簡(jiǎn)述智能化變電站

摘 要：文章闡述了智能化變電站的定義，并從設(shè)備層面、自動(dòng)化技術(shù)層面、生產(chǎn)調(diào)試層面簡(jiǎn)要分析了智能化變電站與傳統(tǒng)變電站的差異，再重點(diǎn)在電氣設(shè)備、監(jiān)測(cè)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面介紹了智能化變電站的特點(diǎn)，最后提出了智能化變電站存在的若干問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：智能化變電站；智能組件；信息共享；數(shù)字量

中圖分類(lèi)號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）9-0066-02

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步及電力負(fù)荷需求的日漸增長(zhǎng)，電力系統(tǒng)的可靠性顯得越來(lái)越重要，并已成為了影響國(guó)計(jì)民生及國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的一個(gè)重要因素。建設(shè)可靠、并能快速針對(duì)全系統(tǒng)作出動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的智能電網(wǎng)已經(jīng)提上了國(guó)家總體規(guī)劃的議事日程。

我國(guó)“十二五規(guī)劃綱要”中明確提出，要建設(shè)智能電網(wǎng)。國(guó)家電網(wǎng)公司制訂的發(fā)展規(guī)劃指出：2012～2015年為全面建設(shè)智能電網(wǎng)階段，要實(shí)現(xiàn)新建變電站智能化率30%～50%；到了2016～2020年，為引領(lǐng)提升階段，要實(shí)現(xiàn)新建重要變電站智能化率100%，并全面建成統(tǒng)一、堅(jiān)強(qiáng)的智能電網(wǎng)。

1 智能化變電站的定義及技術(shù)特點(diǎn)

1.1 智能化變電站的定義

智能變電站是采用先進(jìn)、可靠、集成和環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動(dòng)完成信息采集、測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量和檢測(cè)等基本功能，同時(shí)，具備支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策和協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)應(yīng)用功能的變電站。

智能化變電站與常規(guī)變電站的定義與內(nèi)涵是有所區(qū)別的。常規(guī)變電站的數(shù)據(jù)采集主要是通過(guò)電磁式互感器將一次側(cè)的高電壓、大電流轉(zhuǎn)變?yōu)槎蝹?cè)的低電壓、小電流，但轉(zhuǎn)換過(guò)程依然是模擬量之間的轉(zhuǎn)換。這就導(dǎo)致了數(shù)據(jù)采集要以間隔為單元，變電站內(nèi)多套系統(tǒng)存在重復(fù)采樣的現(xiàn)象，數(shù)據(jù)不能共享，系統(tǒng)協(xié)調(diào)性差，沒(méi)有統(tǒng)一的通訊規(guī)約，存在多個(gè)數(shù)據(jù)“孤島”的現(xiàn)象。而多個(gè)孤立系統(tǒng)之間的協(xié)作則依賴(lài)于復(fù)雜的接線來(lái)實(shí)現(xiàn)，這也導(dǎo)致了變電站安全系數(shù)低、施工過(guò)程復(fù)雜、改造擴(kuò)建困難等突出的問(wèn)題。而智能化變電站的數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、輸入、輸出都是使用數(shù)字量。因而大大簡(jiǎn)化了施工接線，可取消全站大部分的電力電纜，取而代之的是使用了造價(jià)相對(duì)低廉的光纖。在節(jié)省了成本的同時(shí)，也避免了因電纜而導(dǎo)致的絕緣、消防事故。正因?yàn)閿?shù)據(jù)的傳輸形態(tài)是數(shù)字量，且全站使用統(tǒng)一的通訊平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)以及統(tǒng)一的通訊規(guī)約，因而智能化變電站多系統(tǒng)間能輕松實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，并使用先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，自動(dòng)完成信息的采集、控制、保護(hù)、測(cè)量、計(jì)量和監(jiān)控等功能，并大大整合了監(jiān)控、遠(yuǎn)動(dòng)、五防和在線監(jiān)測(cè)等應(yīng)用，以及根據(jù)需要支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策和協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)功能。

1.2 智能化變電站的技術(shù)特點(diǎn)

智能化變電站區(qū)別于常規(guī)的變電站，主要有以下幾個(gè)技術(shù)特點(diǎn)。

1.2.1 集成一體化

智能化變電站的一次設(shè)備除具有常規(guī)變電站一次設(shè)備所具有的功能外，還通過(guò)在一次設(shè)備上安裝智能組件，使一次設(shè)備的采集和控制實(shí)現(xiàn)就地?cái)?shù)字化。另外，一次設(shè)備可通過(guò)IEC61850規(guī)約，與變電站的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，從而在設(shè)備端實(shí)現(xiàn)真正的“智能”。智能化的一次設(shè)備可實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備內(nèi)部的電、磁、溫度、機(jī)械、機(jī)構(gòu)動(dòng)作狀態(tài)等數(shù)據(jù)量，用于判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及安排檢修時(shí)間，繼而可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的快速自診斷，對(duì)提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性起到至關(guān)重要的作用。

