智能變電站設(shè)備與設(shè)計(jì)框架分析與研究

摘 要：智能變電站是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要組成部分，變電站一、二次設(shè)備的智能化程度是智能變電站的重要標(biāo)志。它可以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地反映變電站各類設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在隱患及出現(xiàn)的故障，在降低設(shè)備投入成本的同時(shí)，優(yōu)化設(shè)備配置，提高設(shè)備效率。同時(shí)，還能夠預(yù)知設(shè)備故障，提高調(diào)控中心提供設(shè)備的預(yù)知能力。智能變電站設(shè)計(jì)，采取以構(gòu)建變電站智能化網(wǎng)絡(luò)框架為前期基礎(chǔ)。全站網(wǎng)絡(luò)在邏輯功能上由站控層、間隔層、過(guò)程層組成。該框架是電網(wǎng)信息處理的基礎(chǔ)，直接和能量系統(tǒng)耦合。

關(guān)鍵詞：智能變電站；一次設(shè)備；二次設(shè)備；框架設(shè)計(jì)

1 概述

智能化一、二次設(shè)備作為智能化變電站重要基本元素主要采用統(tǒng)一的信息接口，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、在線測(cè)量、控制、保護(hù)，以及信息通信數(shù)據(jù)交換技術(shù)一體的智能化設(shè)備，可以滿足智能電網(wǎng)一體化的整體需求。智能化設(shè)備可以通過(guò)自身集成的狀態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備做出可靠的自我評(píng)價(jià)，判斷一次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，識(shí)別、傳送故障的早期征兆，及時(shí)做出相應(yīng)自制反應(yīng)。在故障發(fā)生的同時(shí)對(duì)故障進(jìn)行分析，對(duì)故障環(huán)節(jié)及損壞程度進(jìn)行評(píng)估。并且滿足電源接入和撤出電網(wǎng)的靈活性要求。

2 智能化一次設(shè)備

智能變電站與常規(guī)變電站的主要區(qū)別因素就是智能變電站智能化一次設(shè)備的配置能力要明顯優(yōu)于常規(guī)變電站。其數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、可視化、狀態(tài)評(píng)價(jià)是主要特點(diǎn)，通過(guò)建立設(shè)備在線監(jiān)測(cè)模塊、配置合并單元和智能終端，并采取傳感器與設(shè)備的一體化安裝建立起來(lái)的智能化程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于常規(guī)變電站。此外，后臺(tái)的集成系統(tǒng)將設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)一匯總整理分析，在提高設(shè)備運(yùn)行管理質(zhì)量的同時(shí)，為設(shè)備狀態(tài)檢修和遠(yuǎn)程自動(dòng)化提供了便利條件，設(shè)備壽命不但得以延長(zhǎng)，其全壽命周期成本還有效降低。

智能化一次設(shè)備包括以下三個(gè)組成部分：

（1）設(shè)備的本體。

（2）設(shè)備傳感器，除某些帶有執(zhí)行器的一次設(shè)備（電動(dòng)機(jī)）外，互感器基本都采取以下三種形式，一是在高壓設(shè)備的元器件中安裝，二是內(nèi)置于高壓設(shè)備本體，三是外置于高壓設(shè)備本體。

（3）智能化組件，它主要是由設(shè)備測(cè)量裝置、檢測(cè)裝置、計(jì)量裝置、控制裝置、保護(hù)裝置集合而成，一次設(shè)備、傳感器及智能化組建形成了一個(gè)有機(jī)整體，實(shí)現(xiàn)常規(guī)變電站與站內(nèi)一次主設(shè)備相關(guān)的測(cè)量、控制、計(jì)量、監(jiān)測(cè)、保護(hù)等全部或部分功能。智能組件與傳感器之間通常由模擬信號(hào)電纜連接，與執(zhí)行器之間通常由模擬信號(hào)電纜或光線網(wǎng)絡(luò)連接。

智能一次設(shè)備包含傳感器、執(zhí)行器及智能組件。傳感器采集模擬信號(hào)并傳輸?shù)街悄芙M件，經(jīng)過(guò)智能組件處理，傳送到執(zhí)行器就地動(dòng)作，另一部分無(wú)法就地完成的，由智能組件轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)傳送到上一層。

智能設(shè)備技術(shù)要求：變電站一次設(shè)備應(yīng)具備以下要求，良好的動(dòng)作可靠性、與環(huán)境的適應(yīng)性，并具備就地的智能組件。為了節(jié)省變電站空間，一次設(shè)備往往采用組合型，例如GIS。智能組件應(yīng)具備既拆卸方便簡(jiǎn)潔又高度集成化、運(yùn)行狀態(tài)可視化、測(cè)量分析數(shù)字化、控制操作網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn)。智能組件一般由一個(gè)及以上的電子裝置完成與站控層的數(shù)據(jù)交互，相關(guān)的IED裝置也應(yīng)具備時(shí)鐘信息的識(shí)別及防誤功能。同時(shí)還應(yīng)具備守時(shí)、就地評(píng)估、事故預(yù)警等功能。所有保護(hù)及測(cè)控原件應(yīng)具有標(biāo)準(zhǔn)物理接口，可以即插即用。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)配置方案，確保其功能的準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)。

