對湖北建設500 k V智能變電站的思考

劉 鐵，江 淵，王 旭，韓志文

（湖北省電力公司檢修分公司，湖北 武漢430050）

國內外都在大力開展智能電網（Smart Grid）的相關研究。國家電網公司提出了立足自主創新，加快建設以特高壓電網為骨干網架，各級電網協調發展，具有信息化、自動化、數字化、互動化特征的統一的堅強智能電網的發展目標。智能變電站是統一堅強智能電網的重要基礎和節點支撐，是必不可少的建設內容。500 k V智能變電站是主網架建設的重要一環，對其進行智能化升級改造，可以降低運維成本，優化資源配置，提升運行指標。

1 智能變電站體系結構和特點

目前在國內變電環節有常規變電站和數字化變電站兩大模式。常規變電站存在廠站設計調試復雜、互操作性差、采集資源重復、存在多套系統、標準化規范化不足等問題；數字化變電站存在過程層設備穩定性和可靠性有待驗證、缺乏相關標準規范、缺乏相關評估體系和手段等問題。所有這些問題影響了變電站生產運行的效率，不利于電網安全運行水平進一步提高。在此前提下，智能變電站應運而生。智能變電站是變電站自動化領域發展的新階段。

《智能變電站技術導則》（以下簡稱《導則》）給出的智能變電站（s mart substation）定義為：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。《導則》將智能變電站體系分為過程層、間隔層和站控層三個層次。

與綜自變電站相比，數字化變電站采用變電站自動化IEC 61850標準，同時用光電互感器取代常規電磁型互感器，用光纜取代二次電纜，并為一次設備增加智能接口單元使之具有智能化特征。與數字化變電站相比，智能變電站在實現一次設備智能化、全站信息數字化和共享化、支撐智能電網建設、站內狀態估計、設備狀態可視化、智能告警分析決策等高級應用方面有更高的要求。智能變電站并不要求高度數字化，例如采用電子式互感器、具備數字化接口的開關；基于IEC 61850標準的網絡通信是它與數字化變電站的最大共同點。可見，數字化變電站技術則是智能變電站發展的基礎，智能變電站是變電站整體技術的跨越。

2 湖北500 k V智能變電站發展規劃

湖北是我國第一座500 k V變電站（鳳凰山變電站）的發源地，擁有長期的500 k V變電站運維經驗，當前也是全國500 k V變電站最多的省份之一（截至2013年1月，全省運維著26座500 k V變電站、開關站和換流站）。在國家電網公司建設智能電網的大背景下，積極開展500 k V智能變電站相關研究，對湖北電網的發展具有重要意義。

《湖北電網智能化規劃》中對500 k V智能變電站的規劃分為三個階段：

第一階段：規劃試點階段（2009－2010年）：

此階段沒有500 k V智能變電站建設計劃，但是會完成應城220 k V智能變電站新建試點和魯巷110 k V變電站智能化改造試點，可從這些試點中探索500k V智能變電站的建設經驗。

第二階段：全面建設階段（2011－2015年）

結合湖北“十二五”電網規劃，從2012年開始，新建500 k V智能化站4座，改造在運500 k V變電站4座。

第三階段：引領提升階段（2016－2020年）

新建500 k V智能化站10座，改造在運500 k V變電站9座。

3 湖北500k V智能變電站建設展望

智能變電站是智能電網的基本環節。目前湖北電網500 k V變電站尚不能完全滿足智能電網發展的要求，需要積極進行500 k V智能變電站的新建試點，以積累相關的設計、施工、運維管理經驗，同時還應積極研究常規變電站的智能化改造，以全面推進湖北500 k V智能變電站建設工作。

（1）500 k V智能變電站的新建

2013年即將投運的柏泉變電站將是華中地區第一座新建的500 k V智能變電站。新建500 k V智能變電站時，湖北應在安全可靠的基礎上采用技術先進的智能一次設備、智能二次設備及電子式互感器，建立一個“三層兩網”的結構體系，實現數據傳輸處理的數字化、共享化；而且可以考慮建立統一的在線監測信息系統，對關鍵設備實現狀態檢修，提高檢修效率；同時，在技術允許的條件下應優化設備配置，實現功能的集成整合，對于現階段實現條件不滿足的高級應用功能，應預留其遠景功能接口。

在技術細節上，新建500 k V智能變電站應具備綜合分析設備狀態的功能，和將分析結果與其他相關系統進行信息交互的能力，并逐步提高自診斷的快速性和準確性，擴展設備的自診斷范圍。智能組件可根據實際需要靈活配置，但需滿足控制網絡化、狀態可視化和測量數字化的基本功能，在滿足相關標準要求的前提下，智能組件可集成保護、計量等功能。500 k V智能變電站的繼電保護系統應遵循雙重化配置原則，采用電子式互感器時，應針對電子式互感器的特點，優化相關的繼電保護算法，提高保護性能。

（2）500k V常規變電站的智能化改造

由于湖北當前還沒有500 k V數字化變電站，所運營的21所500 k V交流變電站均為常規變電站，所以常規變電站的智能化改造將是湖北500 k V智能變電站發展的必經之路。通過改造力求實現一次主設備狀態監測，信息傳輸網絡化，信息建模標準化，高級功能和輔助系統智能化。

常規變電站典型結構見圖1。通常采用二次電纜連接一次設備與保護、計量、測控、錄波等二次設備。保護動作信號通過電纜傳輸到測控、錄波裝置。測控裝置直接連接站內局域網，保護、計量等裝置一般通過協議轉換裝置集中聯網，保護、錄波器連接到故障信息子站。子站、遠動、電量采集分別通過專用通道與各自管理部門直連。

