330 kV常規變電站智能化改造方案及關鍵技術研究

劉冬

（國網陜西省電力公司檢修公司 陜西 西安710065）

近幾年來隨著智能電網建設的不斷加速，國家電網公司相繼發布了 《智能變電站技術導則》、《變電站智能化改造技術規范》等一系列標準[1-2]。智能變電站相關的電網技術，電力設備制造水平有了飛速的發展，但面對數量龐大的常規非智能變電站，如何進行智能化改造成為智能化電網發展必須克服的難題。本文以國家電網公司相關導則和規范為依據，結合電力企業運行、維護需求，對330kV常規變電站智能化改造方案展開了研究與探索。

1 330 kV常規變電站現狀

在中國西北地區，330 kV變電站通常都是樞紐變電站。目前，大部分330 kV變電站已實現了綜合自動化，即采用計算機監控系統和微機化繼電保護裝置，但部分常規站仍然存在無效信號多、監控困難，采集資源重復、系統多源、設備安裝調試周期長、設備互操作性差、人機界面不友好、標準化和規范化不強等問題。這些都影響了變電站生產運行的效率，不利于電網安全運行水平的進一步提高。

隨著近些年來計算機技術、通信網絡技術以及新型傳感器等技術的飛速發展，變電站自動化系統覆蓋的范圍有了極大的擴展，大量的新技術、新應用，使變電站中應用系統日益增多。這些新技術、新應用大部分是根據各自的需求和理解實現的，造成各子系統之間缺乏聯系和協同，自成體系，通信接口不一致，信息共享度差，后期維護工作高度依賴廠家。

2 常規變電站智能化改造的原則

常規變電站在智能化改造時要以變電站一、二次設備為數字化對象，以高效的通訊平臺為基礎，通過標準化數字化信息，實現不同架構下的信息共享和互操作。并以網絡數據為基礎，實現測量監視、控制保護、信息管理等自動化功能。最終實現智能變電站的重要特征：一次設備智能化、全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化、高級應用互動化［4］。

1）常規變電站智能化改造時，要全面掌握各種新技術和新設備的運行風險，在實踐中將常規變電站自動化和繼電保護技術等平移到智能化變電站中，在確保安全可靠的前提下充分發揮IEC61850國際標準的優勢，必須能靈活、快捷地適應新標準新技術的發展，實現異構信息的有效融合。

2）變電站智能化改造時，要盡量避免設備的重復設置，實現功能、信息和資源的整合和優化。

3）變電站智能化改造時，要根據工程的實際情況來制定科學合理的改造方案，并采用逐步漸進的思路進行試點，有計劃地采取從中低壓到高壓逐步試點的風險控制措施，確保變電站日后的高效穩定運行。

4）變電站智能化改造時，一次設備的設計要考慮智能化原則，通過配備相應的智能單元和實現就地數字化來降低誤差率；二次網絡的改造要考慮可靠性原則，采用必要的備份并使用恰當的通訊方式。

3 330kV變電站智能化改造的方案

3.1 改造工程介紹

本文以南郊330 kV變電站為例來研究其智能化改造的方案。該330 kV變電站有240 MVA主變3臺，電壓等級為330 kV、110 kV、35 kV， 運行 330 kV線路 6條、110 kV線路16條、35 kV無功補償設備3組，年轉供電量約30億 kw·h。

3.2 智能化改造的方案需求

依據國家電網公司《智能變電站技術導則》相關內容和要求，330 kV南郊變電站智能化改造需對一次主設備和二次設備、自動化、信息通信類設備、輔助類設備進行智能化改造，主要滿足以下需求。

1）主設備實現智能化：安裝變壓器、高壓斷路器在線監測裝置，并開發智能組件，實現高壓場就地布置；安裝35 kV智能組合開關；研發、安裝全站避雷器在線監測裝置。為狀態檢修、輸變電狀態監測系統服務。

2）建設完成標準統一的通訊系統網絡化平臺：供各子系統進行統一、標準化、規范化的數據存取訪問及向調度系統進行上送。實現全站信息統一建模、統一標準、縱向貫通、橫向集成、功能互濟[3]。

3）輔助系統智能化：實現電子圍欄、空調、門禁、火警、積水、戶外柜溫濕度、煙感、溫感等輔助系統智能監控。為智能化的運行巡視、無人值班提供基礎。

3.3 智能化改造的方案

針對常規變電站目前一次設備技術和二次設備技術融合比較困難的現狀，根據智能化改造的方案需求。南郊330 kV變電站智能化改造方案采用“三層兩網”的分層設計思路，三層分別是指站控層、間隔層和過程層，兩網分別是指的是過程層網絡和站控層網絡。

3.4 智能化改造方案的實施及技術

3.4.1 一次設備智能化改造的實施

對常規變電站一次設備進行智能化改造時，首先是確保實現數字化，減少模擬量的傳輸。在設備的改造具體方案設計中，作為替代傳統電流互感器和電壓互感器設備部分選用電子式電壓互感器、電子式電流互感器和電子式電流電壓互感器。

