智能化變電站建設(shè)（專業(yè)論文）

摘要：智能化變電站可認(rèn)為是采用先進(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(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測(cè)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。

一、概述

近年來(lái)，智能電網(wǎng)的發(fā)展逐漸成為我電力系統(tǒng)行業(yè)發(fā)展的帶頭龍。為促進(jìn)電網(wǎng)的發(fā)展，我國(guó)家電網(wǎng)提出以下發(fā)展戰(zhàn)略：一個(gè)目標(biāo)，以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng);兩條主線，技術(shù)上實(shí)現(xiàn)信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化管理上實(shí)現(xiàn)集團(tuán)化、集約化、精益化、標(biāo)準(zhǔn)化;三個(gè)階段，2009-2010年： 規(guī)劃試點(diǎn)階段，2011-2015年： 全面建設(shè)階段，2016-2020年： 引領(lǐng)提升階段;四個(gè)體系，電網(wǎng)基礎(chǔ)體系 技術(shù)支撐體系，智能應(yīng)用體系 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系;五個(gè)內(nèi)涵，堅(jiān)強(qiáng)可靠、經(jīng)濟(jì)高效、清潔環(huán)保、透明開(kāi)放、友好互動(dòng);六個(gè)環(huán)節(jié)，發(fā)電輸電 變電 配電 用電 調(diào)度。

智能電網(wǎng)正是今年來(lái)發(fā)展下的必然產(chǎn)物，智能電網(wǎng)的建設(shè)思路：“三統(tǒng)一”原則，統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一建設(shè)。工作方針：統(tǒng)籌規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、試點(diǎn)先行、整體推進(jìn)。

二、建設(shè)原則

2.1充分體現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計(jì)理念

2.11一次設(shè)備智能化和二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化。

2.12使變電站的整體設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行成本降低 。

2.2一次設(shè)備智能化主要體現(xiàn)在電子式互感器和智能斷路器的應(yīng)用

2.21有效地減少變電站占地面積和電磁式CT飽和問(wèn)題。

2.22應(yīng)用合并器解決數(shù)據(jù)采集設(shè)備重復(fù)投資問(wèn)題。

2.23利用網(wǎng)絡(luò)替代二次電纜，有效解決二次電纜交直流串?dāng)_問(wèn)題，并簡(jiǎn)化了施工。

2.24敞開(kāi)式斷路器：滅弧能量I2t監(jiān)測(cè)、隔離刀閘測(cè)溫、在線五防聯(lián)鎖

2.25主變狀態(tài)監(jiān)測(cè)

2.3二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化主要體現(xiàn)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的三層兩網(wǎng)

2.31站控層、間隔層、過(guò)程層

2.32站控層和間隔層以基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)互操作為重心，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

2.33過(guò)程層以可靠性和穩(wěn)定性為首要設(shè)計(jì)原則。

2.4高級(jí)應(yīng)用：集約化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的自動(dòng)化功能

2.41保護(hù)測(cè)控集成優(yōu)化

2.42在線式一體化五防

2.43程序化控制與系統(tǒng)聯(lián)鎖

2.44設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)及檢修

2.45事故異常專家分析系統(tǒng)

2.46智能檢測(cè)及控制(物聯(lián)網(wǎng))

2.47無(wú)人巡視支撐平臺(tái)

三、智能變電站技術(shù)原則

3.1智能變電站智能設(shè)備

3.11具有信息數(shù)字化、功能集成化、結(jié)構(gòu)緊湊化、狀態(tài)可視化等主要技術(shù)特征

3.12符合易擴(kuò)展、易升級(jí)、易改造、易維護(hù)的工業(yè)化應(yīng)用要求

3.2智能變電站的設(shè)計(jì)及建設(shè)

3.21應(yīng)按照DL/T 1092三道防線要求

3.22滿足 DL/T 755三級(jí)安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)

3.23滿足GB/T 14285繼電保護(hù)選擇性速動(dòng)性、靈敏性、可靠性的要求。

3.3智能變電站的測(cè)量、控制、保護(hù)等裝置應(yīng)滿足GB/T 14285、DL/T 769、DL/T 478、GB/T 13729的相關(guān)要求，后臺(tái)監(jiān)控功能應(yīng)參考DL/T 5149的相關(guān)要求。

3.4智能變電站的通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)應(yīng)符合DL/T 860標(biāo)準(zhǔn)。

四、智能變電站在當(dāng)今電網(wǎng)生存的優(yōu)勢(shì)

智能變電站是智能電網(wǎng)的重要內(nèi)容，變電領(lǐng)域的發(fā)展重點(diǎn)是智能變電站，智能變電站對(duì)智能電網(wǎng)的建設(shè)將起到先驅(qū)作用。

智能變電站的主要優(yōu)勢(shì)：

• 光纖代替電纜，設(shè)計(jì)安裝調(diào)試都變得簡(jiǎn)單

• 模擬量輸入回路和開(kāi)關(guān)量輸入輸出回路都被通信網(wǎng)絡(luò)所取代，二次設(shè)備硬件系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化