對于常規500 k V變電站的智能化改造，可加裝具備模數轉換功能的合并單元，或更換常規互感器為電子式互感器，實現數據采集數字化；根據一次設備的具體情況，加裝外置式的智能組件，實現對開關類設備的網絡化控制；針對變壓器、斷路器等重要一次設備，加裝智能在線監測單元。無論是過程層的改造，還是間隔層與站控層改造中涉及到一次設備控制和繼電保護系統的情況，都必須嚴格制定改造計劃和方案，做好安全措施和事故預案，保證過渡階段自動化系統安全運行，“不得因智能化改造使變電站的安全可靠水平下降”。

圖1 常規變電站典型結構

常規變電站改造后典型結構見圖2。現有過程層與間隔層之間通過回路電纜或直連光纜直接采樣、直接測量、直接控制、直接跳閘等方式不予改造；間隔層設備采用DL／T 860標準直接聯網與站控層通信；站控層采用一體化平臺與電力數據網相連。

圖2 常規變電站智能化改造后典型結構

（3）高級應用和信息系統的建設

500 k V智能變電站高級應用方面，應實現設備狀態可視化、狀態檢修、故障信息綜合分析決策、順序控制及與外界其他系統互動等功能，有效減少運行維護成本、提高系統和設備運行的可靠性、穩定性和經濟性。其中，500 k V智能變電站中的變壓器、斷路器等主設備的設備狀態應接入系統，以便隨時監視，為今后實現變電站全壽命周期管理提供必要的數據和技術支撐；在故障或發生電力系統事故的情況下，系統應能根據各類信息，自動提供事故分析報告并給出事故處理預案，以便迅速判定事故原因并采取相應措施。此外，500 k V智能變電站應構建一體化的信息系統，對所有輔助系統進行智能化整合，作為所有輔助系統的集成，高級應用系統應實現各輔助系統的聯動，統一報警界面等功能。

4 當前需要開展的研究方向

當前湖北500 k V智能變電站建設中比較突出的問題有：

（1）500 k V智能變電站試點工作開展較慢；（2）所采用的變電站自動化系統設備制造商大都關注于自動化系統本身，對變電站綜合應用及與電網互動的高級應用考慮較少甚至沒有考慮；（3）標準體系建設相對滯后，不能滿足500 k V智能變電站的發展要求。

在此情況下，湖北應積極調研全國500 k V智能變電站項目的建設情況，結合湖北柏泉500 k V智能變電站的新建，以及前期應城500 k V智能變電站新建和110 k V魯巷變電站智能化改造試點等項目的建設，組織力量進行500 k V智能變電站的相關研究。研究方向應著重體現在如下幾個方面：

（1）智能設備應用研究。采用滿足國家電網公司《高壓設備智能化技術導則》要求的外置式智能組件、控制器等智能化裝置和設備，對500 k V變電站的電力變壓器、GIS、斷路器、隔離開關、避雷器等設備進行智能化改造試點；完成測控一體化、繼電保護等相應二次設備的應用及評估。

（2）變電設備高級智能應用的研究。與相關設備供應商積極合作，針對已有的500 k V變電設備開展智能應用研究，開發滿足自身需要的各類高級智能應用。同時主動吸收和引進國內外最新研究成果，進行各類最新的高級智能應用在500 k V變電站中試點運用的探討。

（3）500 k V智能變電站運維模式研究。通過開展設備風險評估和全壽命周期管理體系研究，初步建立適應智能電網的設備狀態檢修體系，結合調控一體化，探索變電設備運行維護的集約化管理。

（4）智能化設備技術標準體系研究。制定標準以支持變電站設備狀態檢修、運行狀態自適應、實時全景監測、自動運行控制、智能分析決策等功能實現。開展智能化設備通信與控制、傳感器接口、智能組件技術指標及檢驗要求等技術標準的研究。

5 結 語

智能變電站作為智能電網的重要組成部分，是智能電網底層支撐的關鍵點，是實現智能電網的基礎和前提。目前，500 k V智能變電站的研究與建設工作正進入全面建設的階段，在湖北建設500 k V智能變電站，一定要結合自身特點，在一些具有發展優勢的領域進行創新性研究，以體現湖北自己的特色。按照三個階段的戰略設想，可以預見在不久的將來，湖北500 k V變電站將邁上新一級的技術臺階，不僅實現對變電站主要設備狀態量的可視化和程序化操作，擁有支撐設備實時評估與決策、智能表計、故障信息集中管理等功能；而且具備設備信息和運行維護策略與電力調度全面互動的接口條件，滿足無人值班及區域集中監控管理模式的要求；同時還將形成智能變電站風險控制檢修體系，優化設備檢修模式，滿足智能變電站內設備全壽命周期管理的要求。

［1］ 劉振亞.國家電網公司2009年年中會議上的講話［Z］.國家電網報，2009－07－21.

［2］ 張文亮，劉壯志，王明俊，等.智能電網的研究進展及發展趨勢［J］.電網技術，2009，33（13）：10－11.

［3］ 湖北省電力公司.湖北電網智能化規劃［R］.2010.

［4］ Q／GDW 383－2009，智能變電站技術導則［S］.

［5］ Q／GDW Z 410－2010，高壓設備智能化技術導則［S］.

［6］ Q／GDW Z 414－2010，變電站智能化改造技術規范［S］.