智能變電站關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展方向

李陽陽

摘 要 智能變電站是智能電網(wǎng)的重要組成部分，是變電站自動(dòng)化發(fā)展的一個(gè)重要里程碑，對(duì)建立更加安全、穩(wěn)定、高效的電網(wǎng)系統(tǒng)具有重要意義，其技術(shù)的先進(jìn)性對(duì)推進(jìn)智能電網(wǎng)的發(fā)展至關(guān)重要，本文主要論述了現(xiàn)階段智能變電站的主要技術(shù)特點(diǎn)及現(xiàn)有技術(shù)近期的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞 智能變電站；關(guān)鍵技術(shù)；發(fā)展

中圖分類號(hào) TM72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）06-0033-01

智能電網(wǎng)被認(rèn)為是21世紀(jì)電力系統(tǒng)的重大技術(shù)創(chuàng)新之一，而智能變電站是智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)和支撐。智能變電站是指，采用可靠、集成、先進(jìn)、環(huán)保、低碳的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動(dòng)完成信息采集、測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測(cè)等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)功能的變電站[ 1 ]。

智能變電站的安全運(yùn)行是電網(wǎng)安全運(yùn)行的保障，而其技術(shù)的先進(jìn)性對(duì)推進(jìn)智能電網(wǎng)的發(fā)展至關(guān)重要。本文將對(duì)目前國(guó)內(nèi)智能變電站現(xiàn)狀及近期智能變電站的技術(shù)發(fā)展方向進(jìn)行簡(jiǎn)單概述。

1 變電站自動(dòng)化的發(fā)展歷程

變電站的自動(dòng)化發(fā)展歷程經(jīng)歷了3個(gè)階段。各個(gè)階段的技術(shù)特點(diǎn)如下：

變電站自動(dòng)化發(fā)展的第一階段：1）面向功能的集中式遠(yuǎn)動(dòng)終端裝置+常規(guī)保護(hù)；2）常規(guī)繼電器+二次接線+遠(yuǎn)動(dòng)終端裝置；3）遙控信息實(shí)現(xiàn)二遙或者四遙；4）保護(hù)裝置采用硬接點(diǎn)連接；5）功能簡(jiǎn)單且系統(tǒng)連接復(fù)雜，系統(tǒng)整體性能指標(biāo)較低。

變電站自動(dòng)化發(fā)展的第二階段：1）面向功能的分布式單元微機(jī)保護(hù)加微機(jī)測(cè)控裝置模式；2）保護(hù)裝置與測(cè)控裝置分開獨(dú)立配置；3）采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)；4）采用通信管理單元；5）系統(tǒng)擴(kuò)展性能較差。

變電站自動(dòng)化發(fā)展的第三階段：1）面向?qū)ο?、面向間隔設(shè)計(jì)的分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；2）采用以間隔為對(duì)象的保護(hù)測(cè)控裝置；3）保護(hù)和監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立組網(wǎng)，裝置直接接入以太網(wǎng)；4）系統(tǒng)配置靈活、擴(kuò)展性強(qiáng)。

2 智能化變電站關(guān)鍵技術(shù)

2.1 互感器技術(shù)

目前智能變電站為完成電壓、電流就地采樣數(shù)字化，主要采用“電子式互感器”或“常規(guī)互感器+合并單元”。

根據(jù)電子式互感器高壓部分是否需要工作電源，電子式互感器可劃分為有源式和無源式兩大類。

相對(duì)于傳統(tǒng)互感器，電子式互感器最為顯著的優(yōu)點(diǎn)是其高壓側(cè)與低壓側(cè)無電氣連接，其大大簡(jiǎn)化了互感器的絕緣結(jié)構(gòu)，提高了絕緣性能。

電子式互感器相對(duì)于常規(guī)互感器還具備暫態(tài)范圍大、輸出信號(hào)可直接輸入保護(hù)設(shè)備和微機(jī)化計(jì)量、體積小、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)。

但就近年來的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)而言，電子式互感器的故障率仍遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)電流互感器；溫漂問題仍是無源型電流互感器的技術(shù)瓶頸，目前廠家為解決溫漂問題，多采用實(shí)測(cè)溫度對(duì)線性雙折射和維爾德常數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，但此方法沒有從根本上解決該問題。電子式互感器中采用了光學(xué)器件、電子器件等相對(duì)易耗元件，采集器故障率仍較高[ 2 ]?？偠灾?，由于電子式電流互感器仍處于應(yīng)用初期的磨合階段，有很多技術(shù)問題尚待解決與完善，常規(guī)電流互感器與其相比，在運(yùn)行可靠性方面及價(jià)格仍具有很大優(yōu)勢(shì)。因此目前智能變電站仍廣泛采用“常規(guī)互感器+合并單元”的方式。

電子式互感器完全取代“常規(guī)互感器+合并單元”是智能變電站的發(fā)展趨勢(shì)，但目前急需解決如下技術(shù)瓶頸：1）無源型電子式互感器溫漂問題；2）有源型電流互感器功能問題；3）長(zhǎng)期可靠性問題。

2.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)階段在邏輯上智能變電站網(wǎng)絡(luò)可劃分為三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分別為站控層網(wǎng)絡(luò)、間隔層網(wǎng)絡(luò)和過程層網(wǎng)絡(luò)。

2.2.1 站控層網(wǎng)絡(luò)

