變電站智能設備集成技術研究

摘 要：智能化變電站中，設備集成技術已經成為變電站應用的核心，文章結合工程實例分析變電站只能設備集成技術存在的問題，并提出相應的設計優化方法，為廣大變電設計人員提供參考。

關鍵詞：變電站；智能設備；集成技術

中圖分類號：TM732 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）29-0106-02

1 變電站智能設備分類及連接

智能化變電站是指在數字化變電站的基礎之上，可以實現各種高級應用功能應用的變電站，比如分布式狀態估計，智能預警，站域控制等，此外還有一些智能輔助系統，比如狀態監測系統，智能視頻監控系統等應用，使得變電站可以實現無人值守和遠程控制等功能。

智能化變電站主要采用較為先進可靠的智能設備，采用全站數字信息化、網絡化通信平臺，信息資源標準化共享為主要的設計基本要求，采用系統集成技術，自動完成變電站各類數據信息的采集及收集工作，同時實現計量、保護、監測以及遙感控制等功能。部分變電站集成系統可以根據數據中心的要求實現智能調節和協同互動等功能。智能即為人性化，就是把變電站做成像人在調節一樣，當低壓負荷量增加時變電站送出滿足增加負荷量的電量，當低壓負荷量減小時，變電站送出電量隨之減少，確保節省能源。

如上圖所示，智能變電站的主要智能設備設置，可以分為設備層、間隔層、站控層這三個部分。設備層包含由變電站一次設備和部分智能組件所構成的智能設備，其中包括了部分一次二次設備合并單元和設備的智能終端，主要功能是完成變電站的電能分配、變換、傳輸以及變電站數據測量、控制、保護、計量、狀態監測等主要功能。而間隔層設備則屬于變電站的二次保護設備，主要由繼電保護裝置、測控裝置等電氣二次設備構成。其主要功能實現是使用單一間隔的數據，并且作用于該間隔一次設備的功能，完成該單一間隔與各種遠程數據方的數據輸入輸出、智能傳感和控制器通信功能，進而實現電氣二次數據傳輸和云端應用。站控層則主要包含電氣自動化系統、變電站站內控制、通信系統、對時系統等變電站二次子系統，用以實現全站設備監控功能，完成對于全站數據的采集和監視控制、操作閉鎖功能。全站控制系統還可以與遠程終端系統進行集成，進行變電站數據上傳以及同步相量采集、電能量采集、保護信息管理等相關功能，使得變電站的電量信息可以及時傳輸到電網控制中心，實現省網公司的遠程監控功能。這一功能的實現，為省網公司監控不同地區變電站的用電負荷和數據采集提供了便利，也為新建變電站的負荷計算提供了依據。

2 變電站智能設備集成的必要性及基礎應用

智能高壓設備是智能變電站的基礎，而研發智能高壓設備的基礎是對變電站一、二次設備集成技術的研究。通過分析智能變電站一、二次設備整合狀況，結合中國南方電網公司對于智能化變電站的標準設計要求，變電站傳感器及智能組件的應用集成必須遵守國家規范及設計規定。在變電站智能設備中，基于實際工程標準及發展趨勢的要求，變壓器、斷路器、氣體絕緣開關等主要一次設備與傳感器、智能組件和電子式互感器之間，可以進行優化集成。智能組件通過傳感器和電子式互感器與一次高壓設備形成一個有機的整體，將使高壓設備具備測量數字化、控制網絡化、狀態可視化、功能一體化和信息互動化的智能特征，有助于智能變電站遠期物理形態的影響和功能提升。

3 變電站二次監控設備的集成及整合

隨著變電站自動化技術的發展，變電站中各種電氣設備大量增多，來自不同應用系統的信息也日益豐富。目前變電站的監控系統往往由設備制造廠家進行獨立設計，其接口以及應用標準千差萬別，難以形成統一的監控系統。中國南方電網公司在推行智能化變電站標準設計及典型造價時，對電氣設備的監控部分提出了統一的整合要求，對設備采用集中采購的模式，進行大批量采購以及標準化設計，采用統一的設備生產標準以及固定的接口預留。在智能變電站二次設備招標采購時，應指定中標的監控系統廠家為集成商，在二次設備設計聯絡會上確定技術規范細節后，規定所有智能二次廠家生產的裝置需到集成商所在地進行集成試驗，在各二次廠家技術人員配合下驗證各裝置通信規約、互操作性等功能，之后將設備發往工程現場。在集成及整合階段，由具備系統集成以及設計施工能力的單位進行獨立設計，既兼顧了不同智能設備廠家的標準要求，又能形成監控系統整合，為中央監控系統提供準確的運行數據。比如在廣西網區，由廣西博聯信通公司對新建智能化變電站的只能監控系統進行標準化施工和調試，解決了以往變電站施工工程中監控系統存在的信息平臺不通過一、信息難以共享和利用的情況，也避免了不同廠家生產的電氣二次系統控制裝置不能相互替換相互操作的情況。集中系統控制應用模塊的設置，改變了二次監控設備廠家標準混亂的情況，由變電站智能系統應用單位進行統一標準化應用設置，解決了電氣二次設備可靠性不高、信息數據采集困難、數據測量不可靠的情況，為變電站設備的檢修與維護提供了較大便利。

