新一代智能變電站整體設計理念

馮　瀟　張亞娟（航天長征化學工程股份有限公司蘭州分公司，甘肅蘭州　730010）

新一代智能變電站整體設計理念

馮瀟張亞娟
（航天長征化學工程股份有限公司蘭州分公司，甘肅蘭州730010）

智能變電站作為智能電網的基礎及支撐，是智能電網采集運行數據的源頭及執行命令的一個單元，是建設電網的重要內容之一。智能電網的發展方向的轉變、運行及管理方式的創新以及科技的進步都對智能變電站發展提出了更高的要求。該文主要對新一代智能變電站設計理念以及智能變電站關鍵設備及技術進行研究，并預測了未來智能變電站的發展趨勢。

智能變電站設計技術理念

為助于智能電網模式轉變，實現調控整體建設，引導智能電網和變電站發展的方向，就有必要將現有的智能變電站設計、建設、運行及檢修的經驗與存在的問題進行分析研究，結合設計、建設、運行及檢修方法轉變，進行新一代智能變電站研究，整理、歸納智能變電站功能的需求，深入智能變電站核心理論和技術研究以及設備開發，努力在智能電網領域達到中國創造和引領的目的。目前，變電站的設計主要采用供應商主導分專業的設計方式，無法達到變電站整體優化的目標。設計方法與理念受到設備與技術水平的限制，配置和控制等方案仍存在進一步的提升可能。新一代的變電站可實現由分專業的設計轉變為集成化設計。通過集成化設計，可確認設備所具有的功能及其需求，有助于設備的開發；通過對主接線及總平面的優化，可提高智能變電站的設計技術水平，保證將先進的理念和方法應用到設計當中。

1　新一代智能變電站設計理念

1.1系統高度集成

新一代智能變電站通過整合系統功能、優化結構布局、采用“一體化設備、一體化網絡、一體化系統”為技術構架，有效提升變電站優化集成設計水平。“高度集成”的設計理念包括：一次與二次設備高度集成、IED裝置高度集成、網絡高度集成、站域平臺高度集成及設備空間高度集成5個方面。

1.2結構合理布局

在保證電網具備足夠的安全性的條件下，對變電站的主接線進行優化，適當地降低互感器的數量，對一次設備進行合理的位置安排，節約變電站設備及基建的費用；將一次設備與傳感器進行整體化設計，在電子互感器穩定成熟后，可以集成于一次設備當中，從而進一步地增加設備的集成度，使設備所占體積減少；利用好一次設備空余的面積，將有關二次設備放在一次設備的附近進行就地擺放和安裝，與此同時，采取新型安裝機械設備及檢修裝置，便于惡劣氣候條件檢修及維護；減少二次設備屏柜的數量，從而節省建筑面積。

1.3支撐調控一體

優化設備告警信息直傳、變電站全景遠程瀏覽等功能，簡化一體化監控系統配置；深化一鍵式順序控制應用，同時提升高級功能應用水平，滿足無人值守及“大運行”管理模式需求。

1.4設備先進適用

新一代智能變電站采用智能化一次設備，集成化二次系統，改進現有設備，研制新型設備，技術指標先進、性能穩定，全壽命周期長；變電站設計、調試技術取得突破，設計、配置、調試工具方便高效。采用基于圖形用戶界面的設計、配置成套工具，二次虛端子接線設計文件與變電站配置文件無縫接口，CAD圖形文件與SCD模型文件可同步轉換，并具備圖形連接與模型中虛端子自動匹配和校核功能。變電站設計、安裝、調試效率大大提高。

1.5經濟節能環保

新一代智能變電站使用的IED減少30%以上，網絡交換機減少50%，占地減少40%～50%，建筑面積減少62.5%，現場安裝工作量減少60%以上，有效體現智能變電站集成化、模塊化、一體化、標準化和工業化的發展理念。

2　智能變電站關鍵設備及技術

2009年起，在國網范圍內共安排了兩批47座新建智能變電站試點工程建設，試點工程涉及24個網、省、直轄市，覆蓋從66kV—750kV不同電HI等級，采用AIS、GIS、HGIS等設備，涵蓋戶外、戶內、地下變電站等多種類型。至2011年底，智能變電站試點項目已經梭工投產41座，在技術突破、設備創新、功能提升等方面取得了階段性成果。

2.1電子式互感器

電子式互感器在智能變電站試點工程中得到廣泛應用。其中，電子式電流互感器有源型、無源型約各占1/2；電子式電壓互感器絕大多數為有源型，組合式電流電壓互感器也絕大多數為有源型，而從整站配置來看，羅氏線圈電流互感器+電容分壓式電壓互感器是目前電子式互感器的主流配置。在安裝方式上，大多數電子式互感器釆用與HGIS、GIS、開關柜、套管集成安裝的安裝方式。

