關于智能電網變電技術與二次系統的探討

國網冀北電力有限公司廊坊供電公司 梁雪梅 王 駿

1.智能變電站設備

1.1 電子式互感器

傳統電磁式互器由于使用了鐵芯，不可避免地存在飽和及鐵磁諧振等問題，難以實現大范圍測量，同一互感器很難同時滿足測量和繼電保護的需要。電磁式電流互感器二次回路不能開路，電壓互感器二次回路不能短路，否則將危及人身及設備安全。電磁式互感器由于絕緣降低，運行中經常發生爆炸現象，危及電力系統安全運行。

針對傳統電磁式互感器的缺陷，電子式互感器逐漸受到國內外的廣泛關注。電子式互感器分為有源與無源兩種，其中全光纖電流互感器為無源型，它基于磁光法拉第效應原理，采用光纖作為傳感介質，不存在鐵磁共振和磁滯后飽和，同時具有頻帶寬、動態范圍大、體積小、重量輕等優點[1]。電子式電流/電壓互感器（ECT/EVT）與保護設備的接口實現途徑，從系統可靠性和技術發展兩個方面考慮，一般采用數字化。即：對ECT/EVT所輸出的電流、電壓信號進行就地數字化后，通過光纖、合并單元、網絡設備等傳輸至保護、測控設備。采樣值數字化傳輸是數字化變電站區別于當前變電站自動化系統的重要技術特征之一。

1.2 智能開關設備

與常規變電站開關設備相比，智能變電站在應用方面進一步加大了開關設備信息化。智能化的開關設備將監測更多設備自身狀態信息，全面實現對開關設備的物理狀況、動作情況、運行工況等方面的信息化實現；在自動化功能方面，進一步實現智能化，在控制功能、狀態自檢測、狀態檢修等方面實現智能化控制操作；設備信息及智能功能，可通過網絡實現與上級系統及其它設備的運行配合，自動化程度更高，具有比常規自動化設備更多、更復雜的自動化功能；具備互動化能力，與上級監控設備、系統及相關設備、調度及用戶等及時交換信息，分布協同操作。

智能開關設備[2]是將信息技術、傳感器與傳統高壓電器組合，用計算機、信息技術、新型傳感器和電力電子技術建立斷路器的二次系統，形成具有智能功能的高壓電器。其主要特點如由微機控制、電力電子組成的執行單元，可按電壓波形控制跳、合閘角度，精確控制跳、合閘過程的時間；新型傳感器與微機相配合，獨立采集運行數據，可早期檢測設備缺陷進行故障預報；采用傳感器技術對高壓設備的運行狀態進行記錄、分類和評估，為設備維護、維修提供決策。監測信息量最大化、判定方式多樣化、綜合監控手段和專家人工智能方法等可使對故障的判定更加準確和及時。采用網絡連接技術，整體信息共享，在斷路器與斷路器、斷路器與間隔層、變電站層之間建立標準化的通信網絡，是故障診斷和狀態監測的重要基礎之一。

未來智能開關設備的特點及功能主要有：

①智能操作功能

智能開關設備可直接處理設備信息并獨立執行本地功能，如采集開關設備運行狀態信號、控制操作等功能。

②智能控制功能

智能開關設備的智能控制功能應能實現在最佳狀態進行開斷，按電壓波形控制跳、合閘角度，精確控制跳、合閘時間，減少瞬時過電壓，并能實現定相位合閘、定相位分閘，按照指定的程序順序控制。

③開關設備工作狀態的在線監測與診斷功能

在線監視功能應能實現對設備的各項電性能，磁性能、溫度、開關機械和機構動作情況進行在線監視，以滿足狀態檢修、狀態監測以及狀態評估的需要，并據此提出檢修計劃，安排實施。

④功能集成

具有保護、測控、錄波、測量計量功能。

⑤開關設備的數字化通信接口

智能開關設備應具備數字化通信接口，以IEC61850通信規約接入變電站自動化系統。具備設備就地調試、打印的接口等。

2.相關技術與二次設備

2.1 在線監測技術

以往對于變壓器、斷路器等變電站一次設備的工作狀況多年來普遍采用對設備進行定期檢修預試制度，即定期停電后進行預防性試驗(離線)來掌握其信息以決定能否繼續運行，存在需要停電、試驗真實性和實時性差等缺點。

智能變電站在線監測[5]與故障診斷系統是通過在線監測各種變電設備的狀態參數，反映設備健康狀況，實現變電設備狀態的在線監測，同時采用專家分析系統進行科學的診斷和分析，以及時發現設備運行中的異常征兆，發出報警，避免發生設備事故，并可為設備狀態檢修提供基礎數據；系統投入實際運行后，可以延長預防性試驗的周期，替代預防性試驗。

智能變電站在線監測系統采集變壓器、斷路器&GIS、電流互感器、電壓互感器等主要高壓設備狀態信息，進行數據采集、實時顯示、診斷分析、故障報警、參數設置等，實現對變電站電氣設備狀態在線監測的系統化和智能化，使其具備自身狀態信息管理、診斷、評估和控制的功能，通過與智能綜合組件結合或集成，構成具有測量、控制、保護、計量和監控功能的統一實體實現其智能化。同時，進行可視化展示并發送到上級系統，為智能電網實現基于狀態檢測的設備全壽命周期綜合優化管理提供基礎數據支撐，全面提升設備智能化水平，實現電網安全在線預警和設備智能化監控。

2.2 合并單元

合并單元作為數字互感器、智能化一次設備、智能化二次保護、測控和計量設備的中間連接環節，其主要功能是接收一次設備的信號，并對采樣的數據進行匯總。根據二次接入設備的要求，輸出相同或不同的數值和開關信號，同時可接收二次設備的輸出信號，至智能化一次設備。

2.3 網絡化的二次設備

智能變電站系統網絡化的二次設備架構采用三層網絡結構：站控層、間隔層、過程層。

站控層[6]包括監控主機、遠動通信機等。站控層由計算機網絡連接的系統主機、工作站、遠動主機、保護信息子站等設備組成，提供變電站內運行的人機聯系界面，實現管理控制間隔層設備等功能，形成全站監控、管理中心，并可與調度中心、集控中心、保護信息主站通信。智能變電站相比傳統變電站，整個站控層網絡采用IEC61850通信標準，其模型描述能力大大提高、裝置互操作性大大增強。

間隔層一般按斷路器間隔劃分，具有測量控制單元或繼電保護元件。站控層、間隔層設備組雙光纖以太網，間隔層保護測控設備直接連接到站控層網絡中。間隔層由各種不同間隔的裝置組成，這些裝置直接通過局域網絡或者串行總線與變電站層聯系；也可設有數據管理機或保護管理機，分別管理各測量、監視元件和各保護元件，然后集中由數據管理機或保護管理機與變電站層通信。

過程層是一次設備與二次設備的結合面，或者說過程層是指智能化電氣設備的智能化部分。過程層的主要功能分為三類：實現運行電氣量檢測；運行設備狀態檢測；操作控制命令執行。智能斷路器或緊湊型斷路器設備、數字互感器及變電站中低壓側的保護測控一體化，實現了變電站機電一體化設計。

3.總結

本文通過對智能電網變電設備與技術的探討，得出結論，實現智能化變電站對我國變電站的自動化運行和管理會帶來深遠的影響，具有重大的技術和經濟意義。

[1]譚文恕.變電站通信網絡和系統協議IEC61850介紹[J].電網技術,2001,25(9):8-9.

[2]高翔.數字化變電站應用技術[M].中國電力出版社,2008.