淺談智能變電站技術

摘要：文章通過介紹智能變電站技術的各關鍵支撐技術，對比常規變電站各技術特點及運行維護習慣，發掘智能變電站的技術優勢及展望其發展趨勢，發現智能變電站具有排除故障更加快速、檢修更加便捷、制定運行方式更加科學合理等諸多優勢，智能變電站技術將成為電力系統重要的關鍵技術，為電力系統安全高效運行保駕護航。

關鍵詞：智能變電站；資源配置；關鍵支撐技術；電力故障；故障定位；故障檢修 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM411 文章編號：1009-2374（2015）16-0128-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.16.063

1 概述

隨著電力系統接入設備的豐富，計算機技術的空前發展，電網對智能化水平的需求大大提升。智能電網是實施新能源戰略和優化電力能源配置的重要平臺，涵蓋發電、輸電、配電、用電和調度各環節，廣泛利用先進的材料和技術，實現清潔能源的大規模接入與利用，提高能源利用效率，確保安全、可靠、優質的電力供應。在2010年和2011年政府工作報告中都提出了“加強智能電網建設”，并將智能電網建設納入國家國民經濟和社會發展“十二五”規劃綱要中。這表明，智能電網已作為國家戰略予以推進實施。變電站作為電網的中繼站，承擔著電能傳輸過程中改變電壓、控制和分配電能的作用，變電站由于其涉及的設備品類繁多、智能化水平要求高的特點，作為電網智能化水平的重要體現。智能變電站技術是通過智能硬件設備，智能軟件系統，自動化技術，智能化測量、儀表等技術，實現安全、可靠、自愈、兼容、協調的功能。本文通過介紹智能變電站技術的應用來展望未來智能電網的發展趨勢。

2 硬件設備智能化

在變電站自動化領域中，智能化電氣設備的發展，特別是智能開關、光電式互感器設備的出現，變電站自動化技術進入了新階段。現階段的變電站實現了實時自動控制、智能調節、在線分析決策等功能，豐富了電力系統的控制方法和決策方式，借助人工智能手段更科學地管理及分配電能，為電力系統優化資源配置、節能減排提供巨大幫助。應用智能化的設備是智能變電站與常規變電站的主要區別標志之一，智能變電站通過配置智能終端進行就地采樣，實現測量數字化；通過傳感器實現設備可視化；通過集成各類檢測數據，實現狀態化檢修、智能告警、變電站順序控制、自動方式選擇等一系列智能化操作，大大提升變電站設備管理水平，延長設備壽命。

2.1 一次設備智能化

智能設備即是在一次設備的基礎上加裝內嵌包含狀態監測單元的智能組件，再加上外置智能組件，以實現輸出所需的各監測信息的新型變電站設備。其中包括：斷路器及隔離開關的信息采集、狀態監測和數據測量；主變壓器非電量信號采集、油微水信號采集、狀態數據監測；電子式電流互感器數據測量及A/D采樣轉化。

下面以光學原理的電子式電流互感器的應用作為例子，介紹一次設備智能化的先進性。光學原理電流互感器是指采用光學器件作為電流傳感器測量工具，即由光學設備把電信號轉換為光信號，然后再把光信號進行光纖傳輸的新型電流互感器（見圖1）。電子式互感器的高壓平臺傳感頭完成模擬量的數值采樣（即采集模塊），利用光纖傳輸將數字信號傳送到二次的保護、計量和測控系統。光電電流互感器可達到測量級0.2或0.2S級，保護級5P級；光電電壓互感器可達到測量級0.2級，保護級3P級；光電電子式互感器輸出數字信號，在傳輸和二次設備處理的過程中無附加誤差，提高了保護、測量和計量系統的準確度。

由于光電子式CT在終端側就已經把電信號轉換為光信號，再把轉換后的光信號通過光纖傳輸至相關的二次設備上進行數據分析處理，大大減少了常規變電站由場地設備至主控室各屏柜的二次電纜。同時，新型的光學電子式CT實現了高壓設備與控制設備完全隔離，安全性高；具有抗電磁干擾性能好，低壓側無開路高壓危險；電子式CT的高壓側和低壓側之間只存在光纖聯系，信號通過光纖傳輸，高壓回路與二次回路在電氣上完全隔離，互感器具有較好的抗電磁干擾能力，低壓側無開路引起的高電壓危險。光電式互感器輸出的數字信號可以很方便地進行數據通信，可以將需要取用的互感器信號匯聚在一個現場總線網絡，實現數據共享。光纖系統取代傳

統的電氣系統是未來變電站建設與改造的必然趨勢。

2.2 二次設備智能化

智能變電站網絡化二次設備由過程層、間隔層、站控層構成，建立在IEC61850標準和通信規范基礎上，能夠實現變電站內智能電氣設備間信息共享和互操作的現代化變電站。在此基礎上實現變電站運行操作自動化、變電站信息共享、實現智能化電網調度和控制。從傳統變電站與智能化變電站二次網絡結構的對比（見圖2），發現傳統變電站與智能變電站之間存在巨大差異。

首先，應用全球通用標準IEC61850標準，促進了電力系統自動化的規范、統一，通過該標準實現智能變電站的工程運作標準化。對比傳統變電站的103規約形式，IEC61850標準實現了不同廠家、不同設備之間的無縫聯接，減少傳統變電站不同廠家間規約轉換器的使用。變電站內的智能電子設備（測控單元和繼電保護）均采用統一的協議，通過網絡進行信息交換。采用該標準還可使變電站自動化設備具有自描述、自診斷和即插即用的特性，極大地方便了系統的集成，降低了變電站自動化系統的工程費用。