作為智能變電站的重要設備，電子互感器在釆集數字化、控制網絡化、設備緊湊化、狀態可視化、檢修狀態化等方面發揮了重要的作用，但也因運行時間相對較短、技術還未完全成熟，在實際應用中穩定性、可靠性較常規互感器低。

因電子式互感器的研發、制造、應用仍處于初步階段，在選型配置規范化、安裝調試、運行維護方面，還需完善，尤其在可靠性、穩定性等產品制造方面還存在一些問題，通過優化設計、提高質量、嚴格測試、規范標準等手段，電子式互感器應用有更廣闊的前景。

2.2智能終端

智能終端從功能角度是一種繼電保護裝置，也是一種執行元件，與間隔層保護控制器、負責數據采樣的合并單元（MU）共同組成智能變電站集成保護平臺。它的控制對象可以是斷路器、刀閘、主變壓器等一次設備。其主要功能有：（1）控制輸出功能。智能終端具有開關量（DO）輸出功能，而且應具有可擴展性，輸出量點數可根據工程需要靈活配置；繼電器輸出接點容量應滿足現場實際需要。可以通過模塊化設計，來實現可擴展性和靈活配置。（2）GOOSE命令記錄功能，即具有簡單的事件順序記錄功能（SOE）。記錄的內容有：收到GOOSE命令時刻、GOOSE命令的來源及保護跳合閘等動作時刻等，并能提供便捷的查看方法。（3）斷路器控制功能。可根據工程需要選擇分相控制或三相控制等不同模式。一般情況下，220 kV 及以上電壓等級的斷路器都是采用分相控制的。在初期階段，能夠實現簡單的分合閘控制功能即可。

2.3合并單元

合并單元是電子式互感器與保護、測控等裝置的接口設備，在智能變電站信息傳遞中起著重要的紐帶作用，其不同的配置方案對智能變電站的穩定、可靠運行具有重要影響。在試點智能變電站中，合并單元配置主要有兩種布置方式，即室內布置方式與就地布置方式。

合并單元在調試、運行和檢修過程的問題主要有：（1）合并單元與互感器、采集器之間的干擾問題。（2）合并單元裝置耐高溫、抗干擾問題。智能變電站通過合并單元的應用，實現了電流、電壓等模擬量信息的共享，使以往的硬接線模擬量傳輸方式轉化為光纖數字傳輸方式，簡化了二次接線，節省了大量的電纜硬接線。隨著智能變電站信息應用的擴展和功能應用的提升，合并單元的作用將更加凸顯。

2.4高壓開關設備與智能組件整合

通過模塊化的測量、控制、保護、監測、計量傳感器部件和統一化的電源、信號接口標準，研究高壓開關設備與智能組件整合技術，采用內置插接方式與一次設備集成，實現一次智能設備的測量數字化、控制網絡化、狀態可視化、功能一體化和信息互動化。

2.5時間同步系統

智能變電站的二次系統中電子式互感器、合并單元、交換機、保護測控等設備，保護測控設備的電流電壓等釆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時鐘同步系統提出了嚴格的要求。應用IEEC 61588對時可在避免專門鋪設光纖同步網，只需交換機支持該標準即可。目前支持該標準的交換機價格比較昂貴，在變電站具體實施過程又缺乏具體的設計及運行規范。隨著二次設備就地化、支持IEC61588對時的網絡交換機成熟及價格下降，IEC 61588對時技術在智能變電站將會廣泛應用。

3　未來發展方向

目前，雖然智能變電站知識部分實現了一次設備與二次系統的提升，仍存在著占地面積大、運行效率低等一些問題。一次設備智能化的程度較低，即使實現了一次、二次設備間的數字化連接，但因為智能終端與合并單元的出現，現場增加大量的接口設備，難以實現和一次設備整體化設計；此外，二次系統目前有較大的突破，基本實現了數字信息化，但網絡實現的過程太過復雜，對于信息的傳遞是否可靠還需進一步的驗證，還未實現信息一體化平臺建設。而對于新一代的智能變電站，將會達到統一標準、整體化設計、先進且實用的發展目標，這也就對一次設備占地面積大小、智能化的程度，二次系統的集成程度、支撐調控一體化等問題提出了更高的要求。

4　結語

目前，智能變電站在技術、設備、功能等水平方面實現了較大提升，總體造價與常規變電站相比基本相當，但與外部運行管理轉變要求和內部自身技術發展要求相比仍存在差距，建設理念需要突破，關鍵技術需要創新，專業管理有待提升，需要開展新一代智能變電站的研究和建設。

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