關于智能變電站關鍵技術問題的研究

黃曉揚

摘 要：隨著智能電網不斷的發展，智能化變電站已經被廣泛推廣應用。本文針對現有的智能變電站發展狀況，介紹了智能變電站的系統結構以及相比于傳統變電站的技術特點，并通過各個方面詳細探究了智能變電站發展建設中需要重點關注的一些問題，在今后的發展過程中明確方向，使其得到更好的發展。

關鍵詞：智能變電站；系統結構；重點問題；光電式互感器

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A

引言

智能變電站，是通過數字化變電站演化而來，主要體現在一次設備簡單智能化、二次設備網絡實用化、通訊規約標準統一化，使其更加自動化、智能化，從而滿足電網建設發展的一種新型變電站模式。智能變電站的發展作為智能電網建設的基礎，將有助于智能電網發展建設工作的推進。在當前智能電網發展的大背景下，發展智能變電站已經成為必然趨勢。通過近幾年的發展，智能化變電站技術水平日益提高，已經實現了大規模推廣應用。但由于智能變電站在我國的發展時間較短，智能變電站各方面要求較高，在實際的應用過程中還是需要重視一些關鍵問題，如果能處理好這些問題，將更有助于智能變電站的發展。

1智能變電站的技術特點

智能變電站的操作可以實現程序化、簡單化，減少了運行人員的工作量，提高了設備的可靠性。光電式互感器的應用，解決了傳統互感器飽和、過載、開路、鐵磁諧振等問題。通過智能控制裝置完成了對一次設備的就地數字化。智能控制裝置通過光纖與保護控制裝置通信，上傳開入量并接收間隔層設備的控制命令，完全取消了設備層與間隔層之間的電纜。減少了電磁干擾，提高了保護、測量、計量系統的精度。提高了信號傳輸的可靠性。數字信號在傳輸的過程中的附加誤差極小，采用光纖傳輸，減少了二次接線。通信信道可多個通道傳輸信息，提高了信號傳輸的效率。通過61850規范對各種信息數據進行統一建模，把各自相對獨立發展的各項應用技術模塊集成在變電站自動化系統中，統一信息化保準，對于不同廠家的多種智能電子設備（IED）之間的相互操作得以實現。

2智能變電站的系統結構分析

智能變電站的系統結構相比于傳統結構，劃分更為具體，通過不同結構的各自工作和相互配合，達到優化工作效率的目的。智能變電站的系統結構一般可以分為：站控層、間隔層和設備層三個分層。

2.1站控層

站控層是變電站的主要控制系統，包含監控系統、遠動系統和故障信息、安全保護等子系統，實現面向全站設備的控制、監視、報警及信息交互功能，完成對數據采集和在線監控、五防閉鎖以及保護信息管理、電氣量采集等相關功能。

2.2間隔層

主要連接站控層和設備層。設備一般包括繼電保護裝置、測控裝置、合并單元等設備，主要執行數據的分析、信息的傳送反饋、故障處理等功能。同時也具備監測功能和繼電保護功能，對設備層的工作狀態進行監測，并通過光纖連接同設備層進行通訊。

2.3設備層

設備層是智能變電站的主要工作區間，包含變電站的一次設備、合并單元和智能終端等，主要完成變電站電能分配、變換、傳輸及其測量、控制、保護、計量、狀態監測等相關功能。

3智能變電站建設重點問題思考

雖然智能變電站在電力領域中的使用時間和發展時間比較短暫，但智能變電站的發展卻十分迅速，也取得了一定的成功經驗，并且在各個方面都取得了突破性的進展。但由于智能變電站在我國的發展時間較短，發展水平有限，在實際應用過程中還是會有一些問題，需要我們思考關注。以下是對智能變電站一些關鍵問題的具體歸納。

3.1技術、管理水平

對于智能變電站來講，是對傳統變電站的一種創新，從變電站的基建到變電站的運行與維護等環節，都需要新的技術手段和設備工具。智能變電站的技術特點也決定了平時的維護工作高度融合了保護、通信、自動化等專業知識。因此，智能變電站的運行、建造和維護工作需要有相關專業技術的人才來開展實施，而目前智能變電站方面的人才有限，工作人員的專業水平也有待提高，如果過度依賴廠家技術服務，對智能變電站后的運維工作極為不利。這方面還需要進一步的落實和實施。

