智能變電站技術(shù)特點(diǎn)的研究

1智能變電站的概念

根據(jù)《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》的定義，智能變電站是采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動(dòng)完成信息采集、測量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)功能的變電站。它基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，體現(xiàn)了集成～ 體化、信息標(biāo)準(zhǔn)化、協(xié)同互動(dòng)化的特征。

1.1數(shù)字化變電站涵義

數(shù)字化變電站是由智能化一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備按過程層、間隔層、站控層三層結(jié)構(gòu)體系分層構(gòu)建，建立在符合國際標(biāo)準(zhǔn)的IEC61850通信規(guī)范基礎(chǔ)之上，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備問信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。數(shù)字化變電站使傳統(tǒng)變電站的所有信息采集、傳輸、處理、輸出過程由過去的模擬信息全部轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，并建立與之相適應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)。數(shù)字化變電站強(qiáng)調(diào)實(shí)現(xiàn)手段的數(shù)字化，而智能電網(wǎng)的建設(shè)，對(duì)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的一次設(shè)備智能化、高級(jí)應(yīng)用、對(duì)智能電網(wǎng)的支撐等功能提出了新的要求，數(shù)字化變電站技術(shù)是智能變電站的技術(shù)基礎(chǔ)，智能變電站是變電站整體技術(shù)的跨越和未來變電站發(fā)展的方向。

1.2 智能變電站內(nèi)涵

智能變電站的設(shè)計(jì)及建設(shè)應(yīng)遵循“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一建設(shè)”的原則，應(yīng)按照DL/T1092三道防線要求，滿足DIJl""755三級(jí)安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn);滿足GB廠I、14285繼電保護(hù)選擇性、速動(dòng)性、靈敏性、可靠性的要求;遵守《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)總體方案》。實(shí)現(xiàn)高壓設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息采集功能的接收、執(zhí)行指令，反饋執(zhí)行信息，實(shí)現(xiàn)保護(hù)宿主高壓設(shè)備功能的邏輯元件(即測量、控制、保護(hù)等單元)應(yīng)滿足相應(yīng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn);建立包含電網(wǎng)實(shí)時(shí)同步運(yùn)行信息、保護(hù)信息、設(shè)備狀態(tài)、電能質(zhì)量等各類數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化信息模型，滿足基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的完整性及一致性的要求。其采集的變電站數(shù)據(jù)不僅包含實(shí)時(shí)穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，還要有信息模型、設(shè)備在線監(jiān)測、視頻等數(shù)據(jù)。

智能變電站是比數(shù)字化變電站更先進(jìn)的應(yīng)用，智能變電站的重要特征體現(xiàn)為“智能性”，即設(shè)備智能化與高級(jí)智能應(yīng)用的綜合。

2 智能變電站技術(shù)特點(diǎn)

2.1 智能變電站體系結(jié)構(gòu)

智能變電站系統(tǒng)分為3層：過程層、間隔層、站控層，如圖1所示。過程層包含由一次設(shè)備和智能組件構(gòu)成的智能設(shè)備、合并單元和智能終端，完成變電站電能分配、變換、傳輸及其測量、控制、保護(hù)、計(jì)量、狀態(tài)監(jiān)測等相關(guān)功能。根據(jù)國網(wǎng)相關(guān)導(dǎo)則、規(guī)范的要求，保護(hù)應(yīng)直接采樣，對(duì)于單間隔的保護(hù)應(yīng)直接跳閘，涉及多間隔的保護(hù)(母線保護(hù))宜直接跳閘。

智能組件是靈活配置的物理設(shè)備，可包含測量單元、控制單元、保護(hù)單元、計(jì)量單元、狀態(tài)監(jiān)測單元中的一個(gè)或幾個(gè)。

間隔層設(shè)備一般指繼電保護(hù)裝置、測控裝置、故障錄波等二次設(shè)備，實(shí)現(xiàn)使用一個(gè)間隔的數(shù)據(jù)并且作用于該問隔一次設(shè)備的功能，即與各種遠(yuǎn)方輸入/輸出、智能傳感器和控制器通信。

