智能變電站自動化系統建設方案探討

1.引言

為了實現國家電網公司建設堅強智能電網的發展目標，積極探索建設智能變電站的建設方案，同時隨著“三集五大”體系建設目標的提出，“大運行”、“大檢修”與變電站建設和功能定位密切相關，特別是“大運行”提出的調度一體化和調控一體化，對變電站調控數據和監控功能提出了更高要求，因此，需要進一步按照新的要求探索智能變電站建設方案。

2.智能變電站內組網方案

智能變電站分為三層，分別為過程層、間隔層和站控層。

（1）過程層

過程層包括變壓器、斷路器、隔離開關、電流/電壓互感器等一次設備及其所屬的智能組件以及獨立的智能電子裝置；主要有電子式互感器、智能單元（用于開關和變壓器智能化）。

（2）間隔層

間隔層設備一般指繼電保護裝置、系統測控裝置、監測功能組主IED等二次設備，實現使用一個間隔的數據并且作用于該間隔一次設備的功能，即與各種遠方輸入/輸出、傳感器和控制區通信；主要有保護裝置、測控裝置、安全穩定裝置、故障錄波、備用電源自投等自動裝置。

（3）站控層

站控層包括自動化站級監視控制系統、站域控制、通信系統、對時系統等，實現面向全站設備的監視、控制、告警及信息交互功能，完成數據采集和監視控制（SCADA）、操作閉鎖以及同步相量采集、電能量采集、保護信息管理等相關功能。

站控層功能宜高度集成，可在一臺計算機或嵌入式裝置實現，也可分布在多臺計算機或嵌入式裝置中，主要有監控系統（含監控、一體化五防、VQC）、保護及故障信息子站、遠動通信服務器等。

3.智能變電站建設方案

典型的智能變電站系統應兼顧技術的先進性和實用性，以電力系統的安全穩定性及繼電保護的可靠性為宗旨，基于先進的計算機軟硬件、自動控制、傳感器和光纖網絡通信技術，充分融合智能一次設備在線監測、程序化控制、保護測控、當地監控和遠動等主要功能，能較好地滿足電力系統安全、穩定和高效運行的要求。

3.1 電子式互感器的實現

3.1.1 電子式互感器的定義

電子式互感器是由連接到傳輸系統和二次轉換器的一個或多個電流或電壓傳感器組成的一種裝置，用以傳輸正比于被測量的量，供給測量儀器、儀表和繼電保護或控制裝置。在數字接口的情況下，一組電子式互感器共用一臺合并單元完成此功能。

3.1.2 電子式互感器的構成

電子式互感器通常由傳感模塊和合并單元兩部分構成，傳感模塊又稱遠端模塊，安裝在高壓一次側，負責采集、調理一次側電壓電流并轉換成數字信號。電子式互感器遠端模塊的配置圖如圖3所示。合并單元安裝在二次側，負責對各相遠端模塊傳來的信號做同步合并處理。合并單元的基本結構如圖4所示。

3.1.3 解決同步采樣的方案

變壓器差動保護從不同電壓等級的多個間隔獲取數據、母線差動保護從多個間隔獲取數據、線路縱差保護線路兩端數據采樣以及三相電流、電壓采樣都存在同步采樣問題。另外由于常規互感器與電子式互感器會并存，如電壓、電流之間，變壓器不同的電壓等級之間也會存在同步采樣問題。解決同步采樣的2種方案如下。

（1）基于GPS秒脈沖同步的同步采樣。此同步方法簡單，但秒脈沖丟失時存在危險。

（2）二次設備通過再采樣技術（插值算法）實現同步。此同步方法采樣率要求高，不依賴于GPS和秒脈沖傳輸系統，但硬件軟件要求高，實現難度較大。

3.1.4 采樣數據傳送標準的選擇

采樣數據傳送標準有兩種方案。

（1）IEC6004428

點對點光纖串行數據接口，傳輸延時短且確定，可以采用再采樣技術實現同步采樣，硬件和軟件實現簡單，適合保護要求。

（2）IEC618502921/2

網絡數據接口，傳輸延時不確定（400Ls ～3ms），無法準確采用再采樣技術，硬件軟件比較通用，但對交換機要求極高，硬件和軟件實現都將困難，不同間隔間數據到達時間不確定，不利于母差、變壓器等保護的數據處理，比較適合測控、電能儀表一類。

3.2 IEC61850的應用

IEC61850是基于網絡通信平臺的變電站自動化系統唯一的國際標準。采用開放性IEC61850國際標準主要解決網絡通信及信息共享和互操作的問題。其特點主要有：信息分層（站控層、間隔層、過程層）、面向對象建模和信息自我描述，適應開放互操作性要求、采用抽象通信服務接口，適應通信網絡技術迅猛發展、具有傳輸采樣測量值和快速傳輸變化值。

4.結語

智能變電站應該使用智能一次設備，但是目前國內外還沒有真正意義上智能以一次設備，一次設備的智能化仍然需要通過一定的二次設備來轉化實現，一般采用智能終端的模式。智能變電站使變電站自動化得到進一步提高，測控、保護屏和控制電纜得到大幅減少，安裝周期縮短，運行維護工作量減少，可靠性大大提高，智能變電站是變電站自動化技術發展方向和必然趨勢，智能變電站的建設應從生產上的迫切需要出發，考慮技術上、管理上的現實可能，積極探索，穩妥推進。