具體說來，采用電子式互感器+合并單元組件來替代原來的電磁式互感器+現場端子箱。電子式互感器和合并單元組件的配置原則是：當電子式互感器或合并單元發生問題時，不會導致保護的誤動或拒動。

330 kV設備對已達設計使用壽命的柱式開關及刀閘進行更換，更換為滿足智能化要求的設備，并對主變等設備進行智能化改造，安裝智能組件單元。

110 kV和35 kV受設備運行壽命和整體改造難度的限制，采用整體更換的方案，更換為滿足智能化要求的GIS氣體絕緣全封閉組合電器，并采用相應的電子式電壓互感器、電子式電流互感器和電子式電流電壓互感器。

3.4.2 一次設備智能化技術解析

3.4.2.1 變壓器智能組件技術

變壓器智能組件采用主、子智能電子設備（IED）方式進行設備狀態信息的采集和處理。主IED安置在一次設備附近的智能匯控柜中，其功能相當于前置服務器，其主要任務是根據各智能監測組件的監測數據和結果對一次設備進行綜合故障診斷和狀態評估。子IED負責匯總分項傳感單元上傳的監測數據采集、初步處理和判斷，其數據可供主IED使用也可直接供站控層子系統訪問。

3.4.2.2 開關設備智能組件技術

開關設備智能組件采用保護、測控、狀態監測、計量、合并單元、智能終端一體化技術，實現開關設備的間隔內保護、測控、互感器采樣值傳輸及跨間隔控制等功能，其結構見圖1。智能組件安裝在傳統開關設備附近或本體機構箱內，通過專用電纜或光纜與開關設備二次機構或傳感器連接。智能組件對外只需要接入交直流電源，通過光纜分別接入變電站站控層（站控層設備訪問）和過程層網絡（供跨間隔保護、錄波、計量等設備信息交互）。

圖1 開關設備智能組件機構框圖Fig.1 High voltage circuit breaker Intelligent component of organization chart

3.4.3 二次微機保護智能化改造的實施

綜合南郊變電站的實際情況，330 kV部分仍然采用測控和保護裝置分開配置，主變部分采用測控和保護分開配置，110 kV和35 kV部分因設備全部更換采用測控和保護裝置整體配置，圖2為二次微機保護智能化改造后的結構圖。

圖2 微機保護智能化改造后結構圖Fig.2 Microcomputer relay protection device graph structure of intelligent transformation

3.4.4 通訊系統網絡化改造的實施

經過智能化改造的各個電壓等級設備，其智能控制柜中需布置光纖配線架，用于和設備本體的光纖網線架和間隔層的光纖配線架相連接；智能控制柜布置航空插頭接口模式，設備本體和智能控制柜全部通過航空插頭來進行插接。在選擇網絡通信速率時，需綜合考慮到現場設備的數據流量和骨干網絡的狀況；在設計交換機配置方案時，根據IEC61850標準的相關要求，對過程層通信網絡采用了面向間隔、功能、位置和單一總線等4種方案。

3.4.5 輔助系統的智能化

根據IEC61850標準的相關要求，通過廠商設備的擴展接口實現電子圍欄、空調、門禁、火警、積水、戶外柜溫濕度、煙感、溫感等輔助系統信號量的標準化傳輸，實現智能監控。為智能化的運行巡視、無人值班提供基礎。

4 結束語

相較于常規330 kV變電站，智能化變電站大幅度提高了通信系統的性能，提升了計量、保護和測量系統的精度，提高了變電站的整體安全運行水平;在線監測設備的大量使用，智能化組件的運用減少了運行人員的工作量，并提升了檢修效率，降低了生產成本；因此對常規變電站進行智能化改造具有十分重要的現實意義。

［1］Q/GDW 383-2009智能變電站技術導則［S］.北京：國家電網公司，2009.

［2］Q/GDWZ414-2010變電站智能化改造技規范［S］.北京：國家電網公司，2010.

［3］國家電網公司.“十二五”電網智能化規劃報告［R］.北京：國家電網公司，2010。

［4］張維,陳磊.智能變電站一次設備智能化 [J].經營管理者，2011（23）：428-429.ZHANG Wei,CHEN Lei.Intelligent substation intelligent primary equipment[J].management,2011(23):428-429

［5]馬飛.數字化變電站設備狀態監測系統[J].電工技術，2010(5)：32-33.MA Fei.Digital substation equipment condition monitoring system[J].Electric Technology,2010(5):32-33.

［6］劉曦,戴瑞海,陳磊.110 kV常規變電站智能化改造模式的探討 [J].浙江電力，2012(1)：14-17,27.LIU Xi,DAI Rui-hai,CHEN Lei.110kV conventional substation intelligent transformationmode of[J].Zhejiang Electric Power,2012(1):14-17,27.

[7]Ingram M,Ehlers R.Toward effective substation automation[J].Power and Energy Magazine,IEEE.2007,5(3):67-73.