智能變電站技術在上海電網的應用分析

馬 駿，陳文升

（1.上海市電力公司，上海 200122；2.上海電力設計院有限公司，上海 200025）

為了促進經濟社會可持續發展，國家電網公司積極推進堅強智能電網建設。智能變電站是智能電網的核心內容之一，從技術層面上來講，智能變電站也是未來智能電網的基礎節點，是智能電網技術體系中非常重要的分支。因此，智能變電站代表了今后10～20年變電站技術的發展趨勢，也是從事變電站建設和設計的主導方向［1］。

1 智能變電站技術在上海電網的應用回顧

“十五”末期，上海市電力公司完成了科技項目“數字化變電站應用前期研究”的研究工作，針對數字化變電站理論體系、基于IEC 61850標準的變電站通信網絡、數字化一次設備、二次智能裝置、數字化變電站的整體設計方案等關鍵技術進行了系統性的研究，奠定了智能變電站在上海電網應用的理論基礎。

“十一五”期間，上海市電力公司又陸續開展了“全光纖電流互感器技術的研究”、“IEC 61850標準研究”、“節能型數字化蒙自地下變電站示范應用研究”等工作，針對智能變電站技術應用于電力工程實踐的關鍵問題進行了探索。

上海電網從2005年開始應用智能變電站技術，考慮到今后技術應用的發展趨勢，在500kV南橋變電站監控系統改造工程中，較早采用了基于IEC 61850標準的監控系統，同時也有效驗證了面向通用對象的變電站事件（GOOSE）機制的應用，有助于推進變電站自動化的實時性和快速性［2］。

在2007年建設的220kV拜耳變電站工程中，站控層和間隔層的設備，包括自動化和繼電保護裝置等，均基于IEC 61850建模并通信，較早和完整地建成了基于IEC 61850的二次系統。而2010年投運的500kV練塘變電站，是上海電網首座二次系統內全面應用IEC 61850的500kV變電站。

2009年投運的110kV封周變電站是上海電網第一座全數字化變電站，全站設備采用三層（間隔層、過程層和一次設備層）兩網的結構，按照IEC 61850通信并建模。封周變電站在國內首次將光纖電子式電流互感器（OFECT）應用于SF6氣體絕緣組合電器（GIS）設備，過程層功能下放，形成了數字化開關電氣設備的雛形，具備了數字化變電站的基本特征，也代表了當時國內數字化變電站建設的水平［3］。

2009年底投運的110kV蒙自變電站（位于世博園區）不僅采用了數字化變電站技術，還采用了許多符合節能環保和智能電網概念的新技術和新設備，如建筑一體化光伏發電技術（BIPV）［4］；在國內率先采用了冰蓄冷系統、地源熱泵系統、吸附式空調系統聯合運行的空調系統［5］；采用了芯片集成大功率白光LED燈具［5］；采用了先進的靜止無功發生器SVG＋＋設備［6］。因此，110kV蒙自變電站具備了智能變電站先進、可靠、集成、低碳和環保的諸多特征，更加符合智能電網的要求。

2 瀘定智能變電站的技術特點

1983年建成的220kV瀘定變電站位于上海北新涇地區，站內設備均已老化，根據國家電網公司智能變電站建設試點方案，上海市電力公司立項拆除原有配電裝置，在原址新建220kV瀘定智能變電站。

瀘定智能變電站技術主要依據Q／GDW 383—2009《智能變電站技術導則》、Q／GDW 393—2009《110（66）kV—220kV智能變電站設計規范》、Q／GDW 441—2010《智能變電站繼電保護技術規范》。瀘定智能變電站技術方案于2010年7月通過國家電網公司組織的專家評審，目前正在施工調試，預計2011年下半年投運。

瀘定智能變電站在國家電網公司相關技術原則的指導下，力求可靠和先進，不僅代表了上海電網智能變電站的建設和技術水平，也為今后上海電網智能變電站的建設提供了經驗。

2.1 一體化信息平臺及應用功能

瀘定智能變電站站控層采用一體化設計，核心是信息一體化平臺。信息一體化平臺基于統一的標準化建模的數據庫，采用跨平臺技術、通信驅動管理等新技術，構建集保護信號、測控信號、狀態監測、錄波數據、網絡通信、計量、直流輔助系統、環境監測、視頻、安防、環境參量數據于一體的變電站全景數據平臺，分為實時子系統和非實時子系統，如圖1所示。

圖1 站內一體化信息平臺結構示意

在全景數據平臺的基礎上，實現面向智能變電站的智能告警及故障綜合分析決策、全站一鍵式順控、一次設備狀態診斷、負荷優化控制管理等高級應用。

2.2 智能一次設備

瀘定智能變電站一次設備采用智能化設計，按照間隔配置智能組件設備，智能組件包括合并單元、在線檢測數據單元、智能終端等，實現一次設備控制、在線檢測數據、測量等功能的就地智能化處理。全站應用電子式互感器，主變各側和110kV電壓等級采用光學電流互感器（OCT），35kV各間隔采用小模擬量輸出的一體化電子式互感器（ECVT），母線和220kV線路采用分壓原理的電子式電壓互感器（EPT）。

瀘定智能變電站配置在線檢測設備和相關智能組件，主要檢測范圍為主變，220kV GIS，110kV GIS，避雷器等，在線檢測數據通過就地的智能組件（在線檢測數據單元）上送到一體化信息平臺進行分析、處理，在線監測設備的配置如表1所示。