常規(guī)變電站的二次設(shè)備，分為保護(hù)、控制、測(cè)量、監(jiān)控、錄波、計(jì)量等多套孤立的系統(tǒng)，而智能化變電站的二次設(shè)備則打破了傳統(tǒng)的配置多套功能單一、相互獨(dú)立系統(tǒng)的模式，改變了硬件重復(fù)配置、信息不共享、投資成本大的局面，將多套系統(tǒng)的不同功能復(fù)合到同一臺(tái)裝置中，實(shí)現(xiàn)保護(hù)、測(cè)量、計(jì)量、控制、監(jiān)控、錄波的一體化，使變電站二次設(shè)備的功能得到整合、優(yōu)化，從而大大節(jié)省成本，提高可靠性。

1.2.2 信息標(biāo)準(zhǔn)化

智能化變電站的全站設(shè)備均按IEC61850規(guī)約建立信息模型和通訊接口，全站所有設(shè)備均可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享與交換。一、二次設(shè)備之間的界限日趨模糊，并逐漸結(jié)合為一個(gè)有機(jī)的整體。從宏觀的角度分析，由于各個(gè)智能化變電站都按統(tǒng)一的通訊標(biāo)準(zhǔn)接入變電站通訊網(wǎng)絡(luò)，因而整個(gè)電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)均可實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，對(duì)于電網(wǎng)組織而言，這將從根本上鞏固了電力系統(tǒng)的架構(gòu)；對(duì)于電網(wǎng)可靠性而言，全系統(tǒng)的數(shù)據(jù)互通，則可通過(guò)調(diào)度快速地對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行方式作出調(diào)整，使電網(wǎng)持續(xù)高效地運(yùn)行在最可靠的方式上。

2 智能化變電站的設(shè)備特點(diǎn)

智能化變電站區(qū)別于常規(guī)變電，并能實(shí)現(xiàn)真正意義上的“智能”，主要是通過(guò)智能化的設(shè)備以及智能化的自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，下文對(duì)這些設(shè)備的主要特點(diǎn)作簡(jiǎn)單的描述。

2.1 光電互感器

光電互感器與傳統(tǒng)的互感器在工作原理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫嬗兄举|(zhì)的區(qū)別。傳統(tǒng)互感器的工作是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，通過(guò)一、二次繞組之間的電磁耦合，將一次側(cè)的高電壓、大電流轉(zhuǎn)變?yōu)槎蝹?cè)的低電壓、小電流。而光電互感器的工作原理則是基于光電技術(shù)，這也是其名字的由來(lái)。光電互感器是利用光電子技術(shù)和光纖傳感技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)電壓、電流測(cè)量的新型互感器。其一個(gè)最為顯著的特征就是它二次側(cè)的輸出量不再是傳統(tǒng)的模擬量，而是數(shù)字量，因而能很好地為智能化變電站提供采集源。而且，因?yàn)楣怆娀ジ衅鞯墓ぷ髟硎腔诠怆娮蛹夹g(shù)，所以它具有諸多傳統(tǒng)互感器無(wú)法媲美的優(yōu)點(diǎn)，如：不含鐵心，不存在磁飽和、鐵磁諧振等問(wèn)題；具有優(yōu)良的絕緣性能，同時(shí)能大大降低成本；暫態(tài)響應(yīng)范圍大，頻率響應(yīng)范圍寬，測(cè)量精度高；體積小、重量輕，且不存在因充油而產(chǎn)生的易燃、易爆炸等危險(xiǎn)。

2.2 智能高壓開(kāi)關(guān)

智能高壓開(kāi)關(guān)指?jìng)鹘y(tǒng)的高壓開(kāi)關(guān)與智能組件的有機(jī)結(jié)合體。智能高壓開(kāi)關(guān)除了具備一般斷路器所具備的開(kāi)斷大電流的能力外，還具有測(cè)量、控制、保護(hù)、監(jiān)控等功能，這些新增功能的實(shí)現(xiàn)，則依賴(lài)于智能組件。智能組件負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集高壓開(kāi)關(guān)的電流、溫度、機(jī)械、機(jī)構(gòu)動(dòng)作狀態(tài)等與運(yùn)行可靠性相關(guān)的狀態(tài)量，并轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，通過(guò)IEC61850通訊接口共享給相關(guān)的保護(hù)、測(cè)量、計(jì)量、監(jiān)控、錄波等裝置。因而智能高壓開(kāi)關(guān)集成了傳統(tǒng)高壓開(kāi)關(guān)和部分二次設(shè)備的功能。智能高壓開(kāi)關(guān)是智能化變電站實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)字化、控制網(wǎng)絡(luò)化、狀態(tài)可視化、功能一體化的重要基礎(chǔ)。