站控層網(wǎng)絡(luò)可傳輸MMS報(bào)文和GOOSE報(bào)文，實(shí)現(xiàn)站控層設(shè)備之間、站控層設(shè)備與間隔層設(shè)備之間的通信。

站控層網(wǎng)絡(luò)采用雙星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用雙網(wǎng)雙工冗余網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行方式，可滿足網(wǎng)絡(luò)無縫切換功能。站控層網(wǎng)絡(luò)采用MMS、GOOSE、SNTP時(shí)間同步三網(wǎng)合一、共網(wǎng)運(yùn)行。

2.2.2 間隔層網(wǎng)絡(luò)

間隔層網(wǎng)絡(luò)可傳輸MMS報(bào)文和GOOSE報(bào)文，實(shí)現(xiàn)間隔層設(shè)備與本間隔其他設(shè)備、與其他間隔設(shè)備之間的通信。

目前智能變電站間隔層網(wǎng)絡(luò)廣泛采用雙重化星形以太網(wǎng)絡(luò)，間隔層設(shè)備通過兩個(gè)相互獨(dú)立的以太網(wǎng)控制器接入雙重化的站控層網(wǎng)絡(luò)。

2.2.3 過程層網(wǎng)絡(luò)

過程層網(wǎng)絡(luò)傳輸GOOSE報(bào)文及SV報(bào)文，完成過程層設(shè)備之間、間隔層設(shè)備之間、過程層與間隔層設(shè)備之間的通信。

目前智能變電站各電壓等級(jí)過程層網(wǎng)絡(luò)通常采用如下配置方案：500kV過程層SV、GOOSE網(wǎng)絡(luò)采用星形雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)獨(dú)立配置，220kV過程層SV與GOOSE共網(wǎng)傳輸、雙網(wǎng)配置，110kV過程層SV與GOOSE網(wǎng)共網(wǎng)傳輸、單網(wǎng)配置，35kV、10kV不配置獨(dú)立過程層網(wǎng)絡(luò)[ 3 ]。

未來隨著二次設(shè)備就地下放及一次、二次設(shè)備完全整合，智能變電站的可將現(xiàn)階段的三層設(shè)備兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化為兩側(cè)設(shè)備一層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

2.3 一次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)

智能變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是變電站綜合監(jiān)測(cè)、故障診斷的在線動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，可為智能變電站提供在線監(jiān)測(cè)與故障診斷的整體解決方案。

智能變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可對(duì)變壓器繞組溫度及負(fù)荷、變壓器油中氣體及水含量、變壓器絕緣、變壓器輔助設(shè)備（油泵、有載調(diào)壓開關(guān)、冷卻設(shè)備、繼電器）、變壓器局放、GIS及斷路器中SF6氣體含量、斷路器動(dòng)作特性、設(shè)備絕緣（電流互感器、容性電壓互感器、避雷器）、電纜溫度和電纜局放等運(yùn)行特性進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)。

智能變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可靠性高、互換性好、準(zhǔn)確性高，智能變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是采用標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)方式、數(shù)據(jù)格式、通訊規(guī)約等全面集成的，而不是現(xiàn)有在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在后臺(tái)監(jiān)測(cè)軟件層面上的簡(jiǎn)單集成。智能變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用基于多信息融合技術(shù)的綜合故障診斷模型，結(jié)合運(yùn)行參數(shù)和結(jié)構(gòu)特性、歷史運(yùn)行狀態(tài)及環(huán)境因素，依據(jù)獲得的電力設(shè)備狀態(tài)信息，對(duì)電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及剩余運(yùn)行壽命進(jìn)行評(píng)估。對(duì)已經(jīng)發(fā)生的故障進(jìn)行分析、對(duì)正在發(fā)生的故障進(jìn)行判斷、對(duì)可能發(fā)生的故障進(jìn)行預(yù)測(cè)，明確故障的原因、屬性、類型、性質(zhì)，指出故障發(fā)展的后果和趨勢(shì)，有效地提出故障發(fā)展和根除故障的對(duì)策，達(dá)到預(yù)防和避免電力設(shè)備事故發(fā)生、保證運(yùn)行設(shè)備安全、可靠運(yùn)行的目的。

但目前智能變電站在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，還無法實(shí)現(xiàn)囊括所有設(shè)備全面在線監(jiān)測(cè)的可能性，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一體化，并由自動(dòng)化系統(tǒng)集成是未來一次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展方向。

3 結(jié)論

2009年5月，國(guó)家電網(wǎng)在全國(guó)共選取了47個(gè)新建變電站作為智能變電站試點(diǎn)工程，試點(diǎn)工程在原理研究、設(shè)備研制、設(shè)計(jì)優(yōu)化、標(biāo)準(zhǔn)制定等方面取得了許多創(chuàng)新成果[4]。但現(xiàn)階段我國(guó)智能變電站建設(shè)仍處于技術(shù)的儲(chǔ)備期和快速發(fā)展期，電網(wǎng)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變、管理模式的創(chuàng)新對(duì)智能變電站提出了新的要求，未來智能變電站應(yīng)以“結(jié)構(gòu)布局合理、系統(tǒng)高度集成、技術(shù)裝備先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)節(jié)能環(huán)?！睘榻ㄔO(shè)目標(biāo)?？偨Y(jié)現(xiàn)有智能變電站的技術(shù)特點(diǎn)，加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)是推薦智能電網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)

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[4]宋璇坤，沈江等.新一代智能變電站感念設(shè)計(jì)[J].電力建設(shè)，2013，34（6）：11.