智能变电站技术介绍

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摘 要：介绍智能变电站的涵义、结构、应用，分析其关键技术并提出智能变电站的一些应用。智能化变电站是在数字化变电站的基础上，根据标准的通信协议体系，考虑到智能电网中分布式电源的大量接入和与用户的互动性要求，应用数字化测量等智能技术构建的智能电网枢纽；智能变电站建设是智能电网发展的基础。

关键词：智能变电站 技术 功能

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1007—3973（2012）009—042—02

1 引言

目前，国家电网公司正在大力推广智能电网的建设，作为智能电网的一个重要组成部分智能变电站正在越来越称为今后电网建设的主流，虽然关于智能变电站的相关技术、规范还处于不断的改进、修订过程中，智能变电站在实际工程中的应用已经在不断的扩大，技术、经验也已经不断的成熟。下面我们对智能变电站的一些技术、功能等方面作一简单介绍。

2 智能变电站的涵义

目前，广为认可的对智能变电站的定义是“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自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站”。

3 智能变电站的结构

3.1 智能变电站内的设备

智能变电站内的设备按照功能的不同可分为三大类（有时常被称为三层）：

过程层：主要指一次设备，变压器、断路器、互感器、刀闸等；

间隔层：主要指二次设备，保护装置、测控装置、在线监测装置、自动装置等；

站控层：基于计算机主机的后台系统、监控系统、远动、视频安防。

3.2 智能变电站与传统变电站的区别

智能变电站与传统变电站相比一个很大的区别在于：二次设备和一次设备的功能重新定位，并且一次设备的智能化改变了传统变电站中继电保护设备的结构。

其中，一次设备的变化主要体现在一次设备的智能化：

（1）互感器方面的变化。由电子式互感器取代以前的常规互感器，这里包括电流、电压互感器。AD变换装置移入电子式互感器，并配备高速数据接口。（2）开关方面的变化。由智能化开关取代以前的常规开关，开关量输出DO、输入DI移入智能化开关，保护装置命令，由一次设备的执行器来执行操作。表1为常规互感器与电子式互感器优缺点的比较。

电子式互感器就其结构原理分为有源式和无源式两种类型，目前广为采用的是有源式结构。

从电压等级上区分，大体上也分为两种：

（1）110kV及以上采用数字输出的电子式互感器，需要合并单元；

（2）10kV、35kV采用模拟输出电子式互感器直接接入就地四合一智能单元。与电子式互感器配合使用的设备被称为“合并单元”，它是实现电子式互感器与二次设备接口的关键装置。它的作用主要有以下几个方面：

1）数据合并：合并单元同时接收并处理三相电流和电压信号，并按照IEC 60044—8或IEC 61850—9—2格式输出；单间隔内IEC 61850—9传输，跨间隔60044—8/FT3传输；2）数据同步：合并单元实现独立采样的三相电路和电压的信号同步；3）信号分配：智能二次设备从合并单元获取一次电流电压信息；4）激光供能（户外支柱式电流互感器）；5）完善的自检功能，如CT断线等。目前，真正意义上的智能开关还未得到广泛的生产及应用，在实际中应用较多的是在传统开关上，安装智能装置，提供开关量输出DO、输入DI，接收保护装置发出的命令，由一次设备的执行器来执行操作。实现此功能的设备被称为“智能终端”，通过它实现输出DO、输入DI信号的光电转化。

它的作用主要有以下几个方面：

a）给传统断路器或变压器提供数字化变电站接口，接入GOOSE网络和MMS网络；b）在开关端子箱安装智能终端：对刀闸等进行状态采集和控制，就地操作箱功能；c）在变压器端子箱安装智能终端，实现变压器测控功能：采集温度、档位、非电量、中性点地刀等状态，控制风扇和档位。

可见，目前被广泛使用的“智能开关”是由一个“传统开关”，一个“合并单元”以及一个“智能终端”组成的集合体。它所实现的功能已经基本具备了真正意义上的“智能开关”的一些常用的功能了。

在电子式互感器进行采样时，涉及到同步的问题，即需要使相关的几种设备之间传输、交换的数据达到相对的同步。这有点类似于传统变电站保护测控装置中的所使用的GPS对时功能。

在这里我们采用的是在过程层构建独立的采样同步网，这里我们采用了IEEE 1588 精密对时协议，它的优点主要体现在以下几个方面：

（1）硬件对时精度在ns级别，满足计量需要；（2）与数据网络合一，减少了故障点，增加了系统的可靠性；（3）支持绝对时间；（4）光纤纵差保护可以借助硬件1588实现与合并单元的同步；（5）软件1588可以实现事件“打时标”的要求。

说到信息通信，我们不得不提到GOOSE网络，它与传统变电站中的通信网络系统相比有以下几个特点：

（1）GOOSE（面向通用对象的变电站事件）以快速的以太网组播报文传输为基础，代替了传统的智能电子设备（IED）硬接线的通信方式，为逻辑节点间的通信提供了快速且高效可靠的方法；（2）GOOSE服务支持由数据集组成的公共数据的交换，主要用于保护跳闸、断路器位置、联锁信息等实时性要求高的数据传输；（3）GOOSE服务的信息交换基于/订阅机制基础上，同一GOOSE网中的任一智能电子设备，既可以作为订阅端接收数据，也可以作为端为其他设备提供数据。这样可以使得设备之间通信数据的增加和更改变得更加容易实现。

