常規(guī)變電站智能化改造探討

嚴(yán)俊波

摘 要：智能變電站在智能電網(wǎng)的建設(shè)中具有舉足輕重的作用。文章結(jié)合宜昌110kV西陵變電站相關(guān)內(nèi)容，探討了常規(guī)變電站智能化改造方案，分析智能變電站改造中存在的問題。

關(guān)鍵詞：常規(guī)變電站；智能化；改造；問題

引言

變電站擁有大量的變電一次和二次設(shè)備，用以切斷或接通電流、改變或者調(diào)整電壓，在電力系統(tǒng)中，變電站是輸電和配電的集結(jié)點，因此，建設(shè)智能電網(wǎng)的重中之重就是要投入大量的智能化變電站，其主要作用就是為電網(wǎng)提供標(biāo)準(zhǔn)的、可靠的節(jié)點支撐。象調(diào)節(jié)器一樣，隨著負(fù)荷的變化來自動增加或減少電量的供應(yīng)，確保節(jié)省能源。智能化變電站的建設(shè)應(yīng)以先進(jìn)的信息化、自動化技術(shù)為基礎(chǔ)，滿足電網(wǎng)出現(xiàn)的各種變化要求，實現(xiàn)電網(wǎng)安全、可靠、靈活和資源優(yōu)化配置的目標(biāo)。宜昌電網(wǎng)目前有220kV變電站19座，110kV變電站56座，對這些常規(guī)變電站進(jìn)行智能化改造是建設(shè)智能電網(wǎng)的必要措施。

1 智能變電站概念

采取先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為根本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護(hù)、計量和監(jiān)測等基本功能，并可根據(jù)電網(wǎng)運行需要達(dá)到實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能，具有高度的模型化、標(biāo)準(zhǔn)化和信息化的特點。它由智能化一次設(shè)備（電子式互感器、智能化開關(guān)等）和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備分層（過程層、間隔層、站控層）構(gòu)建，建立在IEC61850標(biāo)準(zhǔn)和通信規(guī)范基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)變電站運行操作自動化、變電站信息共享化、變電站分區(qū)統(tǒng)一管理、利用計算機仿真技術(shù)實現(xiàn)智能化電網(wǎng)調(diào)度和控制的基礎(chǔ)單元。

2 常規(guī)變電站智能化改造方案

2.1 方案一

在現(xiàn)役變電站中，因為歷史原因有不同的廠家，不同的設(shè)備型號，為了保證不同型號設(shè)備之間的互聯(lián)和操作，達(dá)到過程層和間隔層真正實現(xiàn)IEC 61850的目的，通常常規(guī)設(shè)備被運用在過程層中，間隔層設(shè)備采用電纜硬接線聯(lián)結(jié)方式接入相應(yīng)一次設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用冗余總線型。

間隔層測控和保護(hù)裝置采用IEC 61850與監(jiān)控后臺、遠(yuǎn)動工作站通信，為了達(dá)到問隔層聯(lián)鎖功能，間隔層裝置間的信息交互通過G00SE來完成。本方案實現(xiàn)IEC 61850僅僅在變電站過程層和間隔層之間，因只是在通信層面作文章，所以綜合自動化系統(tǒng)的變電站只要對軟件進(jìn)行升級就行了，變電站智能化改造時改動不會太大。方案的優(yōu)點是實用性和可操作性都較強，當(dāng)前技術(shù)又比較成熟，安全可靠性也高。在宜昌供電公司現(xiàn)役的變電站中具有推廣性，有利于常規(guī)老站的改造。本方案使不同廠家的變電站過程層和間隔層設(shè)備互聯(lián)、互操作成為可能，實現(xiàn)了變電站的信息共享。但缺點是過程層原有的設(shè)備仍然大量運用，所以需要大量的二次電纜來連接設(shè)備。

2.2 方案二

方案二如果不想動一次設(shè)備，只是對設(shè)備本體或附近加裝模擬式輸入合并單元和智能控制單元完成過程層設(shè)備的智能化；全部取消了間隔層設(shè)備模擬輸入、開入和開出，僅通過通信與合并單元、按照G00SE與智能控制單元連接；間隔層、過程層間完系統(tǒng)采用雙星型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

