智能變電站一次設備智能化應用研究

李大鵬，夏榮秀，胡小男，魏玉榮

（1.濟南供電公司，山東 濟南 250032；2.濟南電力設計院，山東 濟南 250032）

0 引言

智能變電站采用先進、可靠的智能設備，以信息數字化、通信平臺數字化、信息共享化為基本要求，實現變電站基本信息的采集、控制、保護、監測，并在計算機網絡支持下，實現運行監視、輔助決策、調節控制、維護管理等高級功能。智能一次設備作為智能變電站的關鍵環節，是智能變電站的典型部件與結構基礎，智能一次設備既是各種智能單元的接入平臺，又是具體智能技術的應用終端。

1 智能變電站構成及特點

一次設備智能化。一次設備智能化是智能變電站的重要特征，也是智能變電站區別于常規變電站的主要標志之一?，F階段一般采用“一次設備本體+傳感器+智能組件”形式，未來發展趨勢為傳感器、智能組件與一次設備本體采用一體化設計，提高一次設備和二次設備的整合，使一次設備運行更加可靠、更加安全。

光纜取代電纜。智能變電站由于采用合并單元、智能終端實現就地采集和控制，光纜代替大量長電纜，從根本上解決電磁干擾問題，提高傳輸的可靠性。

通信規約標準化。智能變電站所有設備均按IEC61850建立信息模型和通信接口，按照統一的通信標準接入變電站通信網絡，實現信息共享，解決常規變電站不同廠家設備無法互連通信的缺點，減少規約轉換器的數量。

功能集成，設備簡化。智能變電站信息就地采樣，通信規約統一，促進了裝置的集成。同時智能變電站通過GOOSE方式實現各保護裝置之間信息的交互，常規變電站的端子被GOOSE虛端子取代，電纜連接替換為光纜連接，保護硬壓板被軟壓板取代，促進裝置硬件的簡化和集成［1］。

2 智能一次設備

智能一次設備是一次設備與相關傳感器及智能電子設備的有機結合體，是具有測量數字化、控制網絡化、狀態可視化、功能一體化和信息互動化特征的一次設備，是智能變電站的典型部件與結構基礎［1］。目前，智能一次設備還處在初級發展階段，傳感器和智能組件與一次設備本體相互獨立。隨著一次設備智能化技術的不斷發展，未來智能一次設備將向功能集成化和結構一體化方向發展［2］。將傳感器和智能組件內嵌到一次設備本體內，使得一次設備具有測量、控制、保護、監測、自檢等功能，然后通過網絡將設備信息上傳至主服務器。由于傳感器和智能組件內置，節省了其與一次設備本體的接線，減少了硬件投資，同時縮小一次設備端子箱的體積，對于設備優化布置，節約建筑面積具有重要意義。

3 智能一次設備總體方案

根據領秀110 kV智能變電站初設，工程智能一次設備采用“電子式傳感器加智能組件”方式，一次設備通過附加智能組件實現智能化。

3.1 高壓開關應用方案

領秀110 kV智能變電站110 kV側采用GIS組合電器。所謂GIS智能化，即以GIS為核心，將傳感器、控制裝置融入本體，使GIS自身可靠運行。

根據（關于印發《國家電網公司2011年新建變電站設計補充規定》的通知）國家電網基建〔2011〕58號文要求，考慮經濟性和穩定性。本站不采用電子式互感器，采用“常規互感器+合并單元”形式實現一次設備采樣智能化。

GOOSE信息共享，實現跨間隔電氣閉鎖。利用智能終端內部邏輯閉鎖配合后臺五防閉鎖軟件實現110 kV GIS跨間隔閉鎖。

采用先進的開關設備狀態監測與診斷系統，靈活的局放傳感器安裝方式。專家系統能夠及時預見開關設備可能出現的異常，并給出狀態檢修意見，既避免運行事故發生，又克服了定期檢修的盲目性和破壞性，降低檢修費用，提高設備的投運率。

為解決內置傳感器無法更換維護，外置傳感器監測靈敏度降低等問題，110 kV GIS局放傳感器安裝在GIS本體上預留出的介質窗口上。

3.2 智能化開關的主要優勢

采用數字信號的光纖網絡傳輸，速度更快、精度更高、損耗更小，節約了大量的電纜及相應設施等的投資；光纜代替大量長電纜，節省投資，優化網絡結構；采用合并單元、智能終端合一裝置，簡化二次接線，縮小匯控柜尺寸，減少現場施工量；一次二次聯合設計，減輕了設計院的工作量，縮短了設計周期；聯調在出廠前完成，減少了現場調試工作量，縮短了投運時間；跨間隔電氣閉鎖由智能組件內部邏輯閉鎖接點代替，簡化二次接線，閉鎖邏輯已經確定，必須通過程序進行更改，保證閉鎖可靠性，減少人為誤操作，同時使得邏輯閉鎖有很大的靈活性，更改邏輯閉鎖更方便；智能狀態監測與診斷，保障了系統性能的穩定和運行的安全可靠。