• 統(tǒng)一的信息模型，避免了規(guī)約轉(zhuǎn)換，信息可以充分共享

• 可觀測(cè)性和可控性增強(qiáng)，產(chǎn)生新型應(yīng)用：如狀態(tài)監(jiān)測(cè)、站域保護(hù)控制

主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：引進(jìn)了電子式互感器、合并單元智能終端、交換機(jī)等新裝置;采用了IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)、IEEE 1588新標(biāo);其中繼電保護(hù)系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)新體系結(jié);同時(shí)研發(fā)了一些新功能。

而智能變電站本質(zhì)優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：過(guò)程設(shè)備數(shù)字化，主要為電子式互感器/合并單、智能終;信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)化，主要為IEC 61850標(biāo)及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。

五、電子式互感器/合并單元，智能終端

5.1電子式互感器/合并單元：

5.1.1傳統(tǒng)電磁式互感器的缺點(diǎn)：絕緣問(wèn)題：絕緣困難，含油有爆炸危險(xiǎn)，造價(jià)高;測(cè)量準(zhǔn)確問(wèn)題：含鐵芯，具有非線性特性，存在飽和問(wèn)題，不能反映系統(tǒng)故障時(shí)非周期性分量;頻帶響應(yīng)特性較差，頻帶窄;信號(hào)輸出問(wèn)題：模擬電信號(hào)(1A/5A，100V/57.7V);運(yùn)行安全問(wèn)題：電壓互感器不能短路，電流互感器不能開(kāi)路，電壓互感器存在鐵磁諧振問(wèn)題。

5.1.2電子式互感器/合并單元主要技術(shù)參數(shù)

•傳感原理的變化：變壓器原理 VS 光學(xué)原理等

•有源：強(qiáng)電/弱電變換，高壓側(cè)需要電源

•無(wú)源：電/光變換，高壓側(cè)無(wú)需電源

•電子式互感器的配置：線路EVT可按三相配置

•合并單元的作用：采集、同步、共享

•合并單元的配置：基本按照互感器組配置

5.2智能終端

5.2.1智能終端的主要功能：一次設(shè)備的數(shù)字接口：

1)接收保護(hù)動(dòng)作信息/分合閘信號(hào)/控制信接收各種對(duì)一次設(shè)備的操作命令。

2)上傳開(kāi)關(guān)刀閘位置信號(hào)

5.2.2智能終端應(yīng)具備的附加功能

• 智能控制功能

– 系統(tǒng)故障時(shí)快速開(kāi)斷，其它情況低速開(kāi)斷，提高壽命

– 選相分閘：各相在各自的電流過(guò)零點(diǎn)依次分閘，提高開(kāi)斷能力

– 集成檢同期和自動(dòng)重合閘功能(試探—à自適應(yīng))

• 狀態(tài)監(jiān)視與狀態(tài)檢修

– 跳閘回路的完好性，彈簧儲(chǔ)能，氣體壓力，線圈監(jiān)視等

– 狀態(tài)評(píng)估/故障預(yù)報(bào)/檢修計(jì)劃

六、IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)

6.1 IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)

IEC61850是國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)TC57工作組制定的《變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)》系列標(biāo)準(zhǔn)，是基于網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)唯一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。IEC61850規(guī)范了數(shù)據(jù)的命名、數(shù)據(jù)定義、設(shè)備行為、設(shè)備的自描述特征和通用配置語(yǔ)言，使不同智能電氣設(shè)備間的信息共享和互操作成為可能。不僅規(guī)范保護(hù)測(cè)控裝置的模型和通信接口，而且還定義了電子式CT、PT、智能化開(kāi)關(guān)等一次設(shè)備的模型和通信接口。

IEC61850不僅僅是一個(gè)單純的通信規(guī)約，而且是數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)了變電站自動(dòng)化的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、工程、維護(hù)等各個(gè)領(lǐng)域。IEC61850是國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)TC57工作組制定的《變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)》系列標(biāo)準(zhǔn)，是基于網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)唯一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。IEC61850規(guī)范了數(shù)據(jù)的命名、數(shù)據(jù)定義、設(shè)備行為、設(shè)備的自描述特征和通用配置語(yǔ)言，使不同智能電氣設(shè)備間的信息共享和互操作成為可能。不僅規(guī)范保護(hù)測(cè)控裝置的模型和通信接口，而且還定義了電子式CT、PT、智能化開(kāi)關(guān)等一次設(shè)備的模型和通信接口。

IEC61850不僅僅是一個(gè)單純的通信規(guī)約，而且是數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)了變電站自動(dòng)化的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、工程、維護(hù)等各個(gè)領(lǐng)域。所謂互操作性,即同一廠家或不同廠家的多個(gè)IED要具有交換信息并使用這些信息進(jìn)行協(xié)同操作的能力?；ゲ僮餍跃唧w是指能夠工作在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上或者通信通路上共享信息和命令的能力,這里還有智能電子裝置(IEDS)的互換性,由一個(gè)制造廠的裝置可以用另一個(gè)制造廠的裝置所代替而不用造成改變系統(tǒng)中其他元件。IEC61850標(biāo)準(zhǔn):通過(guò)對(duì)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的對(duì)象統(tǒng)一建模，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)和獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的抽象通信服務(wù)接口，增強(qiáng)了設(shè)備之間的互操作性，可以在不同廠家的設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接，實(shí)現(xiàn)完全互操作。

