新時期我國變電站的智能化及數(shù)字化技術(shù)分析

【摘要】在我國大力發(fā)展智能電網(wǎng)的時期，對于變電站的智能化有了很高的要求。本文結(jié)合筆者實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，首先介紹了我國變電站智能化和數(shù)值化技術(shù)的特點(diǎn)，分析了目前國內(nèi)外較新的綜合自動化技術(shù)，指出智能化變電站是變電站自動化技術(shù)發(fā)展的必然方向。

【關(guān)鍵詞】變電站；智能化；數(shù)字化

變電站是電網(wǎng)輸配電的主要組成部分，它是由眾多的一次和二次設(shè)備組成、作為整個電網(wǎng)的一個節(jié)點(diǎn)，在電網(wǎng)中擔(dān)負(fù)著電能的傳輸、分配任務(wù)，變電站繼電保護(hù)、監(jiān)控自動化系統(tǒng)是構(gòu)成變電站自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)，對變電站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)測、管理、協(xié)調(diào)和控制。同時，它又必須與電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時有效的信息交換、消息共享，優(yōu)化電網(wǎng)操作，提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。

智能化是當(dāng)今電網(wǎng)發(fā)展的新趨勢，數(shù)字化變電站是智能電網(wǎng)建設(shè)的物理基礎(chǔ)，數(shù)字化變電站試點(diǎn)應(yīng)用是目前電網(wǎng)建設(shè)和變電站技術(shù)發(fā)展的新熱點(diǎn)，也將成為未來變電站自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢和方向。

1.變電站智能化

智能化變電站是采用先進(jìn)的傳感器、信息、通信、控制、智能等技術(shù)，以一次設(shè)備參量數(shù)字化和標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化信息平臺為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)變電站實(shí)時全景監(jiān)測、自動運(yùn)行控制、與站外系統(tǒng)協(xié)同互動等功能，達(dá)到提高變電可靠性、優(yōu)化資產(chǎn)利用率、減少人工干預(yù)、支撐電網(wǎng)安全運(yùn)行，可再生能源“即插即退”等目標(biāo)的變電站。

智能變電站實(shí)現(xiàn)形式基于數(shù)字化變電站，但在支撐智能電網(wǎng)建設(shè)、可再生能源即插即退等智能性方面，有更高的要求。以智能一次設(shè)備和統(tǒng)一信息平臺為基礎(chǔ)，通過采用先進(jìn)的傳感器、電子、信息、通信、控制、人工智能等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)變電站設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、程序化自動運(yùn)行控制、設(shè)備狀態(tài)檢修、運(yùn)行狀態(tài)自適應(yīng)、智能分析決策、網(wǎng)絡(luò)故障后的自動重構(gòu)以及與調(diào)度中心信息的靈活交互。數(shù)字化變電站實(shí)現(xiàn)了一二次設(shè)備的數(shù)字化，而智能化變電站是實(shí)現(xiàn)了一二次設(shè)備的智能化，運(yùn)行管理的自動化，操作監(jiān)視的可視化。智能變電站更深層次體現(xiàn)出堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的信息化、自動化和互動化的技術(shù)特點(diǎn)。

2012年9月，隨著35千伏靖安變電站1號主變3501開關(guān)合閘送電，甘肅首座35千伏智能變電站在白銀順利投運(yùn)，標(biāo)志著甘肅公司農(nóng)網(wǎng)智能變電站實(shí)現(xiàn)新發(fā)展。35千伏靖安輸變電工程自2012年6月全面開工建設(shè)至今，正值公司系統(tǒng)“三集五大”體系建設(shè)導(dǎo)入、磨合階段，在納入“大建設(shè)”體系管理后，經(jīng)歷了改革的洗禮，該工程按照110千伏電壓等級基建工程的標(biāo)準(zhǔn)要求、應(yīng)用新的管理流程，在廣大電力建設(shè)員工的共同努力下高質(zhì)量建設(shè)完成，提前計(jì)劃1個月投運(yùn)。

35千伏智能變電站較傳統(tǒng)綜自站，最主要的特點(diǎn)是綜自系統(tǒng)完全按照智能化變電站標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，大量采用光纖、智能設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測等新技術(shù)和新設(shè)備，極大地減少了交換設(shè)備，節(jié)省了投資和資源消耗，能夠自動完成信息采集、測量、控制、保護(hù)、監(jiān)測等功能。運(yùn)行之后較傳統(tǒng)變電站更為智能、節(jié)能和人性化，在降低全壽命周期建設(shè)運(yùn)營成本的同時，大大提高了電網(wǎng)供電能力和安全運(yùn)行水平。

該站的投運(yùn)，將為周邊的負(fù)荷發(fā)展提供新的電源接入點(diǎn)，帶動當(dāng)?shù)靥厣?jīng)濟(jì)發(fā)展。今年年底甘肅白銀供電公司還要建成2座110千伏和3座35千伏農(nóng)網(wǎng)智能變電站，促進(jìn)能源資源優(yōu)化配置，為老百姓發(fā)展提供可靠的電力保障，全力推動白銀地區(qū)“新農(nóng)村”建設(shè)。

可見，智能變電站的實(shí)施意義非常重大：

變電站的各種功能共享統(tǒng)一的信息平臺；解決設(shè)備間的互操作問題；便于變電站新增功能和擴(kuò)展規(guī)模；應(yīng)用通信網(wǎng)絡(luò)取代二次電纜；提升測量精度；避免電纜帶來的電磁兼容、傳輸過電壓和兩點(diǎn)接地等問題；應(yīng)用電子式互感器解決傳統(tǒng)互感器固有問題。

