智能变电站关键技术的分析

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介绍了智能变电站的定义及特征，对电子式互感器技术、IEC61850标准应用、网络通信技术、在线监测技术等智能变电站所涉及的关键技术进行了分析，阐述了各种先进技术在智能变电站建设的应用，总结了智能变电站实现的主要技术手段，并对智能变电站关键技术的应用前景进行了展望。

【关键词】智能变电站 电子互感器 网络 在线监测 IEC61850

智能电网将信息技术、通信技术、计算机技术和原有的输、配电基础设施高度集成而形成的新型电网，具有提高效率、减少环境的影响、提高供电的安全性和可靠性、减少输电网电源能耗的特点。变电站是电网“电力流、信息流、业务流”三流汇集的焦点，对建设坚强电网具有极为重要的作用。智能变电站是伴随着智能电网的概念而出现的，是建设智能电网的重要基础和支撑。

1 智能变电站的概念及特征

智能变电站是采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化，通信平台网络化，信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。其主要应用特征表现为一次设备智能化和基于IEC61850的自动化系统。

2 智能变电站关键技术

智能变电站所涉及的关键技术有：电子式互感器技术、IEC61850标准应用、网络通信技术、在线监测技术等。通过对智能变电站新技术的分析和应用，全面提升变电站的安全性、可靠性，进而提高电网的安全稳定运行水平。

2.1 电子式互感器技术

电子互感器的原理是将一次侧高电压、大电流转变成方便传输的信号，通过绝缘性能很好的光纤传输到二次设备，在低压侧做一定的处理后，可以以模拟量形式或数字量形式输出，供测量和保护用。高压侧与低压侧之间只存在光纤联系，高压回路与二次回路在电气上完全隔离，不存在电压互感器二次回路短路或电流互感器二次开路给设备和人身造成危害，安全性大大的提高。电子式互感器从实现原理上消除了磁饱和及铁磁谐振现象，使互感器运行暂态响应好，稳定性好，保证了系统运行的可靠性。电子式互感器具有很宽的动态范围，频率响应范围较宽，可以测出高压电力线上的谐波，还可以进行电网电流暂态、高频大电流和直流的测量，一台电子式互感器可同时满足测量和继电保护的需要。

目前在智能化变电站试点项目过程中，不同类型的电子式互感在不同的电压等级、不同类型的变电站均得了诸多试点应用，也积累了不少的经验，产品的成熟度在不断改善提高，未来有可能解决工程的稳定性，降低产品造价，为电子式互感器大量推广应用创造条件。

2.2 IEC61850标准应用

基于IEC61850的变电站二次系统采用分层分布设计，从物理和功能上分为过程层、间隔层、站控层三层。

IEC61850标准建立了三类信息服务模型：MMS（制造报文规范）、GOOSE（通用面向变电站事件对象）、SV（采样值）。MMS通信机制规范了间隔层IED与站控层监控主机间进行运行、维护报文的传输，有效解决了各类IED运行维护信息标准化上传给主站的问题；GOOSE通信机制规范了间隔层IED之间以及间隔层IED与过程层智能终端之间的开关量报文的传输，是基于以太网报文优先级和虚拟局域网技术的快速报文传输机制，满足实时性要求较高的继电保护应用；SV通信机制规范了间隔层IED与合并单元之间采样值报文的传输，使IED直接接受来自合并单元的量测量数字信息，实现量测信息的共享。

基于XML技术的变电站配置语言SCL用来描述通信相关的IED配置和参数、通信系统配置、变电站系统结构及它们之间的关系。SCL的应用，使得设备具有自我描述能力，为不同厂家的IED配置工具和系统配置工具之间的互联互通提供了有效的支撑，实现可共同使用的通信系统配置数据的交换。使用统一的工程配置语言SCL，可以简化系统集成，缩短调试时间。

IEC61850标准建立统一的、面向对象的层次信息模型，解决了来自不同厂家设备的互操作问题，使得设备之间可操作，取消了传统变电站大量的协议转换器，简化了变电站网络结构和层次。同时61850也是开放性协议，可以减少了用户对厂家的依赖性，保护用户的长期投资。

2.3 网络通信技术

智能变电站信息的传输基于以太网实现，合理的网络结构对于保证继电保护的时效性和可靠性显得更为重要。针对变电站不同服务的通信需求，采用不同的网络技术以达到最佳性能。

交换式以太网是以以太网交换机为中心而构成的星型拓扑结构的网络，交换式以太网技术确保了信息交互的实时性，可以满足保护及控制功能的实现。VLAN是一种将局域网设备从逻辑上划分成一个个网段，从而实现虚拟工作组的新兴数据交换技术，应用VLAN技术将局域网内的设备按网络化保护和控制功能逻辑划分若干网段，保证了控制的实时性，为网络通信技术的安全性提供了可靠的保障措施；基于SNMP协议的网络在线监视与诊断服务技术可以实时监视各网络节点的工作情况，实现了变电站二次设备的网络可视化监视；GMRP（GARP Multicast Registration Protocol）是基于GARP 的一个组播注册协议，用于维护交换机中的动态组播注册信息，GMRP自动组播配置技术可以有效控制网络通信的流量，针对变电站信息应用的特点实现信息应用的区分服务。

以IED设备、服务器、变换机、光纤等网络通信辅助设备构建成智能变电站自动化系统架构，通过建立相应的变电站自动化系统模型，利用分析工具实现对于信息实时性、可靠性分析成为可能，并将在未来智能变电站自动化系统的方案设计中起到非常重要和关键的作用。

2.4 在线监测技术

智能变电站在电力一次设备变化主要体现为电子式互感器的应用，断路器、变压器等重要元件的在线监测。利用传感器对关键设备的运行状况进行实时监控、进而实现电网设备可观测、可控制和自动化是智能设备的核心和目标。

断路器的在线监测是断路器状态检修的前提和关键，随着传感器技术和信号处理技术的发展，使得断路器一些原本不容易在线监测的状态量的监测得以实现，尤其采用光缆作为连接媒介后，以往电缆引起的干扰问题得以有效解决，可以将表征断路器微量信息变化的信号传递出来，以便于判断设备的健康状态。采用断路器监视技术可以有效地监测断路器的运行工况，并根据所记录的数据分析断路器的健康状况，确保断路器处于良好的状态。智能控制技术的实现将意味着变电站二次系统全数字化应用具备实现的可能，提高智能变电站运行的可靠性、安全性。

变压器的在线监测通过传感器收集信息，并以符合IEC61850标准的信息送给智能组件对变压器状态进行就地实时检测和诊断，以智能电网相关系统可识别的状态描述语言广播设备状态，智能组件可实现与变压器相关的测量、控制、检测、计量、保护的融合设计，为电网的优化运行提供支撑。

3 结语及展望

智能变电站技术是综自系统技术发展的延伸，其主要变化在于体现了一次设备智能化监测、操作等，实现一次设备的优化运行。电子互感器的推广使用、基于智能组件在线监测技术为变电站数据分析全景化提供了基础数据，基于IEC61850标准的变电站自动化系统可以由计算机按照预先设定的原则，高效率地处理变电站日常运行、维护、检修及事故处理等相关问题，可极大地提升变电站自动化系统运行维护水平。智能变电站技术的发展将最终为电网建设、运行带来安全、经济价值，诸多技术问题会在智能变电站试点工程实施中进行积极探索，并有效解决。

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作者简介

莫衍胜（1982-），男，广东省江门市人。现为广东电网有限责任公司江门供电局工程师。研究方向为主要从事变电站自动化系统的研究工作。

作者单位

广东电网有限责任公司江门供电局 广东省江门市 529000