3 智能化二次設(shè)備

智能變電站對(duì)于智能電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，是重要組成部分，而智能化變電站的重要特征則體現(xiàn)在數(shù)字化的設(shè)備信息，緊湊化的結(jié)構(gòu)組成，集成化的智能功能等方面。通過(guò)二次設(shè)備系統(tǒng)集約統(tǒng)籌，將大大減少接線施工、運(yùn)行維護(hù)的工作量；通過(guò)二次系統(tǒng)優(yōu)化整合，壓縮功能房間的使用面積，有效降低設(shè)備能耗和全壽命周期成本，不斷提高變電站運(yùn)行管理水平，智能電網(wǎng)建設(shè)持續(xù)推進(jìn)。

智能變電站應(yīng)通過(guò)局域網(wǎng)絡(luò)機(jī)制實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化信息交互，為智能化變電站二次系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化各種應(yīng)用功能的實(shí)現(xiàn)提供了重要的技術(shù)支撐。變電站智能化系統(tǒng)配置規(guī)約：通常主機(jī)工作站、通信裝置、分析系統(tǒng)、智能接口設(shè)備組成了變電站站控層。間隔層設(shè)備主要包括測(cè)控、保護(hù)、計(jì)量、處理等裝置，以及智能接口等設(shè)備。

4 智能變電站系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化構(gòu)架

智能變電站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用高速以太網(wǎng)，且支持IEC61850規(guī)約，并滿足傳輸速率大于800Mb/s，所有連接到以太網(wǎng)的各類設(shè)備必須具有必要的通信接口。

全站網(wǎng)絡(luò)在邏輯功能上由站控層、間隔層、過(guò)程層組成。站控層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳捎眯切徒Y(jié)構(gòu)。過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)分為SV（采樣數(shù)據(jù)網(wǎng)）網(wǎng)和 GOOSE網(wǎng)，SV網(wǎng)和GOOSE網(wǎng)物理上相互獨(dú)立，同樣采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。保護(hù)采用雙重化保護(hù)定值，相應(yīng)的過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)也應(yīng)該雙重化配置，以及兩個(gè)過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)完全獨(dú)立，并滿足繼電保護(hù)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直采、直跳的原則。

站控層網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)構(gòu)成站控層以太網(wǎng)，采用智能工作組網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備；10kV網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常屬于站控層網(wǎng)絡(luò)，所以采用智能工作組網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備，通過(guò)光纖接入站控層；對(duì)于構(gòu)成針對(duì)主變壓器GOOSE控制網(wǎng)，采用符合IEC61850的工業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備，且能支持GOOSE技術(shù)。

4.1 過(guò)程層

過(guò)程層（也稱設(shè)備層）是為完成變電站電能分配、變換、傳輸及其測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量、狀態(tài)監(jiān)測(cè)。由一次設(shè)備和二次設(shè)備構(gòu)成，智能設(shè)備由一次設(shè)備和智能組件構(gòu)成，此外還包括其配套的合并單元和智能終端。智能設(shè)備主要由順序控制操作為宜。

4.2 間隔層

間隔層設(shè)備實(shí)現(xiàn)一個(gè)間隔的數(shù)據(jù)，并作用于該間隔一次設(shè)備，并且能夠與各種遠(yuǎn)方輸入/輸出、智能傳感器和控制器通信。由繼電保護(hù)裝置、測(cè)控裝置等二次設(shè)備組成。

4.3 站控層

站控層為信息統(tǒng)一的存取平臺(tái)，功能為將全站各類信息進(jìn)行統(tǒng)一建模，并且建立全景信息統(tǒng)一采集、存儲(chǔ)、處理、展示和上送的功能，為各種高級(jí)應(yīng)用提供可靠、穩(wěn)定和高效的數(shù)據(jù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

智能化一、二次設(shè)備作為智能化變電站重要基本元素主要采用統(tǒng)一的信息接口，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、在線測(cè)量、控制、保護(hù)，以及信息通信數(shù)據(jù)交換技術(shù)一體的智能化設(shè)備，可以滿足智能電網(wǎng)一體化的整體需求。變電站智能化框架設(shè)計(jì)是智能化變電站的核心，是變電站能否達(dá)到智能化要求的關(guān)鍵。通過(guò)對(duì)智能變電站網(wǎng)絡(luò)化框架的分析研究制定站控層、間隔層、過(guò)程層方案，從中優(yōu)化，選擇最終實(shí)施方案，使得變電站建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性、適用性、穩(wěn)定性、環(huán)保性都得到進(jìn)一步提高。

參考文獻(xiàn)

[1]王少軍.智能化變電站建設(shè)的可行性探討[J].中國(guó)電子商務(wù)，2011，10（3）：13-22.

[2]馬麗英.國(guó)內(nèi)數(shù)字化變電站現(xiàn)狀[J].電力學(xué)報(bào)，2011，11（4）：23-28.

[3]秦建偉.智能變電站的關(guān)鍵設(shè)備和技術(shù)[J].裝備機(jī)械，2010，8（9）：34-39.

[4]趙志杰.110kV智能變電站技術(shù)方案[J].云南電力技術(shù)，2012，8（9）：34-39.

[5]薛晨，黎燦兵，黃小慶，等.智能變電站信息一體化應(yīng)用[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2011，31（7）：110-114.

作者簡(jiǎn)介：鄧志輝（1987-），江西崇仁人，畢業(yè)于南昌大學(xué)電力電子與電力傳動(dòng)專業(yè)，主要研究方向：電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與規(guī)劃。