2.變電站數(shù)字化

數(shù)字化變電站是由電子式互感器、智能化終端、數(shù)字化保護(hù)測控設(shè)備、數(shù)字化計(jì)量儀表、光纖網(wǎng)絡(luò)和雙絞線網(wǎng)絡(luò)以及IEC61850規(guī)約組成的全智能的變電站模式，按照分層分布式來實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操作性的現(xiàn)代化變電站。

2012年8月，隨著110千伏碌曲變電站10千伏出線的成功送出，標(biāo)志著甘南供電公司首座110千伏數(shù)字化變電站順利投運(yùn)。與傳統(tǒng)變電站相比，110千伏碌曲變電站采用“三層一網(wǎng)”結(jié)構(gòu)，符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的智能設(shè)備，更便于變電站的新增功能和擴(kuò)展，提高通信系統(tǒng)信號傳輸?shù)耐暾浴⒖煽啃院蛯?shí)時性。站內(nèi)采用光纖通信，大幅度降低了控制電纜的使用。保留全站一次設(shè)備，通過合并單元、PT智能組件實(shí)現(xiàn)常規(guī)互感器的電流、電壓量的數(shù)字化，通過智能終端實(shí)現(xiàn)斷路器、隔離開關(guān)等設(shè)備的智能化。各間隔保護(hù)直采直跳，公用保護(hù)網(wǎng)采網(wǎng)跳。在該項(xiàng)目中，還首次采用110千伏線路雙保護(hù)配置，與對側(cè)綜自站實(shí)現(xiàn)光差保護(hù)。經(jīng)過七十多個晝夜的艱辛努力，110千伏碌曲數(shù)字化變電站改造工程全面竣工并交付使用。

110千伏碌曲變電站的順利投運(yùn)是甘南電網(wǎng)智能化發(fā)展的重要里程碑，標(biāo)志著電網(wǎng)逐步向智能、高效的方向轉(zhuǎn)變，同時為電子式互感器及智能斷斷路器的應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也為該公司公司積累了數(shù)字化變電站的經(jīng)驗(yàn)，帶動了一批專業(yè)人員熟悉掌握電網(wǎng)新型設(shè)備和前沿技術(shù)。

可見，數(shù)字化變電站的優(yōu)勢在于：二次系統(tǒng)安全性提升；測量精度和動態(tài)性能提高；設(shè)計(jì)理念的革新；變電站建設(shè)模式的變革；信息平臺化處理。

3.變電站綜合自動化技術(shù)

3.1 DSP技術(shù)

數(shù)字信號處理（DSP）技術(shù)推廣應(yīng)用以來，以直接交流采樣為基礎(chǔ)的微機(jī)保護(hù)和遠(yuǎn)動裝置，不同程度地將保護(hù)、自動重合閘、故障錄波、故障測距等各種自動裝置的測量和控制集成在一起，構(gòu)成了綜合自動化系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)。

通過數(shù)字信號處理，計(jì)算出各相電流、電壓、電流方向、故障電流、kW/kvar/kWh/kvarh、功率因數(shù)以及2～7次諧波，精度可達(dá)0.2%。不僅解決了測量和計(jì)量問題，并可通過對有關(guān)計(jì)算值的分析計(jì)算，構(gòu)成各種保護(hù)功能。

3.2面向現(xiàn)場的變電站綜合自動化技術(shù)

面向現(xiàn)場的變電站綜合自動化技術(shù)真正具備了無人值班的條件，保護(hù)的工況可由SCADA（監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集）系統(tǒng)監(jiān)視，保護(hù)的投切和定值的選擇，可在調(diào)度中心由調(diào)度員來遙控。保護(hù)定值的修改、故障錄波和故障測距數(shù)據(jù)的收集，可通過計(jì)算機(jī)通信，在管理信息系統(tǒng)（MIS）上由保護(hù)人員來操作。面向現(xiàn)場的變電站綜合自動化系統(tǒng)，取消了大控制室，需要相應(yīng)的工程設(shè)計(jì)相配合；與可控保護(hù)單元及SCADA系統(tǒng)的結(jié)合，需要運(yùn)行管理體制相配合。

3.3 PLC技術(shù)

PLC軟件設(shè)計(jì)采用了模塊化，使程序的開發(fā)難度大大降低，同時也增強(qiáng)了軟件的可讀性和可移植性，為變電站實(shí)現(xiàn)無人值班的要求提供了成功的解決方案。改造后的變電站，能通過現(xiàn)場的可編程序控制器PLC和上位機(jī)的監(jiān)控平臺實(shí)現(xiàn)“四遙”功能，具備實(shí)時監(jiān)測與監(jiān)控、事故記錄、實(shí)時及歷史趨勢圖、報(bào)表等功能，從而實(shí)現(xiàn)變電站的現(xiàn)代化管理，提高變電站運(yùn)行的安全、可靠性，并減少系統(tǒng)維護(hù)工作量和提高管理水平。

4.總結(jié)

總的來說，智能化變電站是變電站自動化技術(shù)發(fā)展的必然方向，它的發(fā)展和成熟對建立堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)有重要的意義。智能化變電站在向適應(yīng)智能電網(wǎng)發(fā)展方向進(jìn)一步深化和推廣，逐步完善并實(shí)現(xiàn)信息化、自動化、互動化的智能技術(shù)特征，有效成為智能電網(wǎng)變電環(huán)節(jié)的重要組成部分。

要實(shí)現(xiàn)全面的變電站自動化的功能，還有許多技術(shù)問題需要攻關(guān)解決。相信在不遠(yuǎn)的將來，技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行可靠、結(jié)構(gòu)合理、性能價(jià)格比高的自動化系統(tǒng)，必將為我國的電網(wǎng)運(yùn)行帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。