大規(guī)模電力控制系統(tǒng)中的智能變電站關(guān)鍵技術(shù)分析

王 強(qiáng)，于明光

（國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司本溪供電公司，遼寧 本溪 117000）

1 智能變電站的特點(diǎn)

智能變電站集成智能化設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)信息接口、測(cè)控保護(hù)技術(shù)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)等先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)于一體，可實(shí)現(xiàn)對(duì)智能變電站運(yùn)行維護(hù)的自動(dòng)化控制，利用狀態(tài)監(jiān)測(cè)手段實(shí)時(shí)監(jiān)控變電站運(yùn)行狀況，自動(dòng)識(shí)別故障隱患，為運(yùn)維部門(mén)進(jìn)行故障排除提供可靠依據(jù)。智能變電站在應(yīng)用智能組件的基礎(chǔ)上擁有高級(jí)應(yīng)用功能，采用全景式數(shù)據(jù)采集模式，運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘處理技術(shù)，對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，滿足事故分析、隱患控制、故障告警等需求[1]。與傳統(tǒng)變電站相比，智能變電站的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)更加明顯，具體體現(xiàn)在以下方面。

1.1 電子互感器性能優(yōu)越

智能變電站的電子互感器可避免六氟化硫泄露、絕緣油爆炸等傳統(tǒng)互感器易出現(xiàn)的安全隱患，具備體積小、抗飽和能力強(qiáng)、線性度好等優(yōu)勢(shì)，可節(jié)省金屬材料的使用，滿足低碳環(huán)保的要求。

1.2 通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化

傳統(tǒng)變電站缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的通信網(wǎng)絡(luò)，在設(shè)備的對(duì)接中需要設(shè)置轉(zhuǎn)換器，增加了變電站運(yùn)行系統(tǒng)的復(fù)雜性，提高了設(shè)備成本。而智能變電站中的設(shè)備均設(shè)置了通信接口，而這些通信接口按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)置，便于智能設(shè)備之間相互對(duì)接。同時(shí)，智能設(shè)備在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的通信網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行，可通過(guò)數(shù)據(jù)中心快速查詢智能設(shè)備的運(yùn)行情況，便于追溯電網(wǎng)故障的原由[2]。

1.3 傳輸介質(zhì)穩(wěn)定性強(qiáng)

智能變電站在采集和控制數(shù)據(jù)中借助于光纜這一傳輸介質(zhì)。光纜與傳統(tǒng)變電站的電纜相比，能夠有效避免傳輸介質(zhì)本身的電磁耦合干擾，減少繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作，杜絕二次設(shè)備因傳輸過(guò)電壓而出現(xiàn)運(yùn)行故障，進(jìn)而大幅提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

1.4 技術(shù)自動(dòng)化程度高

智能變電站的一次設(shè)備都是智能化設(shè)備，可利用遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行遙控，提高通信傳輸效率。同時(shí)，在通信網(wǎng)絡(luò)的支持下，智能化設(shè)備可實(shí)現(xiàn)更多的自動(dòng)化操作，如設(shè)備自檢、故障自動(dòng)分析等，有利于提高設(shè)備運(yùn)維的自動(dòng)化水平，減輕運(yùn)維人員的工作量。

1.5 設(shè)備安裝調(diào)試方便

在統(tǒng)一通信規(guī)約、信息模型、標(biāo)準(zhǔn)化處理接線接口的情況下，智能變電站的建設(shè)可將設(shè)備安裝調(diào)試環(huán)節(jié)安排到設(shè)備廠商中進(jìn)行，減少了硬件設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)的安裝作業(yè)環(huán)節(jié)。智能變電站建設(shè)方可向設(shè)備廠商提供三維變電站模型，縮短變電站的建設(shè)工期。

1.6 裝置功能集成化

智能變電站應(yīng)用測(cè)控一體化裝置和網(wǎng)絡(luò)化故障錄波，采用GOOSE虛端子邏輯連線的光口替代傳統(tǒng)變電站的端子排，且在配合使用繼電器回路、光纜和軟壓板的情況下，可實(shí)現(xiàn)智能變電站的軟件控制，簡(jiǎn)化了硬件裝置配置，提高了變電站裝置功能的集成化水平。