3.3 變壓器智能化應用方案

主變壓器為變電站內重要能源設備，智能變電站要求主變壓器供電可靠性高、高效率、節能環保，具有偵測預報故障的功能。變壓器采用附加智能組件的方式實現智能化，智能組件完成以下功能。

1）變壓器本體信息采集與控制。主變壓器油箱及分接開關的油溫、油位等遙測信息，分接開關位置、氣體繼電器節點信息和壓力釋放器狀態等遙信信息［3］。

冷卻系統的智能控制。 能根據頂層油溫、環境溫度以及出線側負荷等參數形成控制策略自動控制冷卻器的投退，并將冷卻器的運行狀態返回給后臺系統。

分接開關的控制。 由控制器自主控制，也可由智能組件接受后臺調壓命令或者在主變壓器就地發出調壓命令實現有載調壓操作。

2）本體非電量保護。 根據本體重瓦斯、有載重瓦斯、壓力釋放、超溫等非電量開入信號啟動邏輯判斷通過電纜直接跳閘［3］。

3）主變壓器各側信息采集。 采集主變壓器各側電壓、電流及功率等交流量，用于主變壓器的冷卻系統控制、有載調壓控制以及狀態監測等功能。主變壓器狀態監測信息的采集，包括油中溶解氣體及水分、局部放電、容性設備監測、繞組光纖測溫、鐵心接地等項目。實現后臺對主變壓器的控制和監測。

3.4 智能化主變壓器的優勢

CAN總線通信模式，減少電纜連接，航口插頭形式便于施工和維護，延長主變壓器壽命。

在線監測系統實現主變壓器的故障自檢和就地控制，支持主變壓器狀態檢修，增加了供電的可靠性。

4 一體化設計控制柜

4.1 GIS匯控柜設計方案

工程110 kV GIS智能組件安裝方式選用智能組件柜與GIS匯控柜一體化設計方案。110 kV GIS智能組件合并單元、智能終端就地安裝于GIS匯控柜，合并單元和智能終端采用合一裝置。SV、GOOSE數據實現共網口傳輸，有效減少裝置端口數量，改善裝置因光口數量多長期運行的發熱問題。減少了匯控柜內智能組件數量，有利于匯控柜散熱。

1）控制柜絕緣性能要求。在正常運行條件下，控制柜的絕緣電阻應不低于20 MΩ［4］?？刂乒衲艹惺? 000 V，歷時1 min工頻耐壓試驗。

2）溫濕度調節性能要求?？刂乒駪獙駜葴貪穸染哂姓{節和控制能力，以滿足柜內智能電子設備正常工作的環境條件。

3）告警功能要求?？刂乒竦臏貪穸瓤刂葡到y應具有告警功能，能對溫濕度傳感器及控制器執行元件的異常工作狀態進行告警［4］。

4）防護等級要求。戶外控制柜的外殼防護等級應符合IP55，戶內控制柜的外殼防護等級應符合IP40。

4.2 主變壓器本體智能柜設計方案

變壓器智能組件安裝于主變壓器本體智能柜，放置于變壓器附近。智能組件裝置和在線監測裝置均放置于智能組件柜內，傳感器元件與智能組件柜的功能單元采用光纜連接。

智能組件裝置集成了合并單元、智能終端、非電量保護、冷卻器控制等功能。 其中合并單元用于電流采樣上傳至主變壓器保護測控裝置；智能終端用于開關量采集和接收控制指令；非電量保護接收重瓦斯、輕瓦斯、壓力釋放等本體信號，所有非電量保護跳閘均通過控制電纜引至主變壓器各側斷路器直接跳閘。所有數據上傳至后臺供運行檢修使用。

5 結語

通過對智能一次設備進行研究，根據變電站的特點，提出一次設備智能化的設計方案。110 kV GIS采用常規互感器加合并單元方式，職能組件就地安裝于一體化智能匯控柜內；主變壓器采用光纖測溫和CAN總線技術，減少本體至智能組件的二次電纜接線，同時智能終端集成非電量保護功能，減少設備投資，簡化設備二次接線。

［1］ 國家電網公司基建部.智能變電站建設技術［M］.北京：中國電力出版社，2011.

［2］ 劉振亞.智能電網技術［M］.北京：中國電力出版社，2010.

［3］ 水利電力部西北電力設計院.電力工程電氣設計手冊－電氣二次部分［M］.北京：中國電力出版社，2012.

［4］ Q/GDW 430—2010 智能變電站智能控制柜技術規范［S］.