可以说，引入了GOOSE通信技术后，变电站内的信息通信系统变得更加强大了。

目前，对一次设备进行智能化改进，主要包括：断路器智能化、变压器智能化。

其中，断路器智能化方案包括：

（1）研制功能合一化的智能组件装置；（2）合并单元+开关控制器合一的智能组件；（3）保护+测控+开关控制器+合并单元，四方面功能合一的智能组件；（4）监测功能组主IED；（5）优化检测设备传感器的配置；（6）一体化设计智能组件与机构，简化回路；（7）使用软件联锁替代硬件联锁；（8）研制机构控制器；（9）简化断路器和刀闸机构；（10）从机构到智能组件柜实现光纤替代电缆；（11）用自动控制替代手动控制。

同时，当以GIS设备为代表的等设备的智能化方案中，GIS智能组建柜内包括：主IED、断路器机械特性在线控制IED、局部放电IED、SF6密度及微水监测IED、避雷器在线监测IED、智能终端、合并单元。

现在普遍使用的变压器智能化方案，主要是采用“传统的变压器 + 智能终端”的方法，实现以下几个方面：

（1）现阶段智能终端已实现的功能；（2）档位上传与控制；（3）中性点地刀控制；（4）非电量及其他信号测量；（5）主变温度等测量；（6）冷却控制。

变压器智能组件柜内包括：主IED、控制测量IED、冷却控制IED、局放监测IED、油中气体在线监测IED、分接开关监测IED、套管在线监测IED、非电量保护、合并单元、本体保护。

保护与控制系统和传统保护控制设备的主要区别：

（1）接口。传统保护只需支持传统的5A/100V的模拟量接口，数字化保护需支持GOOSE和SV点对点模式、组网模式等多种接口，接口方式多样。（2）通讯规约。传统保护为103规约，数字化保护需支持IEC 61850规约。

4 智能变电站的智能高级应用

智能变电站系统除具备以上最基本的应用功能外，还包括以下方面的高级应用功能。

4.1 一体化信息平台

在实现传统综自变电站当地监控功能的基础上，利用一体化信息平台，对变电站的全景数据进行综合分析和应用，以实现支持电网的安全优化运行。一体化信息平台的主要功能包括：

（1）实时自动控制；（2）智能调节；（3）在线分析决策；（4）协同互动；（5）其他高级功能。

从而提高运行管理的自动化程度，减少系统的维护工作量，减轻变电站和调控运行人员的劳动强度。

4.2 图形化的配置工具与源端维护

其中，“源端维护”是指利用SCD文件直接生成一体化信息平台的数据库，图形可导出为SVG格式供远端系统使用，从SCD文件导出变电站一次设备连接的拓扑关系，并且从SCD文件导出符合IEC61970标准的CIM模型。

4.3 智能告警及分析决策

在目前的变电站监控系统中，告警的方式比较单一，功能也比较有限，基本上信息按照时间顺序全部显示，未作筛选和推理判断处理。一旦发生事故后，信息多，值班人员很难从大量的信息中获取到重要告警信息，影响对事故的正确判断。因此，智能告警与分析决策能够实现：分类告警、信息过滤、在线实时分析和推理变电站运行状态、自动报告变电站异常并提出处理指导等功能。

4.4 智能视频

可以实现视频系统与监控系统联动。

（1）正常遥控时。操作人员点击主接线图面上的设备进行遥控时，视频系统能够通过调度编号等信息定位显示设备现场画面，并且在监控机上显示现场的视频。

（2）事故异常时。当发生事故导致站内设备动作时，视频系统能够通过事故总和SOE告警信息主动推出动作设备的现场视频。

此功能需遥视设备厂商与监控系统厂商合作进行。

4.5 设备在线监测

采集主要一次设备（变压器、断路器等）的状态信息，进行状态可视化展示并发送到上级系统，为实现优化电网运行和设备运行管理提供基础数据支撑。

采集的数据主要包括：

4.6 一体化在线五防

（1）五防规则在监控系统统一制定，在监控系统实现防误闭锁功能；（2）五防规则由监控系统传递到间隔层测控装置，取消传统电脑钥匙，遥控回路采用硬接点闭锁；对于手动操作设备采用在线式锁具闭锁。

此功能需五防设备厂商与监控系统厂商合作进行。

4.7 程序化顺控

（1）可接收和执行调度/集控中心和本地后台系统发出的控制命令，经安全校核正确后，自动完成相关运行方式变化要求的设备控制，具备投退保护软压板功能，具备急停功能，可在站内和远端实现可视化操作。（2）在顺控控制过程中，变电站可以及时向调度/集控中心反馈执行过程的信息，如当前执行步骤、遥控超时、逻辑闭锁等，以便远端系统能更全面的掌控。

5 结语

智能化变电站是数字化变电站的升级和发展，在数字化变电站的基础上，结合智能电网的需求，对变电站自动化技术进行充实以实现变电站智能化功能。智能化变电站的相关技术及应用正在不断的成熟与积累经验的过程中，相信在不久的将来，智能化变电站的相关技术将越来越成熟、完善，能够为我国电网的建设、运行提供越来越多的帮助。

参考文献：

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[2] 钟连宏，梁异先.智能变电站技术与应用[M].中国电力出版社，2010.

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