云南智能變電站試點示范技術的研究與分析

李洪江，顏濤，譚毅，楊永昆，趙曉春

（云南電網(wǎng)有限責任公司，云南 昆明 650011）

0 前言

變電站作為電網(wǎng)重要環(huán)節(jié)，承擔著電力的匯集與分配，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行起著重要作用，變電站智能化直接影響電網(wǎng)的智能化水平，智能變電站技術對電網(wǎng)技術發(fā)展具有巨大的促進作用。智能變電站正隨著電網(wǎng)裝備技術的不斷發(fā)展，持續(xù)進步提升，也隨著國內智能變電站試點建設，不斷積累運行經(jīng)驗及實踐成果[1-2]。

南方電網(wǎng)公司2019年啟動了智能變電站試點建設工作，明確云南110 kV七彩及110 kV尖山變電站納入試點范圍，按照智能化、模塊化及集成化思路開展試點建設。其中智能化為主要涉及光學互感器、智能高壓設備、設備狀態(tài)監(jiān)測，模塊化包含一次設備模塊化、二次接口標準化及預制建構筑施設，集成化體現(xiàn)為集中組屏（小型化）及間隔集成方案。

云南電網(wǎng)公司按照南方電網(wǎng)公司批復試點方案，結合110 kV七彩變及110 kV尖山變實際情況，進一步細化完善了試點技術內容，形成了110 kV七彩變及110 kV尖山變技術路線。同時，全力推進2個試點變電站建設實施，110 kV尖山變于2021年12月建成投產(chǎn)，110 kV七彩變計劃2022年7月建成投產(chǎn)。

1 示范技術研究

在遵循南方電網(wǎng)智能變電站試點方案的基礎上，充分結合變電站實際情況及智能化設備發(fā)展趨勢，按照技術先進、可靠原則，進一步優(yōu)化完善試點技術路線，形成具有地域特色的試點建設方案。

圖1 試點的主要技術路線

1.1 智能化方面

變電站一次設備作為實現(xiàn)電能轉換的主要設備，變電站智能化離不開一次設備的智能化，110 kV七彩變、尖山變的主變、GIS設備及開關柜采用大量智能化新技術。變壓器及GIS設備采用“變壓器+傳感器+智能組件”模式，一次部分采用電子式互感器，二次部分設置就地智能組件，包含智能終端、合并單元、在線監(jiān)測裝置等。10 kV開關柜配置電動操作底盤，結合順控服務器實現(xiàn)遠方程序化操作、智能監(jiān)測裝置等。配置蓄電池在線核容裝置，GIS局放、GIS室SF6泄露及含氧量及油中溶解氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)提升設備智能化水平[3]。

變電站二次設備作為保護控制核心，數(shù)據(jù)采樣作為保護信息源頭，為實現(xiàn)真正的網(wǎng)絡采樣功能，110 kV七彩變試點應用磁光玻璃光學互感器，磁光玻璃作為一種無源光學互感器，具有測量精度高、抗干擾能力強、技術趨于成熟等優(yōu)點，采用全光纖電流互感器及合并單元成套產(chǎn)品，可較好地開展光學互感器+常規(guī)互感器對比試點應用，實現(xiàn)網(wǎng)采網(wǎng)跳與模采網(wǎng)跳對比分析[4]。通過光學互感器的應用，進一步驗證光學互感器+合并單元成套保護裝置功能情況及存在問題，形成光學互感器間隔與常規(guī)互感器間隔的使用對比分析，利用電子式互感器+合并單元模式實現(xiàn)電流電壓的源端數(shù)字化。結合光學互感器網(wǎng)采網(wǎng)跳存在的信息傳輸延時問題，引入延時可測技術，對網(wǎng)絡中的SV、GOOSE進行延時測量，測量結果ΔT寫入SV、GOOSE報文的保留位，由保護、錄波等設備讀取。使用延時可測技術，SV網(wǎng)與GOOSE網(wǎng)合并應用，形成模采網(wǎng)跳方案與網(wǎng)采網(wǎng)跳方案的使用對比及應用探索[5-6]。

1.2 集成化方面

110 kV尖山變電站二次設備集中保護、測控、合并單元、智能終端，采用了四合一設備及二合一設備，間隔高度集成。110 kV線路采用合并單元＋智能終端＋保護裝置+測控裝置一體化設計，就地安裝于GIS匯控柜內，采用直采直跳方式[7-8]。110 kV分段、PT、主變等采用合并單元＋智能終端一體化設計，就地布置，實現(xiàn)網(wǎng)采網(wǎng)跳。二次設備集成具有設備數(shù)量少，組屏及占地面積較少，可減少相應交換機數(shù)量，大幅減少內部二次回路接線，簡化回路配置等技術優(yōu)勢。