其次，整合資源，集成優化設備。智能變電站應用了集成的硬件系統，將多個不同邏輯問題固化到智能變電站同一個設備上，通過優化集成變電站的監視、控制、保護、故障錄波、測量與計量等二次系統功能，促成智能變電站內部設備信息共享、多功能整合，達到減少硬件重復配置、降低投資的目標。

3 軟件系統智能化

智能變電站中的軟件技術對于保證龐大復雜的電力系統安全穩定運行，提高自動化水平意義深遠。智能變電站的軟件系統能夠自動實現信息數據的采集、匯集、分析、處理與控制，通過站端硬件系統進行數據采集，通過傳輸系統進行數據匯集，通過引入智能化的軟件系統對收集的數據進行分析處理，最終實現智能變電站內部的順序控制、實時狀態化檢修、遠程操作等功能。

首先是應用變電站順序控制。智能變電站順序控制滿足無人值班站遠程自動控制的要求，即通常所說的“自動倒閘操作”。應用于智能變電站一鍵式順序控制系統可接收執行調度中心或當地后臺系統發出的控制指令，自動完成相關運行方式倒換，即變電站控制系統自動生成所需運行方式的操作票，在沒有人為干預的情況下自動完成設備運行方式轉變操作。順序控制操作可以有效縮短停電時間、減少人為操作事故、提高變電站運行可靠性、減少單一重復操作工作量，具有可觀的經濟效益和社會效益。其次是開展變電站實時狀態化檢修。智能變電站通過廣泛應用在線監測設備，實現設備實時在線狀態化檢修。在智能變電站中，通過對運行設備內部、外部進行一系列光的、電的、氣體的等敏感信息大量數據的在線監測，獲取電網運行狀態數據、各種故障和動作信息，反映智能變電站內部各設備實時狀態。例如對主變、HGIS/GIS、避雷器等設備的在線監測，監測的參量為主變油色譜、HGIS/GIS SF6氣體微水和局部放電、避雷器泄漏電流等，這樣可以獲悉主變、HGIS/GIS、避雷器等設備監測當下的狀態信息，借助于智能變電站狀態監測與診斷系統，結合被監測設備的結構特性和參數、運行歷史數據及環境因素，對被監測設備工作狀態和剩余壽命做出評估，為變電站設備檢修提供可靠依據。

4 智能化變電站自動化系統

網絡系統是智能化變電站自動化系統的核心，信息傳輸的速度決定了系統的生命。智能變電站自動化系統采用100MHz以太網技術，大大地提升了變電站自動化過程控制速率，這是現場總線技術無法企及的。常規變電站自動化系統，保護裝置的信息采集與保護運算是在同一個CPU控制下進行的；而全智能化的系統，信息的采樣、保護算法與控制命令的形成是由網絡上多個CPU協同完成的，智能變電站自動化系統使得同步采樣、A/D轉換、運算、輸出控制命令整個流程更快捷。

5 展望

未來智能變電站將朝著更加智能、更加高效、更好地服務電力系統的方向發展，它將實現自適應控制策略和促使調試方法的重大改變。

智能變電站實現自適應控制策略。整合繼電保護、通信及運行方式等專業，發揮地區樞紐控制的方式，徹底顛覆電網繼保定值整定、運行方式安排、檢修等各專業傳統業務，以智能變電站技術為依托，整合各專業資源，減輕電網各專業工作量，提高工作效率。對于缺陷及事故處理更加快捷高效，對于方式安排的策略上更加科學有效，依據智能變電站自適應控制策略，更加合理地安排經濟運行方式，避免人為過失造成的誤操作及誤整定事件。

智能變電站促使調試方法的改變。基于智能變電站各層設備通過網絡連接，設備間的連接是基于網絡傳輸數字信號的事實，原常規變電站二次設備點對點的電纜連接被網絡化的光纜連接取代，顛覆了傳統端子的概念。常規變電站的調試方式是單設備或單屏調試，裝置直發現場調試驗收，智能化變電站引入工廠驗收測試及現場驗收測試的概念，即測試智能終端的正確性及可靠性，有別于常規變電站接線調試，智能變電站采用的全部是報文信息，除了連接好光纖之外，還需要配置好IEC61850系統參數及報文相關信息。

6 結語

從變電站本身來看，智能變電站節約資源，節能減排。采用集成的設備，較常規變電站大大縮小變電站占地，節約土地；大部分采用光纖通信，大大減少控制電纜使用；采用智能化的輔助系統，可以根據不同的溫度、光照強度控制變電站照明亮度，減少站用電損耗。

從變電站建設的角度來看，采用優化集成的設備、多功能整合資源、數據共享等途徑減少硬件配置、降低投資成本。通過應用統一的IEC61850標準，實現了不同廠家、不同設備之間的無縫聯接，加快了工程建設

進度。從變電站后期的維護來看，變電站順序控制、變電站實時狀態化檢修、自動告警等功能大大減輕了電力系統技術人員的工作量，同時也避免人為過失造成的誤操作，更加安全高效地進行電力生產活動。總之，智能變電站集“智能、高效、綠色、環保”于一身，開發前景廣闊，是未來變電站發展的必然趨勢。

參考文獻

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作者簡介：鄧永生（1984-），男，廣東韶關人，廣東電網有限責任公司韶關供電局電氣工程師，研究方向：電力工程建設及技術管理。

（責任編輯：蔣建華）