除了技術水平要求全面外，運行管理方面也很重要，智能化系統增加了順序控制、協同互助、在線監測等高級應用功能。雖然提高了工作效率、縮短了工作時間，但同時也對運行人員提出了更高的要求。加之在智能終端、合并單元、GOOSE交換機等新的設備出現之后，當設備運行異常時，需要根據現場初步做出判斷，分析故障原因。所以，就需要運維人員掌握各方面專業知識，不斷提高技術水平。

3.2改造實施方案

目前國內存在傳統變電站和數字化變電站來兩大模式。傳統變電站存在采集資源重復、系統多套、廠站設計和調試復雜、互操性差、信息不標準、不規范等問題；數字化變電站存在缺乏相關標準規范、過程層設備穩定性和可靠性有待驗證、缺乏相關評估體系和手段等問題。所以為了電網安全運行水平的進一步提高，迫切需要進行智能化改造。目前的智能化變電站改造工作還處于不斷實踐的過程，還沒有比較理想的實施方案，影響了智能變電站的推廣和普及工作。智能變電站的建設一般采用新建或在原有的基礎上改造的形式來進行，由于傳統變電站的工作原理和技術實施同智能變電站之間存在很大區別，也使得智能化變電站改造工作的開展十分困難。如何更有效、規范的進行智能化改造是我們必須解決的問題。

3.3數據采集、共享

智能變電站中對于數據的采集有著較高的要求，測量精度要求高的的模擬量，宜采用高精度數據采集技術、對于絕對時標和同步有著高精度要求的數據，需要實現統一斷面實時數據的同步采集。所以在智能變電站中對于數據同步采集工作存在著一定的技術困難。在傳統變電站中，各個單元內部的采樣工作可以通過單元結構來實現，無需同其他設備單元配合。在智能變電站中，合并單元作為間隔數據的集中采集源，一旦出現錯誤會使大部分保護閉鎖，擴大故障范圍。在互感器內部，采集數據信息的回路較多，當互感器內部的任何回路出錯時，極易造成信息失效，導致信息采集工作無法正常進行。另外通過光纖傳輸采樣數字信號，存在著開路、斷線的可能，同樣存在采樣異常情況。在數據共享方面，目前的技術普遍只在站內進行數據信息的共享，沒有被整個電網所共用。如果能夠將數據信息有效統計和快速獲取并完全實現數據共享通，將有利于供電可靠性的提高，供電質量的提高和電網運行管理水平的提高。endprint

3.4保護性能

智能變電站中，電子式互感器信息的傳輸方式為先從互感器到合并單元，再從合并單元到交換機設備或保護測控裝置，由于中間傳輸環節較多，增加了傳輸延時。同時保護跳閘出口過程為從保護裝置到智能終端再到開關機構。保護跳閘出口要經過智能終端的處理之后再作用到一次設備機構中，對保護快速性有一定影響。保護動作的延時主要為合并單元、智能終端的處理和光纖傳輸，相比于傳統微機保護慢了5～7ms。另外，對采樣和跳閘點對點的要求，必然會導致光纖的大量集中使用，大量的光接口元件同時作用于同一塊插件，會造成光接口設備功率增大導致發熱。應考慮分散布置的方法，如將母線差動保護、變壓器保護等按主單元和子單元分置，以減少光纖過多集中的影響。

3.5信息安全問題

信息安全問題是智能電網安全的核心問題之一，傳統的變電站設備之間是點對點的通信方式，安全性較高。而智能變電站的信息傳輸和數據共享都是依靠網絡技術來完成和實現，所有智能設備的信息全部集中于局域網上，由于網絡的普遍性和復雜性，容易造成智能變電站的信息流失，就決定了不可避免地存在信息安全隱患。如果某智能設備（IED）受到惡意攻擊時，有可能對整個變電站自動化系統的安全帶來極大的影響。由于變電站智能設備（IED）之間將不再有點對點的硬接線，傳統變電站內裝置之間將不再有明顯的安全隔離點，裝置在任何情況下的隔離措施都將通過軟件來實現，控制、事件記錄等功能也全部通過軟件實現。這種對等方式信息交互的信息機制，將更多地體現為網絡的安全性問題。因此，智能電網的信息安全問題必須充分考慮。目前一些新的安全技術例如網絡防火墻技術、加密技術、權限管理等計算機網絡安全技術的發展，可以給如何更好的進行信息安全防護帶來了新發展的方向。

