35 kV智能變電站的集成化建設模式

宋祺鵬，盛萬興，王金宇，王金麗，楊紅磊

(中國電力科學研究院，北京市，100192)

0 引言

作為智能電網的基礎，變電站是電網基礎運行數據的采集源頭和命令執行單元，是智能電網建設的重要環節之一［1-3］。目前國內變電環節存在常規變電站和數字化變電站2大建設模式［4］。常規變電站存在采集資源重復、多套系統、廠站設計、調試復雜、互操作性差、標準化規范化不足等問題。近年來，基于智能化一次設備、網絡化二次設備的融合已成為變電站未來發展趨勢，涵蓋站控層、間隔層和過程層領域的全新變電站自動化標準——IEC 61850促進了“數字化變電站”的發展［5］。目前，國內在數字化變電站建設方面具有大量實踐經驗，已有200多座數字化變電站投入運行，但存在缺乏相關標準規范、過程層設備穩定性、可靠性有待驗證、缺乏相關評估體系和手段等問題，影響著變電站生產運行的效率，不利于電網安全運行水平的進一步提高。

一方面，風電、光伏等新能源電力陸續接入系統，電網對系統的安全穩定性要求更高，對作為智能電網支撐節點的變電站也提出了新的要求，如:優化資源配置，智能設備之間的互聯互通，與大用戶、調度、相鄰變電站、電源之間協同互動等。另一方面，變電站自動化領域技術發展很快，計算機信息與通信技術也有很大發展，IEC 61850第2版也即將頒布，這些都為智能變電站建設提供了有力支撐［6］。

根據國家電網科［2010］229號文，Q/GDW393—2009《110(66)kV～220 kV智能變電站設計規范》已成為國家電網公司智能變電站的設計標準，自2010年12月22起實施［7］。但以上技術規范是針對110 kV及其以上電壓等級的電站，作為分布更廣，經濟性要求更高的35 kV智能變電站目前并無設計規范。建造符合智能化要求且經濟性較好的35 kV智能變電站已成為研究的熱點之一。

1 智能變電站的現有建設模式

1.1 智能變電站的功能

智能變電站是采用先進、可靠、集成、低碳、環保的智能設備，以全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監測等基本功能，并可根據需要支持電網實時自動控制、智能調節、在線分析決策、協同互動等高級功能的變電站［8］。目前，國內智能化變電站建設有2種基本模式，即數字化智能變電站典型建設模式和分散分布式智能變電站標準建設模式。

1.2 數字化智能變電站

數字化變電站是由智能化一次設備和網絡化二次設備分層構建，建立在IEC 61850通信規范基礎上，能夠實現變電站內智能電氣設備間信息共享和互操作的變電站。通常它的每個間隔需要多臺設備完成保護測控，功能相互獨立;保護、計量、故障錄波、電能質量分析等功能也相互獨立，雖然部分實現了智能變電站的功能，但它裝置數量多，結構復雜，導致其成本也大幅增加。

1.3 分布分散式智能變電站

分布分散模式是國家電網公司面向110 kV及以上變電站推出的標準模式，如圖1所示。

圖1 國家電網公司智能變電站建設實施導則推薦模式Fig.1 Recommended mode of smart substation construction in SGCC

智能變電站分散分布建設模式的保護基于間隔，采用“直采直跳”方式，采樣數據傳送采用IEC61850-9-2標準，狀態量以通用的面向對象的變電站的事件(generic object-oriented substation event，GOOSE)方式傳輸;站級保護控制采用網絡化數據，設備在線監測位于間隔層。分散分布模式側重于突出保護的重要性，使保護可靠性不依賴于網絡，使整個自動化系統間隔層形成保護測控、自動化2套系統，但該模式綜合造價高，因此更適用于高電壓等級變電站。

2 集成式智能變電站建設模式

現有智能化變電站的建設標準主要針對110 kV及以上變電站。35 kV變電站直接移植高壓變電站經驗存在著不適應性，積極探索更經濟更合理的解決方案已經變得非常重要。

圖2 集成式35 kV智能變電站建設模式Fig.2 Integrated construction mode for 35 kV smart substation

圖2為1種集成式35 kV智能變電站建設模式，該模式仍按照IEC 61850標準的3層設備2層網絡進行設計。在站控層集監控、五防、設備管理為一體，與安防系統、視頻監控、環境監測實現協同管理;在間隔層用2臺主機代替全站保護，同時擴展母差、電壓無功控制(voltage guality control，VQC)、接地選線、計量、備自投、錄波、站域智能后備保護等功能;在過程層用就地智能化裝置代替合并單元、智能終端、狀態檢測組、簡單保護等設備。