1.3 模塊化方面

110 kV七彩變采用預制光纜，在出廠前完成光纜連接器、尾纖、終端連接器及各種防護外套，現(xiàn)場即插即用。

變電站土建部分采用預制裝配式設備，采用了裝配式圍墻、裝配式防火墻及裝配式電纜溝等構筑施設，大大提升了土建施工進度及質量，并有利于現(xiàn)場的綠色低碳及環(huán)境保護。

1.4 智能操作、智能巡視、智能安全方面

變電站配置一鍵順控、智能刀閘及電動底盤等設備，通過位置信息的多元判據(jù)，實現(xiàn)變電站操作無人化，設備自動程序控制操作，解決變電站點多、運維人員少、倒閘操作時間長、操作過程中安全風險較高等問題，提升現(xiàn)場運行操作效率。

110 kV GIS設備及10 kV開關柜位置判據(jù)模式采用1+1模式，必要判據(jù)為雙位置輔助節(jié)點信息及電氣量遙測信息，輔助判據(jù)為姿態(tài)傳感器傳輸信息，具有判斷快、操作時間迅速等特點。主變中性點刀閘位置判據(jù)模式采用1+2模式，必要判據(jù)為雙位置輔助節(jié)點信息及電氣量遙測信息，輔助判據(jù)為姿態(tài)傳感器傳輸信息及圖像監(jiān)控系統(tǒng)傳輸信息，特點為判斷慢、操作時間長，相對于單判據(jù)，準確性高。

變電站配置圖像、熱成像等智能巡視設備，內置電力設備專家診斷熱故障分析模型，結合環(huán)境因素，實現(xiàn)電力設備精確測溫、自動巡檢、溫差分析、主動預警、自動匹配診斷結果、輔助故障診斷。提供實時/歷史分析電力設備溫度，在異常、特殊檢修或操作時，獲取對應熱成像實時/歷史視頻熱圖，對全畫面進行溫度分析，實現(xiàn)對設備的溫度進行實時全面監(jiān)測分析。最大程度減少運維人員的日常巡視工作，提高巡視質量及效率，形成有效數(shù)據(jù)源并能及時處理設備運行中的問題。

配置電子圍欄、門禁系統(tǒng)、人臉識別系統(tǒng)及在線監(jiān)測設備，通過高清智能圖像識別攝像頭，對出入變電站人員、數(shù)量進行識別，甄別進站人員信息并自動生成進站記錄，實現(xiàn)人員資質審核。對作業(yè)人員安全帽、工作服和安全帶的佩戴、擅自移動安全標識牌、工作票間斷或終結后現(xiàn)場人員滯留情況分析告警，達到作業(yè)現(xiàn)場智能安全管控。應用非五防智能鎖具可限定開鎖時間范圍，超出允許時間則禁止開鎖，固定時段、固定工作地點開鎖，確保在線防誤，提升變電站人員管理及設備管理的智能安全水平。

圖2 示范技術方案及原理

2 示范成效分析

2.1 數(shù)字化采樣示范成效

磁光玻璃光學互感器基于光學測量原理，在測量、安全、可靠性、集成、智能化、信息化等方面具備突出技術優(yōu)勢，通過磁光玻璃光學互感器試點應用，與云南電網(wǎng)110 kV華晨變試點的LPCT（低功耗線圈）+RCT（羅氏線圈）有源電子式互感器形成技術對比互補，進一步增加了光學互感器的工程經(jīng)驗及應用場景，可結合后續(xù)的運行、檢修經(jīng)驗，提供不同光學互感器與常規(guī)互感器對比的有力數(shù)據(jù)支撐。通過合并單元及延時可測試點應用，探索提升網(wǎng)采網(wǎng)跳的可靠性的有效途徑，為網(wǎng)采網(wǎng)跳及模采網(wǎng)跳兩種模式的可靠性對比提供了工程案例。全數(shù)字化作為未來變電站的發(fā)展趨勢，網(wǎng)采網(wǎng)跳的模式也勢必是全面數(shù)字化的重要途徑之一，通過試點也為全數(shù)字化變電站建設方案奠定基礎。

當前，數(shù)字化采樣技術對設備安全穩(wěn)定運行方面存在明顯不足，主要是數(shù)字化采樣技術及設備運維水平對信息的準確性及可靠性影響較大，影響著設備的安全穩(wěn)定運行，也是制約數(shù)字化采樣技術大范圍推廣應用的主要因素。

2.2 集成化、小型化保護示范成效

通過四合一（保護、測控、合并單元、智能終端）及二合一（合并單元、智能終端）設備集中布置，保護集中組屏布置于主控室、二次預制柜、繼保小室等，具有設備數(shù)量少、交換機數(shù)量少、占用空間小，可有效節(jié)約屏柜，組屏及占地面積較少，二次回路簡化等優(yōu)點。便于集中管理、集中運維，提升裝置可靠性和速動性，采用標準連接器，實現(xiàn)快速更換，降低后期運檢成本。

