智能電網:即插即用不可行數字化、信息化是根本——專訪西安高壓電器研究所游一民博士

文／本刊記者 賈常艷 王思童

游一民:中國著名高壓電器研究專家，教授級高級工程師。1984年畢業于西北大學物理系，后在西安高壓電器研究所從事試驗及電弧研究工作，1987年進入西安交通大學攻讀碩士學位，1990年分配到西安高壓電器研究所從事產品開發工作，2003年獲得西安交通大學博士學位。現任西安高壓電器研究所副總工程師，研發中心主任。

游一民語錄:

數字化、信息化一定是未來智能電網發展的重點。目前，每個國家對智能電網的側重點各不相同。

電器工業:您認為未來智能電網的發展模式是怎樣的？而在“智能電網”建設過程中，中國和發達國家在智能設備的建設上側重點有哪些不同？

游一民:數字化、信息化一定是未來智能電網發展的重點。目前，每個國家對智能電網的側重點各不相同:

美國主要是為了擺脫對歐洲石油資源的依賴，解決電網設備的老化，應對電力用戶的需求。一方面美國人均碳排放量居于世界前列，另一方面，美國是世界上重要的能源消耗大國和世界最大的石油進口國，從美國自身能源安全和環保的角度出發，需要大力推動新能源。此外，美國啟動新能源是想再造能源產業革命，特別是09年經濟危機之后。另外，美國的電網比較老化，此舉也是為了解決日益老化的電網設備和用戶對供電可靠性及電能質量要求日益提高的矛盾，保障電網在災害中的恢復能力，防止恐怖分子的襲擊，降低出現人為失誤和其他風險的幾率。最后，美國想把信息化、數字化應用到智能電網中。同時我也認為未來智能電網的發展模式最主要的就是數字化和信息化。

歐洲是為了滿足更加高效、靈活、環保、建設跨歐電力市場等需求。歐洲各國的能源政策更加強調對環境的保護和可再生能源發展，尤其鼓勵風能、太陽能、生物能等可再生能源的發展。歐盟和相關國家的政策比美國更加鼓勵支持、提倡低碳發電、可再生能源電力和高效的能源利用方式，減少碳化物的排放，保護環境。來自開放電力市場的競爭壓力要求提升用戶的滿意度，提高運營效率，降低電力價格，加強與客戶的互動，把電網建設成運營商和用戶互動的服務網。歐洲用戶也對供電可靠性和電能質量提出了更高的需求。現代新技術的驅動也使得歐洲發展智能電網。

中國對智能電網提的雜而多。發展智能電網主要是由于能源資源分布不均，負荷快速增長，此外，電源結構主要是以煤為主，調節能力不足，而且節能減排已經成為關注的重點。減小碳排放，保護環境，接納風電等大規模可再生能源。滿足快速增長的負荷需求，加快電網的建設和改造。加大電網，特別是配電網的投入。建設西電東送通道，加強電網跨區互聯，解決調峰能力不足問題。提高供電可靠性和電能質量。所以我認為中國現在也是可再生能源的策略問題和滿足快速增長的負荷要求。目前電網是最保守的行業，所以未來的發展空間一定很大。

電器工業:剛才您講到不同國家對發展智能電網的側重點不同，那么在建設智能電網時選擇電力設備方向上中國跟其他國家有何不同？

游一民:整個智能電網都是一個概念，具體設備目前還處在建設階段，美國、歐洲現在一些公司比如ABB，歐瑪嘉寶等已經開始這樣的嘗試。剛才提到的數字化、信息化以及一些傳感技術已經開始應用于開關設備。ABB 在VD4的基礎上生產了eVD4，歐瑪嘉寶也生產了一款，主要是智能單元的下放，就地下放到設備里，替代原來機械設備里一些硬單元，還有數字化、信息化以及傳感技術的應用，特別是傳感技術。我覺得將來的設備肯定是朝這個方向發展的。剛才提到的幾個中壓設備，高壓設備的發展也沒有那么快。高壓產品方面，主要介紹6271-3的標準下的一個產品，就是將所有控制模塊下放到機構，從機構側開始用數字化信息。《國家電網公司2011年新建變電站設計補充規定》中也提到這一點，減少斷路器、刀閘輔助接點、輔助繼電器數量。最好是斷路器取消控制箱，斷路器操作箱控制回路可與本體分合閘控制回路一體化融合設計，取消一些冗余的二次回路，提高斷路器的控制機構的工作可靠性，這應該是今后的發展方向，6271-3標準也明確了它的發展模式。