4 變電站智能系統規劃設計及應用

在智能化變電站信息系統規劃及設計中，在進行變電站設計信息及數據通信的策略時，設備制造商都預留以電氣工業協會設定的RS-232或RS-485標準為基礎的物理層接口，在數據鏈路層和應用層采用軟件來完成數據通信系統與IED設備的連接。這樣的策略設置不但嚴重影響了設備制造的可靠性，也增加了運行維護檢修端口的數量和數據連接線的故障率。隨著計算機局域網絡技術的發展，變電站二次設備制造商已經逐漸采用LAN技術進行數據傳輸和接駁。采用計算機局域網技術，不僅可以實現變電站數據的高速傳輸，還可以運用局域網節點處理功能將原先只能采用數據終端集中處理的數據分散到不同的節點進行數據處理，避免了數據終端的超負荷運算。而計算機局域網技術可以進行大批量的數據傳輸，如原來的故障錄波數據和圖像數據等只能進行數據記錄并且集中上傳，而采用計算機局域網技術則可以將變電站內產生的數據進行分別采集，不同的智能單元分別掛網運行。智能化變電站站內的自動化系統可以通過變電站站層的控制中心與各IED進行數據通信，這樣的話遠程控制系統共就可以對現場的IED設備進行遠程控制，進而實現對于電氣一次設備的開閉控制，比如斷路器的分合、自動重合閘的開閉等操作都可以進行遠程控制操作，而電氣二次設備諸如繼電保護裝置的參數設置、故障診斷和遠程抄表等功能實現，都可以使用自動化集成系統進行控制和命令。

而在變電站二次監控系統的設計及規劃中，廣西博聯信通公司在總結變電站設備狀態監測技術發展及研究現狀的基礎上，提出了一種中心級分層分布式變電站狀態監測系統設計模式。這種基于多智能體聯合的設備狀態監測系統架構，采用核心中心級設備狀態監測系統進行框架架構，使用多智能體構成、協同工作模式等關鍵技術，將變電站系統監控和數據搜集傳輸鏈接到云端平臺進行運用，使二次監控系統真正實現大數據集成功能。采用中心級分層模式的系統架構具有高度的靈活性和適應性，結合Web Services技術，可以實現多智能體通信與協調設計，進而將監控系統升級成為具備了遠程診斷與系統維護功能的互動式設計，為變電站數字化、電網智能化升級形勢下電氣二次設備的維護和技術改造提供了全新的發展空間和解決可能。

5 結 語

計算機網絡通信交換技術的發展使得變電站智能設備的集成進入了新的發展階段，電力系統的用戶在任何地方可以監控變電站的運行情況，實現無人值守遠程控制的功能，逐步實現開放式的通信體系結構。電力設計工作者除了采取各種技術措施和管理措施外，還需要根據地區智能化發展的條件對變電站智能設備的選型及集成技術進行優化，才能改善變電站智能化程度，使之在經濟建設中發揮出更大意義。

參考文獻：

[1] 李敬如.智能變電站一、二次設備集成技術[J].電力建設，2013，（6）.

[2] 秦建偉.智能變電站的關鍵設備和技術[J].裝備機械，2010，（3）.

[3] 齊慧.智能化變電站在工程設計中的實現[A].2011年安徽省智能電網技術論壇論文集.

[4] 王宗山.智能變電站若干關鍵技術研究與應用[D].上海：上海交通大學.2012.

[5] 周佳華.智能變電站過程層網絡設計與實現[D].上海：華東理工大學，2011.

[6] 姚武.淺談架空輸電線路路徑選擇的方法和手段[J].科技視界，2012，（30）.