2 大規(guī)模電力控制系統(tǒng)中智能變電站的關(guān)鍵技術(shù)

在大規(guī)模電力控制系統(tǒng)中，智能變電站的關(guān)鍵技術(shù)包括通信協(xié)議、智能高壓設(shè)備、在線監(jiān)測(cè)技術(shù)等[3]。下面分別對(duì)這幾種技術(shù)在智能變電站中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

2.1 通信標(biāo)準(zhǔn)

目前，國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)中應(yīng)用的通信標(biāo)準(zhǔn)為IEC61850，是一個(gè)全球通用的通信標(biāo)準(zhǔn)。它在智能變電站中的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)工程運(yùn)作的標(biāo)準(zhǔn)化，有助于推動(dòng)智能變電站的發(fā)展。該標(biāo)準(zhǔn)由IEC（國(guó)際電工委員會(huì)）制定，通過(guò)層次化的方法對(duì)變電站的通信體系進(jìn)行具體的層次劃分，共分為三層，即站控層、間隔層和過(guò)程層。該標(biāo)準(zhǔn)下，智能變電站中的電子設(shè)備全部采用統(tǒng)一的通信協(xié)議，設(shè)備之間的信息交換可以借助網(wǎng)絡(luò)完成。對(duì)于智能變電站而言，在制定IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)遵循以下基本原則：一是要充分考慮兼容性；二是要以提高變電站工程的運(yùn)行管理效率為前提；三是要按照站內(nèi)設(shè)備的具體類型構(gòu)建相應(yīng)的模型；四是要有效規(guī)范細(xì)節(jié)性問(wèn)題，借此提升標(biāo)準(zhǔn)的可操作性；五是要統(tǒng)一規(guī)定數(shù)據(jù)的不同類別；六是相關(guān)設(shè)備的生產(chǎn)廠商應(yīng)當(dāng)參與標(biāo)準(zhǔn)的制定。

2.2 智能高壓設(shè)備

在智能變電站中存在著諸多智能高壓設(shè)備，這類設(shè)備是智能變電站的標(biāo)志。它們是站內(nèi)一次設(shè)備與智能化組件相結(jié)合的產(chǎn)物，有著異常強(qiáng)大的功能和作用。這些設(shè)備在智能變電站中的應(yīng)用，除了能夠減少運(yùn)維成本外，還能大幅提升變電站的運(yùn)行可靠性[4]。

2.2.1 智能型變壓器

對(duì)于智能變電站而言，變壓器是不可或缺的重要組成部分之一。智能型變壓器可以自動(dòng)獲取實(shí)時(shí)的運(yùn)行狀況，并通過(guò)對(duì)其他信息的收集，調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)。對(duì)信息進(jìn)行傳輸與處理，是該變壓器特有的功能。通過(guò)相關(guān)接口，可與輔助設(shè)備進(jìn)行連接，并實(shí)現(xiàn)信息的互傳。

2.2.2 智能斷路器

在智能變電站中，斷路器是除了變壓器之外的又一重要設(shè)備，歸屬于高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的范疇。它的主要作用是實(shí)現(xiàn)重合閘。智能斷路器除了具備普通斷路器的所有功能外，還具備監(jiān)測(cè)和診斷功能，可以判斷故障類型，由此大幅降低了重合閘的差錯(cuò)率。合閘與同步分?jǐn)嗍菙嗦菲髯钪匾膬身?xiàng)功能。當(dāng)斷路器執(zhí)行同步分?jǐn)嗖僮鲿r(shí)，必須滿足如下要求：過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)準(zhǔn)確、可靠；最小燃弧、快速滅弧。