電器工業:請您介紹一下中國在發展智能變電站的核心、重點環節及現階段需要突破的難點技術？

游一民:智能變電站采用先進、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。智能變電站有三部分:一個是變電站的數字化和信息化，一個是智能一次設備，還有一個是高級應用。高級應用是個錦上添花的事情，而真正的關鍵的比較難的核心部分還是智能一次設備，主要還是現在一些裝置的可靠性和一些廠家還存在一些問題。比如現在一些電子式互感器的可靠性問題還比較多。此類可靠性出現的問題主要是抗環境能力。實現可靠性抗環境能力的重點主要是裝置的設計和制造。因為原來的控制單元主要是控制，現在下放到產品后，一次側的環境要比原來惡劣。目前智能變電站的問題比較多，所以應該有個比較慢的推進過程，需要更多的改進。

電器工業:智能電網要想取得突破性的發展，國家在政策方面應給予怎樣的支持？

游一民:目前國家在系統方面給予較多政策支持，實際上我們的差距還是在裝備上，而設備和裝置才是系統的核心。我國的產品和國際大公司的產品確實存在很大的差異，包括研發和制造，不僅僅是制造，研發上也有很大的距離，目前研發還處于跟著別人走階段，缺乏自主創新的水平，所以我覺得國家應該在裝置和裝備的創新上多投入一些。我覺得對于這種傳統產品換一種模式來投入或許會有好的效果。目前國內在控制保護這塊做的比較好，絲毫不亞于國外。南瑞、南自、四方這三家在控制保護方面占了整個市場的70%左右，這主要是國內的控制保護資料過關，服務比較好，比較靈活，價格還不高，所以國外很難打進中國市場。但是一次設備的制造不行，像開關變壓器等還是和國外有差距的。

電器工業:如何提升智能電力設備的國產化競爭力，應該從哪些方面入手？

游一民:首先，毋庸置疑是從數字化和智能化。其次，是提高產品的可靠性。再次，就是產品的可視化方面。個人認為可視化中壓產品中的應用還是很有限的，中壓產品本身可靠性比較高，價格比較便宜，把太復雜的東在西裝進去就有點頭重腳輕了。所以在可視方面，不同的產品持不同的觀點。

電器工業:智能電網的發展將帶來一、二次設備體系的融合，這將打破現有設備制造企業的市場格局，您認為將會帶來什么樣的新局面？

游一民:智能電網使一次和二次設備的融合。一次設備升級為智能電力設備，二次設備升級為智能控制單元，這肯定是革命性的變化，它使一次和二次設備質檢沒有明顯的界限。未來的一次設備里含有二次設備，二次設備的功能轉移到一次設備中，融合為更為集成化的單元，一次和二次設備間也存在相互制約相互影響的關系。傳統的一次和二次設備直接相互孤立相互分離的研發和制造格局將被打破，這就意味著整個設備制造的市場格局將被打破。目前，我感覺一次和二次設備太過分離，這和我們之前的產業布局是相關的，像ABB、西門子等公司有一次與二次融合的設備，國內的產品都是分離的。這種分割的模式肯定是不合理的，將來肯定會被打破。現在許多一次和二次設備的企業都在互相兼并。例如，南自和ABB就有合作的意向，將ABB的一次設備與南自二次相融合。據我所接觸的，一次設備和二次設備的設計理念，差距很大，相互融合具有一定的難度。一體化設計肯定是融合的概念，所以將來一、二次的企業要進行深層次的融合，或者是兼并、重組的過程。一次、二次設備是一個互動的，相互制約相互影響的關系。將來要做成一種“你中有我，我中有你”的設備，現在智能一次設備運行都做不到這一點，所以需要多次的調試，主要就是一、二次設備分離所造成的。

電器工業:您覺得現在二次設備將發展成可即插即用的插件的構想可能實現嗎？

游一民:就個人而言，不認同這個設想。因為一次、二次設備是分不開的，就像汽車的方向盤和輪子一樣。一次、二次設備應該是一個融合，一定是要融合設計了才能成就一個完美的產品。就像前面談到的二次元件都要放到機構里，這怎么即插即用？這種構想可能是從用戶的角度出發，就像以前開關和開關柜都是買兩家的，但是這種配合將來肯定會出現各種各樣的問題。互感器本體和他的保護MU的合并單元根本不可能分開，這二者要放到一起調試才稱其為一個產品，而且每家的都不能通用。即插即用必然是一個孤立的分離的設計，而不是融合。現在中壓已經很明顯，一個機構箱的智能模塊代替了原來的輔助開關、一些硬接點，一些繼電器等控制原件，而且和面板等融合設計，形成一個非常漂亮的機構箱，而即插即用沒有辦法實現這一點。

