智能变电站的设计与实际应用

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摘要：在智能电网的正常运营中，智能变电站是不可缺少的重要组成部分，它是智能电网运行的基础，对智能电网的运行起着支撑作用。在对智能变电站进行设计和建设的过程中，例如变电站的二次网络结构和二次智能化配置等这些问题都是通过智能变电站进行处理的。对这些问题进行完善的处理是建设智能变电站的关键。

关键词：智能变电站；设计；应用

中图分类号：S611文献标识码： A

引言

随着我国电网规模的扩大，信息化程度的不断提高，国家电网公司提出了“坚强智能电网”的概念，因此，建立智能化变电站势在必行。智能变电站以数字化变电站为依托，通过采用先进的传感器、电子、信息、通信、控制、智能分析软件等技术，建立全站所有信息采集、传输、分析、处理的数字化统一应用平台，实现变电站自动运行控制，设备状态检修、运行状态自适应、分布协调控制、智能分析决策等高级应用功能，提高管理和运行水平。

一、智能变电站结构

1、设备层

智能变电站的设备层主要是由控制柜和一次设备共同组成的电能接受和输入设备。复合型传感器、TV、TA是其中的核心设备。VD装置是一项重要装置。在设备中VD装置主要是用来对高压电路带电情况进行检查。当高压线路带电时则可以通过VD装置来实现对电气设备的闭锁。VD装置在智能变电站中的应用能够有效防止线路安全事故。复合型传感器是一种智能型检测及监控设备，这一设备主要是对一次设备运行状态进行实时检测。智能变电站的设备层中有许多一次设备。电压/电流互感器、变压器是其中最为典型的一次设备。一次设备的主要功能就是要实现电流中转。这对于实现智能变电站基本输电和配电功能具有重要意义。

2、间隔层

间隔层是设备层和站控层的中间架构，该层主要是由测控设备、继电器以及母线保护单元构成。间隔层主要作用就是要实现设备层同站控层的有效连接。此外它还可以实现对重要设备的监控及保护。继电保护是变电站的重要特点。继电保护的操作也主要是在间隔层中实现的，同时还能够实现初步检测故障及闭锁等功能。电能转换过程中电能在通过间隔层时，测控单元会将这些信息完整记录下来并传输给站控层。

3、站控层

站控层是变电站的控制层，这一层主要是通过主机、路由器以及人机交互设备相互连接来实现控制。站控层的主要职责就是要实现对变电站的实时监测。对于电路运行过程中的异常情况要能够实现及时报警和控制。对于变电站中电能交换的问题，工作人员通过计算机能够实现实时记录并能够及时采取针对性措施来予以应对。在处理完异常问题之后还需要把结果反馈到远方控制中心。这样才能方便上级变电站应对。

二、智能变电站技术的应用分析

1、网络化二次设备及通信网络

智能变电站的二次设备已经实现了数字化和网络化，数字化的实现是通过电子式互感器和采集器将二次设备的模拟量转变为数字量，以及用合并单元的方式进行电子式互感器电流和电压量的采集，将这些二次信号经过交换机GOOSE转变为可以用网络传输的数字化信息。智能变电站的网络化二次设备包括三层结构：间隔层、过程层和站控层。间隔层是由保护设备和测控仪器及记表等各个部分组成，由于110KV供电方式为辐射式，因此往往在分段处设置内桥保护系统来测电流。过程层则是由合并单元等组件组成，用来进行检测、控制等基本的任务。

2、智能化的一次设备

智能化一次设备主要包括智能断路器以及数字互感器等。一般传统的互感器具有体积大、重量重、电流互感器动态范围窄、并且易出现谐振和磁饱和的现象，电子式互感器则可避免以上的缺点，达到更好的效果。一次设备的智能化的实质核心是在常规一次设备的基础上添加智能单元，通过智能终端完成断路器、隔离开关等设备的跳合闸回路以及位置信号采集回路等。

智能断路器就是有智能化功能的断路器，是由计算机技术，新型传感器和微电子组成的一种新型系统。智能组件是可以自由组件的各种物理设备，例如测量单元、控制单元等，可以是其中一个，也可以为多个组件。测控装置、保护装置、状态监测等也可作为独立的智能组件应用到智能变电器之中。智能组件有内嵌和外置两种不同的方式，也可以同时应用。