站控層包含自動(dòng)化系統(tǒng)、站域控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、對(duì)時(shí)系統(tǒng)等子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)面向全站或一個(gè)以上～次設(shè)備的測量和控制功能，完成數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制(SCA—DA)、操作閉鎖以及同步相量采集、電能量采集、保護(hù)信息管理等相關(guān)功能。

站控層功能應(yīng)高度集成，可在一臺(tái)計(jì)算機(jī)或嵌入式裝置實(shí)現(xiàn)，也可分布在多臺(tái)計(jì)算機(jī)或嵌入式裝置中。

2.2 智能一次設(shè)備

高壓設(shè)備是電網(wǎng)的基本單元，高壓設(shè)備智能化(或稱智能設(shè)備)是智能電網(wǎng)的重要組成部分，也是區(qū)別傳統(tǒng)電網(wǎng)的主要標(biāo)志之一。利用傳感器對(duì)關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備可觀測、可控制和自動(dòng)化是智能設(shè)備的核心任務(wù)和目標(biāo)?！陡邏洪_關(guān)設(shè)備智能化技術(shù)條件》、《油浸式電力變壓器智能化技術(shù)條件》對(duì)～次設(shè)備智能化做了相關(guān)規(guī)定。在滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的情況下，可進(jìn)行功能一體化設(shè)計(jì)，包括以下三個(gè)方面：① 將傳感器或/,u執(zhí)行器與高壓設(shè)備或其部件進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，以達(dá)到特定的監(jiān)測或/,u控制目的;② 將互感器與變壓器、斷路器等高壓設(shè)備進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，以減少變電站占地面積;③ 在智能組件中，將相關(guān)測量、控制、計(jì)量、監(jiān)測、保護(hù)進(jìn)行一體化融合設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)一、二次設(shè)備的融合。

2-3 智能設(shè)備與順序控制

實(shí)現(xiàn)智能化的高壓設(shè)備操作宜采用順序控制，滿足無人值班及區(qū)域監(jiān)控中心站管理模式的要求;可接收?qǐng)?zhí)行監(jiān)控中心、調(diào)度中心和當(dāng)?shù)睾笈_(tái)系統(tǒng)發(fā)出的控制指令，經(jīng)安全校核正確后自動(dòng)完成符合相關(guān)運(yùn)行方式變化要求的設(shè)備控制，即應(yīng)能自動(dòng)生成不同的主接線和不同的運(yùn)行方式下的典型操作票; 自動(dòng)投退保護(hù)軟壓板;當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)緊急缺陷時(shí)，具備急停功能。

2.4智能變電站應(yīng)實(shí)現(xiàn)的高級(jí)功能

智能變電站戍實(shí)現(xiàn)的高級(jí)應(yīng)用功能包括：設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、基于多信息融合技術(shù)的綜合故障診斷、防誤功能擴(kuò)展應(yīng)用、智能告警及事故信息綜合分析決策、智能操作票系統(tǒng)等。

2.4.1 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測

智能變電站設(shè)備實(shí)現(xiàn)廣泛的在線監(jiān)測，使設(shè)備狀態(tài)檢修更加科學(xué)可行。在智能變電站中，可以有效地獲取電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)、各種智能電子裝置的故障和動(dòng)作信息及信號(hào)同路狀態(tài);智能變電站中二次設(shè)備狀態(tài)特征量__的采集上減少了盲區(qū)。但就目前的在線監(jiān)測發(fā)展水平來看，尚不具備實(shí)現(xiàn)囊括所有設(shè)備在內(nèi)的全面在線監(jiān)測的可能性，對(duì)變電站內(nèi)主要一次設(shè)備采取有針對(duì)性的在線監(jiān)測技術(shù)可取得較好的投資效益。對(duì)主變、HGIS/GIS、避雷器等設(shè)備實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測，監(jiān)測的參量為主變油色譜、HGIS/GISSF6氣體微水和局部放電、避雷器泄漏電流、次數(shù)等。