2.3 在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)，由于受技術(shù)條件和管理水平的制約，在變電站設(shè)備維修上采用的是事后維修方式。這種方式是當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障問(wèn)題后才對(duì)其進(jìn)行維修，由此會(huì)對(duì)供電可靠性造成一定影響[5]。隨著電力用戶對(duì)供電可靠性要求的不斷提高，事后維修顯然已經(jīng)無(wú)法滿足人們的要求。在這一前提下，設(shè)備狀態(tài)檢修被提出。它按照設(shè)備實(shí)際狀況和預(yù)先編制好的檢修計(jì)劃，對(duì)設(shè)備進(jìn)行全面的檢修策略。為在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)對(duì)設(shè)備進(jìn)行高效、高質(zhì)量的維修，相關(guān)人員需要了解設(shè)備故障的準(zhǔn)確位置及導(dǎo)致故障問(wèn)題的具體原因。當(dāng)前，可利用在線監(jiān)測(cè)技術(shù)快速完成上述工作。在電力設(shè)備狀態(tài)檢修中，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，基本框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 在線檢測(cè)技術(shù)的框架結(jié)構(gòu)

變壓器和斷路器是智能變電站的核心設(shè)備，且這兩類設(shè)備的故障發(fā)生幾率明顯高于其他設(shè)備。為了提高它的運(yùn)行穩(wěn)定性，可對(duì)它們進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。通過(guò)對(duì)變壓器進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，能夠掌握其實(shí)際運(yùn)行狀況，并且能及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的隱患問(wèn)題。應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)技術(shù)可對(duì)變壓器的溫度、負(fù)載、套管絕緣、分接開(kāi)關(guān)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；對(duì)斷路器則可進(jìn)行分合閘、動(dòng)觸頭行程等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。由此，可以降低設(shè)備故障的發(fā)生幾率，進(jìn)一步提升其運(yùn)行穩(wěn)定性。

2.4 可視化與智能告警

2.4.1 可視化

這里的可視化具體是針對(duì)設(shè)備狀態(tài)而言，能夠根據(jù)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目顯示出實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)結(jié)果。當(dāng)結(jié)果超過(guò)預(yù)先設(shè)定好的數(shù)值時(shí)，會(huì)以明顯的顏色進(jìn)行顯示，從而使操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并采取相應(yīng)的措施給予解決處理。該技術(shù)在智能變電站中的應(yīng)用提高了設(shè)備的運(yùn)行可靠性[6]。

2.4.2 智能告警

當(dāng)智能變電站內(nèi)的設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，它可能會(huì)對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行造成影響。智能告警通過(guò)分析相關(guān)信息，可以提供影響程度報(bào)告。在這一前提下，操作人員可以按照影響程度的情況，確定故障的優(yōu)先處理級(jí)別，從而保證電網(wǎng)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。

3 結(jié) 論

綜上所述，在大規(guī)模電力控制系統(tǒng)中，智能變電站具有不容忽視的作用，它的運(yùn)行穩(wěn)定與否直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。為了提高智能變電站的運(yùn)行可靠性，必須減少站內(nèi)設(shè)備的故障發(fā)生幾率，尤其是變壓器和斷路器這兩類核心設(shè)備。因此，在智能變電站中，應(yīng)合理應(yīng)用相關(guān)技術(shù)，如在線監(jiān)測(cè)技術(shù)等，除了可以對(duì)核心設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)外，還能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患，為檢修提供可靠依據(jù)。

[1] 時(shí)強(qiáng)偉.智能變電站關(guān)鍵技術(shù)及其構(gòu)建方式的探討[J].通訊世界，2017，（10）：188-189.

[2] 孫安平，宋 佳，易成星.電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在智能變電站中的應(yīng)用分析[J].科學(xué)與信息化，2017，（24）：49-50.

[3] 李 澤.智能變電站技術(shù)特點(diǎn)的分析[J].中國(guó)科技投資，2017，（28）：226.

[4] 何雙葉，王容容.關(guān)于智能變電站關(guān)鍵技術(shù)及其構(gòu)建方式的探討[J].科技展望，2017，27（10）.

[5] 黃 松.電力監(jiān)控系統(tǒng)在智能變電站中的應(yīng)用分析[J].電工技術(shù)，2016，（8）：88.

[6] 耿 潔.電力監(jiān)控系統(tǒng)在智能變電站中的應(yīng)用研究[J].數(shù)字化用戶，2017，23（36）：75.