特點(diǎn)：信息分層(站控層、間隔層、過(guò)程層;面向?qū)ο蠼：托畔⒆晕颐枋觯m應(yīng)開(kāi)放互操作性要求;采用抽象通信服務(wù)接口，適應(yīng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅猛發(fā)展;傳輸采樣測(cè)量值;快速傳輸變化值(GOOSE)

七、總結(jié)

智能化變電站作為變電站的發(fā)展方向，主要解決現(xiàn)有變電站可能存在的以下問(wèn)題：傳統(tǒng)互感器的絕緣、飽和、諧振等;長(zhǎng)距離電纜、屏間電纜;通信標(biāo)準(zhǔn)等。

智能化變電站與傳統(tǒng)變電站相比，主要需對(duì)過(guò)程層和間隔層設(shè)備進(jìn)行升級(jí)，將一次系統(tǒng)的模擬量和開(kāi)關(guān)量就地?cái)?shù)字化，用光纖代替現(xiàn)有的電纜連接，實(shí)現(xiàn)過(guò)程層設(shè)備與間隔層設(shè)備之間的通信。

數(shù)字化建設(shè)的優(yōu)點(diǎn)：

1、IEC61850的應(yīng)用帶來(lái)變電站物理結(jié)構(gòu)和調(diào)試的變化和優(yōu)點(diǎn)：

數(shù)據(jù)的共享通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換完成，解決了傳統(tǒng)變電站智能裝置間難以實(shí)現(xiàn)的信息共享和互操作性; IEC61850標(biāo)準(zhǔn)采用了最新的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，借助于高帶寬、高效率的網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)，改變了過(guò)去按點(diǎn)孤立傳送信息的模式，使信息按對(duì)象整體傳送，不僅使通信更有效率，也使信息更加全面，為變電站實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、信息化奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)網(wǎng)絡(luò)化的通信平臺(tái)簡(jiǎn)化了二次回路的設(shè)計(jì)，減少了二次電纜的使用，使變電站的建設(shè)更經(jīng)濟(jì)，更環(huán)保。

IEC61850解決了過(guò)去變電站內(nèi)、變電站與遠(yuǎn)方調(diào)度中心間存在的多種協(xié)議不一致帶來(lái)的調(diào)試?yán)щy、容易出錯(cuò)、難以維護(hù)的問(wèn)題，為變電站自動(dòng)化系統(tǒng)整體實(shí)現(xiàn)無(wú)縫通信奠定了基礎(chǔ)，采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備之間互操作性好，調(diào)試維護(hù)難度低。

IEC61850標(biāo)準(zhǔn)還通過(guò)了工程配置的標(biāo)準(zhǔn)化，提高工程調(diào)試的安全性、可靠性，可以有效縮短工程調(diào)試的周期。數(shù)字化站系統(tǒng)集成商根據(jù)SSD文件和各廠家ICD文件，通過(guò)SCD配置工具生成變電站的數(shù)據(jù)文件SCD文件，后臺(tái)監(jiān)控支持SSD文件生成一次接線圖和聯(lián)閉鎖關(guān)系，各個(gè)廠家使用SCD文件生成CID文件、GOOSE文本、SMV文本直接下載，不需要二次修改配置，提高了數(shù)字化站實(shí)施的效率和正確率。

2、由于全站取消了所有控制電纜和信號(hào)電纜，代之以光纖，大大節(jié)省了有色金屬并便于施工;

3、由于采用了智能終端和GIS智能控制技術(shù)，節(jié)約了大量的電纜;

由于智能化變電站信息平臺(tái)是開(kāi)放的統(tǒng)一的，可以避免設(shè)備的重復(fù)投入，比如測(cè)量TA、保護(hù)TA、計(jì)量TA、差動(dòng)TA等多組互感器現(xiàn)在只需要一組電子式互感器就可以解決;

4、智能化一次設(shè)備布置緊湊，減少了占地面積;采用智能一次設(shè)備所有功能均可遙控實(shí)現(xiàn)，通信系統(tǒng)傳輸?shù)男畔⒏暾?，通信的可靠性和?shí)時(shí)性都大幅度提高;

5、智能化變電站安裝調(diào)試簡(jiǎn)便，大大縮短了建設(shè)周期;數(shù)字化變電站非常方便實(shí)現(xiàn)設(shè)備在線檢測(cè)，為實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修創(chuàng)造了條件，它將大大提高了設(shè)備的使用效率，縮短停電時(shí)間，帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

【1】國(guó)家電網(wǎng)公司2011年新建變電站設(shè)計(jì)補(bǔ)充規(guī)定的通知.2011，(3)

【2】國(guó)家電網(wǎng)科〔2010〕530號(hào)(關(guān)于印發(fā)《智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范》的通知).

【3】國(guó)網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW383-2009《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》