信息融合又稱數(shù)據(jù)融合，是對(duì)多種信息的獲取、表示及其內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行綜合處理和優(yōu)化的技術(shù)。多信息融合技術(shù)從多信息的視角進(jìn)行處理及綜合，得到各種信息的內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律，從而剔除無用的和錯(cuò)誤的信息，保留正確的和有用的成分，最終實(shí)現(xiàn)信息的優(yōu)化。它也為智能信息處理技術(shù)的研究提供了新的觀念。

狀態(tài)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)是一套變電站設(shè)備綜合故障診斷系統(tǒng)依據(jù)獲得的被監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)信息，采用基于多信息融合技術(shù)的綜合故障診斷模型，結(jié)合被監(jiān)測設(shè)備的結(jié)構(gòu)特性和參數(shù)、運(yùn)行歷史狀態(tài)記錄以及環(huán)境因素，對(duì)被監(jiān)測設(shè)備工作狀態(tài)和剩余壽命做出評(píng)估。

2.4.2 防誤功能擴(kuò)展應(yīng)用

智能變電站主要采用了以下防誤閉鎖的關(guān)鍵技術(shù)：

(1)相對(duì)于常規(guī)變電站的防誤閉鎖，智能變電站增加了監(jiān)控中心層面的防誤閉鎖邏輯。

(2)順序控制操作方式，所謂順序控制是指通過監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)下達(dá)操作任務(wù)，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)獨(dú)立地按順序分步驟地實(shí)現(xiàn)操作任務(wù)。全站所有隔離開關(guān)、接地開關(guān)防誤操作方式為：遠(yuǎn)、近控均采用邏輯防誤加本間隔電氣節(jié)點(diǎn)防誤。其中邏輯防誤通過GOOSE傳輸機(jī)制實(shí)現(xiàn)，取消常規(guī)HGIS和GIS跨間隔電氣節(jié)點(diǎn)閉鎖回路，通過GOOSE信息實(shí)現(xiàn)跨間隔操作的閉鎖。

2.4.3智能告警及事故信息綜合分析決策

智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)上安裝有智能告警及事故信息綜合分析決策系統(tǒng)51，對(duì)信號(hào)進(jìn)行分類顯示處理，提取故障報(bào)警信息，輔助故障判斷及處理(見圖3)。根據(jù)變電站邏輯和推理模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)告警信息的分類和信號(hào)過濾，對(duì)變電站的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)分析和推理，自動(dòng)報(bào)告變電站異常并提出故障處理指導(dǎo)意見，為主站提供智能告警，也為主站分析決策提供事件信息。

系統(tǒng)應(yīng)可以根據(jù)告警信號(hào)重要性，將每個(gè)告警信號(hào)進(jìn)行定義，標(biāo)注重要等級(jí)，以實(shí)現(xiàn)告警信息可按分類分頁顯告警實(shí)時(shí)顯示窗口可由多個(gè)頁面組成：時(shí)序信息、提示信息、告警信息、事故及變位信息、檢修信息、未復(fù)歸告警信息。另外，告警信息可按廠站或間隔進(jìn)行過濾，即只顯示某個(gè)廠站或間隔的信息。

2.4.4 智能操作票系統(tǒng)

