現(xiàn)場調(diào)試驗收，智能化變電站引入工廠驗收測試及現(xiàn)場驗收測試的概念，即測試智能終端的正確性及可靠性，有別于常規(guī)變電站接線調(diào)試，智能變電站采用的全部是報文信息，除了連接好光纖之外，還需要配置好IEC61850系統(tǒng)參數(shù)及報文相關(guān)信息。

6 結(jié)語

從變電站本身來看，智能變電站節(jié)約資源，節(jié)能減排。采用集成的設(shè)備，較常規(guī)變電站大大縮小變電站占地，節(jié)約土地；大部分采用光纖通信，大大減少控制電纜使用；采用智能化的輔助系統(tǒng)，可以根據(jù)不同的溫度、光照強度控制變電站照明亮度，減少站用電損耗。

從變電站建設(shè)的角度來看，采用優(yōu)化集成的設(shè)備、多功能整合資源、數(shù)據(jù)共享等途徑減少硬件配置、降低投資成本。通過應(yīng)用統(tǒng)一的IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)了不同廠家、不同設(shè)備之間的無縫聯(lián)接，加快了工程建設(shè)

進度。從變電站后期的維護來看，變電站順序控制、變電站實時狀態(tài)化檢修、自動告警等功能大大減輕了電力系統(tǒng)技術(shù)人員的工作量，同時也避免人為過失造成的誤操作，更加安全高效地進行電力生產(chǎn)活動?？傊悄茏冸娬炯爸悄?、高效、綠色、環(huán)?！庇谝簧恚_發(fā)前景廣闊，是未來變電站發(fā)展的必然趨勢。

參考文獻

[1] 張東霞.中外智能電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略[J].中國電機工程學(xué)報，2013，（31）.

[2] 李孟超，王允平，李獻偉，王峰，蔡衛(wèi)鋒.智能變電站及技術(shù)特點分析[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2010，（18）.

[3] 李紅巖，周德志.電子式互感器在智能電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用研究[J].硅谷，2012，（22）.

[4] 吳在軍，胡敏強.基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站自動化系統(tǒng)研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2003，（10）.

[5] 高翔，張沛超.數(shù)字化變電站的主要特征和關(guān)鍵技術(shù)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2006，23（30）.

[6] 康家樂.狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)在智能變電站中的應(yīng)用分析[J].數(shù)字化用戶，2013，（19）.

作者簡介：鄧永生（1984-），男，廣東韶關(guān)人，廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司韶關(guān)供電局電氣工程師，研究方向：電力工程建設(shè)及技術(shù)管理。

（責(zé)任編輯：蔣建華）