表1 在線監測設備的配置

2.3 全數字化的二次系統

瀘定智能變電站二次系統采用開放式三層分布式系統，由站控層、間隔層和過程層構成。站控層網絡冗余配置；間隔層網絡根據設備配置，站控層和間隔層采用星形網絡；過程層網絡分為采樣值網和面向通用對象的變電站事件（GOOSE）網，相互獨立，主變回路過程層網絡采用冗余配置，110kV過程層網絡單套配置，35kV過程層采用點對點方式，網絡結構如圖2所示。

圖2 主變220kV側間隔、過程層設備配置及網絡結構

瀘定智能變電站按照變電站無人值班相關要求進行設計，變電站自動化系統應實現全站的防誤操作閉鎖功能。主變回路測控功能和保護功能由相互獨立的裝置實現；110kV采用測控、保護合一裝置；35kV采用測控、保護、合并單元、智能終端合一裝置。保護裝置滿足Q／GDW 383—2009的技術要求，采用“直采直跳”的“點對點”方式和合并單元（MU）、智能終端進行采樣值和跳合閘命令的信息交互，采樣值報文采用IEC 61850－9－2格式。

保護故障信息子站設備由計算機監控系統集成；電能表采用支持DL／T 860標準的數字式電能表；采用集中式故障錄波，電壓、電流、保護動作信號等從采樣值網和GOOSE網獲取。全站配置公用的時間同步系統，站控層采用簡單網絡時間協議（SNTP）對時，間隔層和過程層采用IRIG－B格式時間碼（422電平）點對點對時和同步。

2.4 智能輔助設備

瀘定智能變電站采用一體化電源并實現其智能控制，由站用交流配電屏、直流電源（含通信－48V電源）、交流不間斷電源集成為一個系統，統一設計、監控、生產、調試、服務，通過網絡通信、設計優化、系統聯動方法，實現站用電源安全化、網絡智能化設計，力爭效益最大化目標。智能變電站輔助系統實現了輔助子系統的通信與綜合分析決策，能實現客戶自定義的設備聯動，包括現場設備操作聯動、遙視技防、火災消防、門禁、SF6監測、環境監測、報警等相關設備聯動，滿足適應無人值班的要求。

實現通風與空調設備、給排水設施的智能化控制，如圖3所示。

圖3 數字視頻及智能聯動功能示意

3 建議

上海是個國際大都市，為了構建堅強智能電網，順應智能變電站技術的發展趨勢，在技術研究上要適度超前，在具體實施上要穩妥可靠。通過對智能變電站技術的前期研究和示范工程的建設，提出以下建議。

1）電子式互感器原理先進，但是根據各地的試點情況，相比常規互感器經濟性不占優勢，而且設備可靠性有待進一步檢驗，所以建議智能變電站仍以常規互感器為主。

2）一次設備建議采用“本體＋傳感器＋智能組件”形式，智能組件包括智能終端、合并單元、狀態監測IED等；當合并單元、智能終端布置于同一控制柜內時，可進行整合。建議減少刀閘輔助接點和輔助繼電器數量；設備具備優化條件時，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。

3）220kV保護、測控、計量、合并單元、智能終端、過程層交換機，建議就地布置。110kV建議采用優化方案，簡化間隔層設備的配置，采用多功能集成、就地安裝的保護測控合一裝置，并由該設備完成過程層功能，取消過程層設備，間隔層設備布置在GIS匯控柜或就地智能控制柜內。

4）建議對二次設備的功能盡量整合，變電站可不獨立配置故障信息管理系統子站裝置，其功能由監控主機實現；故障錄波及網絡分析記錄功能采用一套設備完成，故障錄波建議采用優化配置，按照雙重化要求配置兩套，不同電壓等級可以接入同一裝置；低周減載、低壓減載建議由線路保護測控多功能合一裝置實現；35kV和10kV電壓等級建議不配置電能表，采用保護、測控、計量多功能合一裝置；可嘗試采用合并單元、智能終端合一設備；GOOSE和危及安全（SV）信息，建議嘗試采用共網方案傳輸。

5）受控站無人值班，建議站內配置計算機監控系統（Ⅰ區和Ⅱ區實時系統）、在線監測及輔助設備監控系統（Ⅲ區和Ⅳ區非實時系統）即可，鑒于變電站內無人值班，建議在控制中心實現一體化信息平臺。

［1］陳文升，錢唯克，樓曉東.智能變電站實現方案研究及應用展望［J］.華東電力，2010，38（10）：1570－1574.

［2］高 翔，等.IEC 61850標準在南橋變電站監控系統中應用［J］.電力系統自動化，2006，30（16）：105－107.

［3］陳文升，等.數字化變電站關鍵技術研究與工程實現［J］.華東電力，2009，37（1）：124－128.

［4］龔春景，鄔斌弢，徐 萍.建筑一體化光伏發電系統（BIPV）在110kV蒙自變電站中的應用［J］.華東電力，2010，38（4）：0523－0525.

［5］黃 磊，鄔振武，穆 松.蒙自站空調系統運行經濟性分析［J］.華東電力，2010，38（4）：0513－0516.

［6］孫 燕，徐 萍.芯片集成大功率白光LED在變電站中的運用［J］.華東電力，2010，38（4）：0525－0529.

［7］莊文柳.靜止無功發生器在智能變電站中的應用［J］.供用電，2010，28（增刊）：57－60.