2.3 嶄新的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的變電站自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為“站控層”和“間隔層”兩層。站控層網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)等站控層設(shè)備與測(cè)控裝置、保護(hù)裝置等間隔層設(shè)備之間的數(shù)據(jù)連接，站控層網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)是以太網(wǎng)；而間隔層網(wǎng)絡(luò)則是實(shí)現(xiàn)間隔層設(shè)備與互感器等一次設(shè)備之間的連接，它的傳輸介質(zhì)是電纜，其一個(gè)重要作用就是將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量。

智能化變電站的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)除了傳統(tǒng)的“站控層”和“間隔層”外，還新增了一個(gè)“過(guò)程層”，過(guò)程層設(shè)備是指智能組件、光電互感器等能實(shí)時(shí)進(jìn)行電氣量監(jiān)測(cè)、設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)、執(zhí)行操作控制，并能實(shí)現(xiàn)就地光電轉(zhuǎn)換的裝置。過(guò)程層設(shè)備是整個(gè)智能化變電站實(shí)現(xiàn)“智能”的基礎(chǔ)。過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)是光纖，同時(shí)，因?yàn)檫^(guò)程層設(shè)備實(shí)時(shí)向間隔層設(shè)備傳輸變電站運(yùn)行狀態(tài)的信息，所以過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)替代了部分傳統(tǒng)變電站間隔層網(wǎng)絡(luò)的功能。

3 目前智能化變電站需要解決的問(wèn)題

雖然智能化變電站是世界電力發(fā)展的方向，但目前在我國(guó)仍然處于起步階段，存在不少問(wèn)題，如：光電傳感器等一次設(shè)備的生產(chǎn)技術(shù)還不成熟，會(huì)出現(xiàn)絕緣擊穿或爆炸等嚴(yán)重事故，另外，其抗干擾性能差、測(cè)量誤差較大，導(dǎo)致其基本功能并不能很好地滿(mǎn)足使用要求；同時(shí)國(guó)內(nèi)也缺乏統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范，各廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品沒(méi)有相關(guān)技術(shù)規(guī)范的約束，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊；而且其建設(shè)成本偏高，與傳統(tǒng)變電站相比，智能化變電站無(wú)論是設(shè)備成本還是施工成本都相對(duì)偏高。這些因素都制約了智能化變電站的發(fā)展。

4 結(jié) 語(yǔ)

智能化變電站是電力發(fā)展的必然方向，但因?yàn)槟壳叭匀惶幱谄鸩诫A段，所以很多方面仍需要不斷探索改進(jìn)。從傳統(tǒng)變電站過(guò)渡為智能化變電站，是一個(gè)漫長(zhǎng)而復(fù)雜的過(guò)程，需要從管理層面、生產(chǎn)技術(shù)層面、設(shè)備生產(chǎn)層面、施工調(diào)試層面興起一場(chǎng)自上而下的變革，涉及電力系統(tǒng)的各個(gè)部門(mén)，因此決定了這場(chǎng)變革必將長(zhǎng)久而紛繁復(fù)雜，但這是世界電力發(fā)展的必然趨勢(shì)。隨著國(guó)內(nèi)智能化變電站建設(shè)的逐步實(shí)施及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善，電網(wǎng)智能化的進(jìn)程將會(huì)不斷加速。

參考文獻(xiàn)：

[1] 布蘭德（德），羅曼（德），維莫爾（德）.景雷，范建忠，蘇斌（譯）.變電站自動(dòng)化[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009 .

[2] 謝開(kāi)，劉永奇，朱治中，等.面向未來(lái)的智能電網(wǎng)[J].中國(guó)電力，2008，（6）.

[3] Q/GDW 383-2009.智能變電站技術(shù)導(dǎo)則[S].

[4] 國(guó)家電網(wǎng)公司科[2010]131號(hào)，變電站智能化改造技術(shù)規(guī)范[S].

[5] 張伯明，孫宏斌，吳文傳，等.智能電網(wǎng)控制中心技術(shù)的未來(lái)發(fā)展[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，（17）.

[6] 劉振亞.智能電網(wǎng)技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2010.

[7] 許曉慧.智能電網(wǎng)導(dǎo)論[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.

[8] 何光宇，孫英云.智能電網(wǎng)基礎(chǔ)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2010.

[9] 黃新波.變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷[M].北京：中國(guó)電力出版社，2010.

[10] 秦立軍，馬其燕.智能配電網(wǎng)及其關(guān)鍵技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2010.