電器工業:能結合具體的例子，談一下2011年新建變電站設計如何實現實用性和經濟性相結合？

游一民:在《國家電網公司2011年新建變電站設計補充規定》中明確指出:110kV及以上電壓等級可采用電子式可感器，也可采用常規可感器，我覺得應該根據不同的產品而定。66kV及以下電壓等級若采用戶內開關柜保護測控下放布置時，宜采用常規互感器，我覺得這也不是絕對的，可根據產品的情況來確定。若采用戶外敞開配電裝置保護測控布置時，可采用常規可感器，也可采用電子互感器。宜取消就地跨間隔橫向電氣聯閉鎖節線，減少斷路器、刀閘輔助接點、輔助繼電器數量。當設備具備條件時，斷路器操作箱控制回路可與本體分合閘控制回路一體化融合設計，取消冗余二次回路，提高斷路器控制機構工作可靠性。合并單元、智能終端硬件進行整合，對于110kV變電站，可將線路保護，測控單元等整合，體現了集成化、先進性的概念。實際上，現在電子式互感器的成本要高于傳統互感器，主要是因為它含有一些電子器件，但將來它的硬成本肯定是低于傳統互感器，而且占用空間小，這種互感器肯定是發展方向。現在電子互感器包含很多技術，將來隨著技術的推進，價格自然會降低。電子式互感器本身體積小，占用的資源較少，用的鐵芯、線圈（銅和鐵）都很少，而且以后電子的元件會是越來越便宜的，銅和鐵是越來越貴的，這個趨勢是肯定的。所以將來電子互感器的價格肯定會下降，這一定是發展方向。

還有就是我剛說到的把斷路器操作箱的回路和本體的分合閘回路一體化融合設計，就是要把控制單元下放到機構里，這主要是體現了集成化和先進性的概念。比如110kV的站有些可以把合并單元、智能終端以及測控保護等整個硬件都整合，這樣一路電源就夠了。GIS局放量的測量采用預埋傳感器的模式，采用便攜式局放測量儀器進行測量，體現了經濟性。這樣一個站只需要一個測量儀器，本身預埋式傳感器成本不高，局放的變化量在通常情況下是不壞的，比如中壓開關柜局放超標一年以后才會把絕緣、銅等慢慢的腐蝕掉，這種情況就不一定要實時的去監測，可能只需要一個月拿便攜式的傳感器測一次，我覺得這也是國網實現實用性和經濟性的方法，而且還不失去可靠性。2011年新建的幾個站基本上都是這種模式。機械特性基本上都裝了，它相對于局放價格便宜一些。機械特性需要開關動作才能測量，那么就裝在線，只要動作就能測到數據，而局放可以不動作，只要變電站運行，隨時可以監測，這樣就可以用便攜式而不用在線監測。

電器工業:輸電網相對來說穩定，而配電網就復雜的多，所以發展智能電網應更多的關注配電網，這個說法您贊同嗎？

游一民:將來智能電網要在國內解決幾個問題:一是可再生能源的接入問題，二是電網本身利用效率低的問題。而可再生能源的接入和用戶都是在配網側，所以只輸電而不做配網是沒有用的。智能配網是比較大比較復雜的一塊，相對來說要難做一些。以前一直在探討沒有一好的標準和模式，我覺得最主要的是沒有一個好的產品。近期，行業內很多人將一些精力投入到配網智能化方面，在配網的產品方面下功夫。從配網的系統方面講，這是關注的重點，我想這方面是會有一些突破。設備上就是融合一體，把產品做的簡潔可靠方便，讓人用著好用。配網剛開始做，實施的不是很多，還處在討論階段，但前景廣闊；就配網設備廠商來講，水平良莠不齊，這樣會導致較多問題的出現，需要不斷地探索和改進；從標準層面講，配網的應用比較少，所以還沒有上升到一定的標準，還沒有形成一定的體系去指導應用。配網本身比較復雜，很難形成標準。現在主要是講配網的自愈能力，切除故障等，這個難度比較大，難度主要體現在網絡重構。