3、在二次设备中的应用

二次设备方面具体表现为程序化操作技术和在线式五防技术的应用。在线式五防系统后台五防通常是与测控装置紧密连接在一起的。该系统主要是可遥控空气断路器、五防专用锁具、智能操作箱等设备组成。程序化操作指的是按照既定程序来实现对多个控制对象的控制。程序化操作又可以分为：站控层程序化操作、间隔层程序化操作和混合程序化操作三种模式。程序化操作在实际工作中的应用能够有效提升变电站设备的性能。

三、智能化变电站装配设计要点

1、对一次设备进行智能化升级

对变电站进行必要的智能设计是变电站节能降耗的科技基拙。可视化、数字化、一体化和信息交互性是智能变电站一次设备进行智能化设计的要求。在对一次设备进行智能化的时候，要在主变压器中安装智能终端和配套的合并单元。在出线间隔、主变进线间隔内分别配置智能终端。例如分别配备专门的智能终端在母联间隔和母线设备间隔上。对变电站装配全站和核心部件状态监测后台系统，通过跟踪监测，获取变电站运行的各项数据，然后进行汇总和分析，并提出针对性调整和检修方案。过程层设备采用一对一的方式和间隔层的设备进行连接。过程层其实就是一二次设备的相结合的一个面，结合面上的设备具有自我检测和自我描述的功能，并通过实行共同的通讯协议和信息模型，和站控层实现信息的交流互动。

2、对二次设备进行网络化布局

（1）站控层设备管理成网络化分布

站控层设备不需要安排专门的员工来值班，而是通过建立无人值班变电站，通过智能设备达到对变电站进行智能控制管理的目的。站控层设备可以提供方便的人机交流界面，方便管理人员管理控制过程层和间隔层的设备以及各项设备功能，形成对变电站全天候的监控管理。通过站控层的智能升级可以在变电站建立一个管控中心，对变电站实行远程控制和集中而简约的控制。各分层的设备通过智能终端将自检和扫描后的信息上传，实现对整个变电站设备的网络化、智能化管理。

（2）变电站间隔层设备的配置情况

间隔层由防护设备、记录仪器和测控仪器等组成。因为110KV为辐射式供电方式，所以只需在分段处设置内桥保护系统来时刻检测和控制电流。

变压器配置双套主后设备保护测控一体化装置，每套都包括一整套主、后备保护功能。当GOOSE接口向主变智能终端发送跳闸命令，智能终端就能控制主变各侧刀闸的闭合过程，并通过另一独立的接口，跳闸等命令信息发送到110KVGOOSE网，用于统一的故障录波。

自投装置采用集中式智能设备装置，把控制网、线路测控保护装置、与之相关的智能操作箱等设备和信息组成自投网络，完成备自投。并且设置集中式故障录波装置综合处理单元对主变的高压侧、110KV进行集中录波。

（3）过程层的设备设计

过程层由电子式互感器、合并单元、智能单元等构成，完成与一次设备相关的功能，包括实时运行电气量的采集、设备运行状态的监测、控制命令的执行等。过程层包括GOOSE网络和采样值网络。开关智能化由智能终端、互感器开关、和智能组件共同合作。电子式电流电压互感器采用站内直接供电的光电电流电压互感器来实现互感器设备的数字化。

变电器具体实施方案：站控层的网络结构采用单星形，可以用来传输MMS报文和GOOSE报文，包括主机兼操作员工作站、网络通信记录分析、远动通信设置以及其他智能接口设备。间隔层和过程层以间隔为单位进行配置描述，分为110KV线路间隔、110KV桥间隔、35KV出线间隔、10KV出线间隔以及其他设备。配置一套IEC标准的数字式故障录波器，将过程层和站控层网络接上录波器，接受SMV报文可以显示录波器的电流、电压采样值，它的中央信号则转化成MMS的报文形式和站控层设备通信。

结束语

对于我国的智能变电站的发展情况来说，虽然目前还处在一个起步阶段，但是对于传统的变电站的系统保护和一次性设备的自动控制带来了很大的调整，在未来，智能变电站必定是一个发展的趋势。这就需要将智能变电站的技术更加的成熟，并且还需要不断的增加系统的兼容性和自动化综合能力，使得系统的稳定性更加优良并更好地突破现有的技术。

参考文献

[1]程春晖.110kV智能变电站的设计方案研究[J].城市建设理论研究（电子版），2013年.

[2]马仕海，荆志新，高阳．智能变电站技术体系探讨[J]．沈阳工程学院学报（自然科学版），2010年.