全部通過數(shù)字化連接，取消了大量點對點硬接線連接。常規(guī)PT、CT和一次設(shè)備與間隔層設(shè)備相連通過模擬式輸入合并單元和智能控制單元來實現(xiàn)。充分運用數(shù)字化變電站的理念和技術(shù)，從而達(dá)到更新?lián)Q代的目的。這符合當(dāng)前變電站的發(fā)展要求和水平，特別適用一些運行二十年左右的老站。本方案主要優(yōu)點是：無須更換一次設(shè)備，資金投入小，易于大范圍進(jìn)行改造。即便將來升級，只需將數(shù)字式輸入合并單元替換掉原有的模擬式輸入就行了，其他設(shè)備無需更換，變電站數(shù)字化水平較高。但缺點是由于仍采用常規(guī)的PT、CT，互感器磁飽和和鐵磁諧振問題無法解決，一次和二次設(shè)備電氣無法達(dá)不到理想的隔離；常規(guī)斷路器的智能監(jiān)視和控制功能還遠(yuǎn)未達(dá)到要求，通過智能控制單元與間隔層設(shè)備相聯(lián)，僅僅是實現(xiàn)了信號遠(yuǎn)傳和開關(guān)的遠(yuǎn)控功能。

2.3 方案三

方案三把數(shù)字化技術(shù)運用到變電站各層。下大力氣更換過程層中一次設(shè)備（如互感器更換成非常規(guī)性），對測量、監(jiān)視和控制裝置全部實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化。

與方案一、方案二不同的是，因為新式互感器的應(yīng)用，一二次側(cè)物理隔離完全實現(xiàn)了，大大提高了裝置的可靠性和安全性，根除了常規(guī)互感器存在的問題，動態(tài)余度增大，測量精度提高了；智能斷路器真正實現(xiàn)了一次設(shè)備的智能監(jiān)視和智能控制，設(shè)備故障率和誤動率下降，電網(wǎng)變得更堅強了，狀態(tài)檢修也更方便，因為變電站二次電纜驟降，系統(tǒng)電磁兼容性能提高，設(shè)備占地面積減少，建設(shè)成本也相繼降低；最大限度地實現(xiàn)了信息共享和系統(tǒng)集成，是今后智能化變電站的最終發(fā)展方向。

3 智能變電站改造存在的問題

3.1 智能化變電站自動化系統(tǒng)的研究正在從一次設(shè)備到二次設(shè)備全面發(fā)展。目前研究的關(guān)鍵集中在一次設(shè)備方面，諸如智能化斷路器、非常規(guī)互感器、狀態(tài)檢測等技術(shù)與設(shè)備的研究與開發(fā)。其中主要存在的問題包括：研究開發(fā)過程中不同專業(yè)協(xié)作需要加強。

3.2 電力系統(tǒng)能否安全穩(wěn)定運行取決于繼電保護(hù)裝置的穩(wěn)定可靠運行。繼電保護(hù)裝置在采集相關(guān)數(shù)據(jù)時，必須要保證數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和采集的速度，但保護(hù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集速率（每秒為600 1000點）與監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集速率（每秒1點）兩者相差太大，且一個要波形的變化量和瞬時值，一個要有效值。要想解決這個問題，就得增加一個專門處理速率不相同的采集系統(tǒng)，這樣做實際意義不太，也很難做得到這一點。

3.3 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中的模型不全面、定義不明確及國內(nèi)廠家在邏輯節(jié)點擴展中存在差異；變電站事故自動處理分析等高級應(yīng)用方面還沒有重大突破。現(xiàn)階段智能化變電站技術(shù)應(yīng)用存在的問題和難點主要包括：缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，試驗設(shè)備、檢測方法、檢驗標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程還是薄弱環(huán)節(jié)；建設(shè)模式存在較大差異；信息標(biāo)準(zhǔn)模型需要細(xì)化；一次設(shè)備智能化進(jìn)程進(jìn)展緩慢；產(chǎn)品檢測手段不足、配套的評估體系及方法不具備等。

4 結(jié)束語

宜昌110kV西陵變電站今年即將進(jìn)行智能化變電站改造，該站PT/CT仍采用傳統(tǒng)的PT/CT，而不采用電子式互感器，但其輸出通過合并單元進(jìn)行智能化。并將110kV合并單元、110kV智能終端安裝在戶外柜內(nèi)，110kV主變保護(hù)及測控、線路保護(hù)及測控、公用保護(hù)及測控單元集中安裝在主控制室。10kV部分采用合并單元、智能終端、保護(hù)、測控一體化單元，就地安裝在10kV開關(guān)柜內(nèi)。智能化變電站自動化系統(tǒng)是嶄新的、通信網(wǎng)絡(luò)化、功能集成化、分布式的保護(hù)與控制系統(tǒng)，它除能夠完成現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的保護(hù)、監(jiān)控等功能外，還能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)信息分層、分流交換自動化，能真正實現(xiàn)信息資源的共享，和上級系統(tǒng)及下級系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)。智能化變電站自動化系統(tǒng)一旦真正實現(xiàn)，必將進(jìn)一步推動智能電網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展，提高智能電網(wǎng)的運行管理水平。

參考文獻(xiàn)

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[2]魯建國.常規(guī)變電站智能化改造的研究與分析[D].華北電力大學(xué)，2013.