智能操作票系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)包含順序控制軟件和五防聯(lián)閉鎖軟件的功能。智能操作票系統(tǒng)可以充分利用平臺(tái)提供的各項(xiàng)功能以及服務(wù)，共享實(shí)時(shí)SCADA模型及圖形，保護(hù)模型，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)態(tài)和模擬態(tài)數(shù)據(jù)可靠隔離，保證了整個(gè)過程的安全、實(shí)時(shí)、可靠。系統(tǒng)基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕泳€模型識(shí)別，開票規(guī)則的用戶自定制，操作票的智能推理，業(yè)務(wù)表單的自由定制，多種開票方式的靈活切換，操作票生命周期的全過程管理;采用徹底的圖票一體化技術(shù)，即圖中開票、票中執(zhí)行，提高了操作票整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)生命周期的可視性以及直觀性;嚴(yán)格地基于系統(tǒng)拓?fù)湮宸赖男ｒ?yàn)機(jī)制以及完善的權(quán)限管理機(jī)制。保證整個(gè)過程的安全、實(shí)時(shí)、可靠。

2.4.5 電壓無功自動(dòng)分析控制

電壓無功控制系統(tǒng)將區(qū)域子系統(tǒng)電壓控制作為第二級(jí)控制，以子系統(tǒng)的電壓合格、經(jīng)濟(jì)和最少操作次數(shù)為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)內(nèi)上下級(jí)變電站之間的智能協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)內(nèi)各變電站之間的智能協(xié)調(diào)控制。無功電壓自動(dòng)控制系統(tǒng)首先從調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，送入電壓分析模塊和無功分析模塊進(jìn)行綜合分析，形成變電所主變分接頭調(diào)節(jié)指令、變電所電容器投切指令、多主變經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指令，交由調(diào)度中心或集控中心控制系統(tǒng)執(zhí)行。

3 智能變電站運(yùn)行管理中的幾點(diǎn)思考

當(dāng)前電力系統(tǒng)中相當(dāng)一部分的變電站還是實(shí)行有人值班、設(shè)備定期檢修的模式。智能變電站的建設(shè)與發(fā)展無疑給廣大從事電力設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、檢修、運(yùn)行人員帶來挑戰(zhàn)。變電站安全運(yùn)行將直接影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性，為確保其安全運(yùn)行，應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮：

(1)智能變電站設(shè)備檢修，應(yīng)能依托順序控制及工作票自動(dòng)管理系統(tǒng)， 自動(dòng)生成設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的安全措施卡，指導(dǎo)檢修設(shè)備進(jìn)行可靠、有效的安全隔離。

(2)工作票自動(dòng)管理系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)系統(tǒng)方式的安排和調(diào)度員的指令，自動(dòng)生成相關(guān)內(nèi)容和步驟，并能與順序控制步驟進(jìn)行自校核和自監(jiān)控。

(3)通過在線監(jiān)測和實(shí)時(shí)分析診斷等技術(shù)，能對(duì)站內(nèi)主要設(shè)備健康狀況進(jìn)行監(jiān)測。建立站內(nèi)全景數(shù)據(jù)的統(tǒng)一信息平臺(tái)，供系統(tǒng)層各高級(jí)應(yīng)用子系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的數(shù)據(jù)存取訪問及向調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行上送。其中，信息一體化平臺(tái)作為未來變電站的信息出口，可用于變電站的監(jiān)視與控制，安裝于安全一區(qū);為了確保變電站的安全性要求，信息一體化平臺(tái)獨(dú)立于目前的監(jiān)控系統(tǒng)，其實(shí)施不影響站內(nèi)設(shè)備正常的運(yùn)行和控制。

(4)明確智能輔助控制系統(tǒng)的功能，研究相關(guān)實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

4 結(jié)語

《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》及相關(guān)規(guī)范的出臺(tái)，將為智能變電站建設(shè)與在運(yùn)變電站智能化改造提供指導(dǎo)和規(guī)范。智能變電站是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)和支撐，是變電站建設(shè)的發(fā)展方向。本文闡述了智能變電站與數(shù)字化變電站的區(qū)別，揭示了智能變電站的技術(shù)特點(diǎn)，重點(diǎn)研究了智能變電站對(duì)應(yīng)的高級(jí)應(yīng)用功能。針對(duì)智能變電站的運(yùn)行維護(hù)及應(yīng)急事故處理特點(diǎn)，提出了幾點(diǎn)建議。