3.6同步對時

智能變電站的二次系統通常包含光電式互感器、合并單元、交換機、保護測控裝置等設備。傳統互感器、保護測控裝置以及一次設備之間通過光纖連接替代了以往的電纜連接，保護測控設備的電流電壓采樣值輸入也由模擬信號轉變為數字信號輸入，信息的共享程度和數據的實時性大幅度提高，這些變化對智能變電站的同步系統提出了更嚴格的要求。傳統變電站對時是通過判斷動作順序實現，不影響電網的安全運行。智能變電站由于有協同互動功能，必須有精確的絕對時標。站內需采用基于衛星時鐘對時系統，延時精度也需要滿足分布式應用功能的需要，另外從電網安全的方面考慮，在條件成熟的情況下宜優先采用北斗星時鐘對時系統。

3.7光電式互感器的使用

光電式互感器的采用被認為是智能變電站的標志。光電互感技術的發展突破了傳統互感器的不足，大大提高了性能，正在被使用的電子式或光電式互感器，具有無傳導電磁干擾、無磁飽和和諧振、良好的暫態特性、絕緣性好、體積小、安全性高、重量輕等優點，但在實際的應用中，也確實存在一些問題需要被關注。

有源光電互感器（EVT/ECT）的線圈以羅柯夫斯基（Rogowski）線圈為主，工作原理是高壓側通過激光向電子模塊供電，輸出的電信號經過A/D轉換后變為數字信號，再經過LED電路轉化為光信號最后再由光纖傳遞到低壓側。由于該類型光電互感器的傳感頭需要激光進行供電，因此稱為有源型光電互感器。有緣式存在的問題有物理距離受限制、測量精度的溫度漂移問題、需要供電存在運行可靠性問題、易受外界電磁干擾、長期大功率供能影響光器件使用壽命等。無源式電流互感器（OVT/OCT）主要利用法拉第（Faraday）磁光效應，傳感器檢測到被測信號，并將信號通過光纖傳輸到各測量設備。無源式電壓互感器是利用普克爾（Pockels）電光效應。無源式光電互感器不需要激光對傳感頭進行供電，因此高壓測的結構簡單，但是制造困難成本高，高精度測量時很難實現。因此，無源式目前尚未得到廣泛應用，需要進一步進行完善。無緣式存在的問題有晶體雙折射現象、發光源LED老化、光前的偏振效果、維爾德常數溫度效應等。因此在智能變電站的建設推廣工作中，需要重點考慮互感器各種優缺點，進行合理配置。

3.8創新點的實踐

通過對智能變電站的發展建設，不斷地探索研究，如何有效利用其多方面創新的功能，也是一個很有意義的問題。例如變電站一次設備智能化，即狀態監測、診斷、智能預警、狀態檢修及資產評估。通過智能變電站與大用戶、相關變電站及調度中心之間的互動協作。支持電能質量控制、變壓器經濟運行及電壓有無功宏觀上的協調控制。在今后的發展過程中需著重考慮怎樣通過以上的多種應用水平，提高智能變智能應用水平。

3.9綠色環保

智能變電站的定義，首先是要采用先進、可靠、集成、低碳、環保的智能設備。隨著城市的快速發展，對電力的需求也越來越大，但由于變電站進城難落地難的問題，大力發展占地更小，更加環保的集成式智能變電站已成為今后發展的大趨勢。面對全球能源的緊缺，環保低碳、可持續發展逐步成為各國能源政策的主旋律。為了符合當前社會的發展現狀，在加強變電站的建設時，要堅持節能環保、可持續發展的原則。通過資源優化、設備配置優化等一系列方式，不斷研究創新，實現智能變電站真正的環保、低碳。

結語

智能變電站實現了信息的網絡化、智能化、信息數據的標準化、共享化等高級功能要求，提高了電網運行水平，這對于我國電力事業的發展有著非常重大的意義。但在智能變電站的發展過程中，也存在著一些不足和關鍵問題，需要我們不斷的研究和完善，找到更合理的解決方案，使智能變電站的發展更加快速、穩定。

參考文獻

[1]楊波，王冬云.智能變電站高級應用功能研究[J].中國電力教育，2010（32）.

[2]段澤辰.河濱220kV智能變電站數字化技術的應用[J].寧夏電力，2012（02）：1-5.

[3]陳文升，錢文克，樓曉東.智能變電站實現方式研究及展望[J].華東電力，2010，38（10）.

[4]王海英.智能變電站的研究及建設展望[J].華北電業，2013（01）.

[5]田瑞萍，李嶺.淺談智能變電站運行管理[J].中國新技術新產品，2013（09）.endprint