2.1 集成式智能站的站控層設備

35 kV變電站站控層設備主要包括:監控主機、對時系統、遠動服務器等設備。監控主機可以單機配置、雙機配置和多功能工作站配置，主要完成變電站運行信息的顯示、控制、歷史信息記錄、報表管理等功能外，還可實現一體化五防管理、故障波形分析、電能質量分析、設備檢修管理等功能;對時系統、遠動服務器可以根據情況集成在站域保護主機內部，完成全站的時鐘管理維護、站內非IEC 61850設備的接入及與調度信息交互;站控層網絡可以單網或雙網設計。

2.2 集成式智能站的間隔層設備

35 kV變電站間隔層設備包括集成站域保護主機和按間隔布置的數字式電能表。集成保護主機在完成全站各間隔保護的同時，實現部分站域智能后備保護、VQC等系統優化控制、全站故障錄波、電能質量監測等功能，是全站控制設備的核心;為了確保安全，采用雙機冗余配置，2臺主機同時并列運行，數據互不干擾，確保運行的獨立性;數字式電能表直接接收網絡的IEC 61850-9-2的數據進行電量累積，并以IEC 61850-8-1的制造報文規范(manufacturing message specification，MMS)映射實現與變電站層設備的信息交換。

2.3 集成式智能站的過程層設備

過程層設備［9］包括就地智能化裝置、狀態監測設備或傳感器，其中狀態監測設備實現一次設備的實時在線健康監測［10］。就地智能化裝置實現智能終端、合并單元及狀態監測的主IED功能。過程層網絡可以采樣值和GOOSE合并組網形成雙網冗余的方式，也可以GOOSE和采樣值獨立組網。同步對時網絡采用光纖點到點方式，時鐘異常后不影響全系統的保護功能。

3 集成式智能變電站建設模式的特點

該建設模式結合35 kV變電站的實際需要對很多設備和功能進行了整合，能夠最大程度的減少設備數量和網絡復雜程度:如在過程層，每間隔配置1臺智能化裝置與一次設備就地連接，二次設備用光纜連接，功能完整接線簡單;在間隔層，站域保護控制功能集成一體化，使變電站的屏體數量大量減少;在站控層，實現了跨領域高度融合、輔助系統協同互動。變電站的智能設備采用統一的軟、硬件平臺，可基于現場編程，可現場靈活調整或增加功能，簡單、快捷、穩定，極大地降低了設備成本、調試成本及培訓成本，同時對于重要設備或網絡采用了雙重冗余配置，確保二次系統的穩定可靠。

該模式采用光纖代替了大量的電纜、采用電子式互感器代替了常規互感器，對設備占地、電纜設計等方面進行了極大的優化，在降低設備成本和施工成本的同時又大幅度改善了變電站的電磁環境，降低了對二次設備的功能及電磁兼容要求，間接降低了二次設備的成本。

4 結語

智能變電站是智能電網的重要組成部分和發展趨勢，35 kV智能化變電站在農網的智能化變配電中起到重要的作用，本文介紹的1種35 kV集成式智能變電站建設模式，通過集成化的手段，實現了智能變電站的功能，增加了變電站的可靠性，降低了變電站的投資，該模式是當前35 kV變電站智能化建設模式可靠、經濟的選擇。

［1］劉貞，殷小虹.智能變電站的實現［J］.科技前沿，2009(11):26.

［2］關杰，白鳳香.淺談智能電網與智能變電站［J］.中國電力教育，2010(21):251-254.

［3］胡學浩.智能電網:未來電網的發展態勢［J］.電網技術，2009，33(14):1-5.

［4］劉嬌，劉斯佳，王剛.智能變電站建設方案的研究［J］.華東電力，2010，38(7):974-976.

［5］郝曉光，何磊，高志強.智能變電站應具有的功能及建設策略分析［J］.河北電力技術，2009，11(28):27-29.

［6］王明俊.智能電網熱點問題探討［J］.電網技術，2009，33(18):9-16.

［7］Q/GDW 393—2009110(66)kV～220 kV智能變電站設計規范［S］.北京:中國電力出版社，2010.

［8］李孟超，王允平，李獻偉，等.智能變電站及技術特點分析［J］.電力系統保護與控制，2010，38(18):59-62.

［9］蘇麟，孫純軍，褚農.智能變電站過程層網絡構建方案研究［J］.電力系統通信，2010，31(7):10-13，19.

［10］張金江，郭創新，曹一家，等.變電站設備狀態監測系統及其IEC模型協調［J］.電力系統自動化，2009，33(20):67-71.