保護測控裝置的高度集成也給運行帶來了一定的不利影響，主要體現(xiàn)在多IED集成造成功能集中、信息量較大，單一設備故障對整體運行影響較大，設備運行維護相對復雜，對遙控遙信量統(tǒng)籌設計提出了更高要求，易出現(xiàn)遙控遙信量難于滿足實際運行需求的情況。

2.3 智能監(jiān)測、運行示范成效

低功耗在線監(jiān)測系統(tǒng)成效方面，通過運用綜合處理單元設備，可處理局放在線監(jiān)測、SF6在線監(jiān)測、蓄電池在線核容、中性點鐵芯在線監(jiān)測等不同設備之間的數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)處理單元設備、主控室屏位，提升信息集中度，節(jié)約投資，增加設備運行狀態(tài)的診斷分析能力。

智能巡視、智能操作、智能安全技術可有效實現(xiàn)變電站現(xiàn)場操作無人化，設備自動程序控制操作，解決變電站多、運維人員少的問題。部分運維操作由機器代替，可實現(xiàn)操作的安全可靠，提升運維操作倒閘過程的安全性，提升設備的安全管控能力。

智能監(jiān)測、運維技術在極大提升運行水平的同時也存在一定的不足，主要是增加各類監(jiān)測設備的維護難度，日常運維對廠家依賴性增強，輔助判據(jù)準確性有待進一步提高等。

2.4 預制設備應用成效

預制光纜相對傳統(tǒng)熔接方案，對現(xiàn)場施工人員素質要求不高，減輕了光纖熔接現(xiàn)場測試的要求?？s短了施工周期，光纜接線時間僅為傳統(tǒng)方案的20-30%。避免了傳統(tǒng)方案光纜裁剪面在敷設時容易進水進塵，在光配箱熔接時，雜質難清除干凈，造成熔接點處夾雜有異物，長期運行影響通信質量，提升光纜防護性能。降低控制電纜敷設成本。采用預制光纜后，同規(guī)模變電站節(jié)約了30%的控制電纜使用量。預制式建構筑物可有效減少現(xiàn)場土建施工周期，提供現(xiàn)場建設進度及質量、環(huán)保節(jié)能。

預制設備一方面可有效減少后續(xù)的運維工作量，但另一方面在其出現(xiàn)質量問題時更換、維護的成本也較高。

圖3 示范成效

3 示范推廣建議

智能變電站試點新技術具明細的特點及優(yōu)勢，其推廣應用可根據(jù)具體項目實際及場景需求，結合云南2個智能變電站試點技術成效對提出相關應用建議。

集成化設備裝置性能高、占用空間小，特別對于用地緊張的變電站，節(jié)省設備安裝空間，可在用地受限、站址選擇困難的場景推廣應用。

在線監(jiān)測系統(tǒng)提高了設備狀態(tài)監(jiān)測及維護效率，設備智能化具有對設備狀態(tài)的智能監(jiān)控，可對設備進行精準管控，提高設備智能化水平及運維效率，建議結合設備特點及運維實際需求，推廣使用各類在線監(jiān)測系統(tǒng)。

智能巡視、智能操作、智能安全技術應用有利于偏遠地區(qū)變電站的操作、巡視及運維管理，但會增加工程的建設投資，可在運維操作偏遠、巡視操作頻繁、要求較高的地區(qū)變電站推廣應用。

光學互感器設備性能好，但成本高，建議綜合考慮項目的可靠性、實用性和經(jīng)濟性等因素進行選用。磁光玻璃光學互感器較高的成本造成其在常規(guī)投資規(guī)模變電站的應用經(jīng)濟性不高，但對絕緣、暫態(tài)特性、電磁特性要求越高的場景，磁光玻璃互感器的性價比優(yōu)勢就會越明顯。

四合一、二合一設備在遙控量及遙信量接入方面建議結合項目進一步優(yōu)化，用于出線回路較多的變電站，經(jīng)濟效益更好。二合一設備可結合測控裝置+合并單元+智能終端的模式進一步研究，減少設備間的數(shù)據(jù)交換，優(yōu)化二次設備。

4 結束語

變電站智能化建設經(jīng)歷了多年的探索及實踐，形成了一些較為成熟、可靠、先進、智能的技術。隨著構建新型電力系統(tǒng)的新要求，以及技術的不斷進步，有必要進一步開展智能變電站技術試點。本文對云南電網(wǎng)開展的2個智能變電站試點技術路線、成效等進行分析總結，為后續(xù)試點建設適應新型電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化智能變電站建設提供一定的支撐。