智能變電站關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展方向

李陽陽

摘 要 智能變電站是智能電網(wǎng)的重要組成部分，是變電站自動化發(fā)展的一個重要里程碑，對建立更加安全、穩(wěn)定、高效的電網(wǎng)系統(tǒng)具有重要意義，其技術(shù)的先進性對推進智能電網(wǎng)的發(fā)展至關(guān)重要，本文主要論述了現(xiàn)階段智能變電站的主要技術(shù)特點及現(xiàn)有技術(shù)近期的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞 智能變電站；關(guān)鍵技術(shù)；發(fā)展

中圖分類號 TM72 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）06-0033-01

智能電網(wǎng)被認為是21世紀(jì)電力系統(tǒng)的重大技術(shù)創(chuàng)新之一，而智能變電站是智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)和支撐。智能變電站是指，采用可靠、集成、先進、環(huán)保、低碳的智能設(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)化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監(jiān)測等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能的變電站[ 1 ]。

智能變電站的安全運行是電網(wǎng)安全運行的保障，而其技術(shù)的先進性對推進智能電網(wǎng)的發(fā)展至關(guān)重要。本文將對目前國內(nèi)智能變電站現(xiàn)狀及近期智能變電站的技術(shù)發(fā)展方向進行簡單概述。

1 變電站自動化的發(fā)展歷程

變電站的自動化發(fā)展歷程經(jīng)歷了3個階段。各個階段的技術(shù)特點如下：

變電站自動化發(fā)展的第一階段：1）面向功能的集中式遠動終端裝置+常規(guī)保護；2）常規(guī)繼電器+二次接線+遠動終端裝置；3）遙控信息實現(xiàn)二遙或者四遙；4）保護裝置采用硬接點連接；5）功能簡單且系統(tǒng)連接復(fù)雜，系統(tǒng)整體性能指標(biāo)較低。

變電站自動化發(fā)展的第二階段：1）面向功能的分布式單元微機保護加微機測控裝置模式；2）保護裝置與測控裝置分開獨立配置；3）采用現(xiàn)場總線技術(shù)；4）采用通信管理單元；5）系統(tǒng)擴展性能較差。

變電站自動化發(fā)展的第三階段：1）面向?qū)ο蟆⒚嫦蜷g隔設(shè)計的分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；2）采用以間隔為對象的保護測控裝置；3）保護和監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)獨立組網(wǎng)，裝置直接接入以太網(wǎng)；4）系統(tǒng)配置靈活、擴展性強。

2 智能化變電站關(guān)鍵技術(shù)

2.1 互感器技術(shù)

目前智能變電站為完成電壓、電流就地采樣數(shù)字化，主要采用“電子式互感器”或“常規(guī)互感器+合并單元”。

根據(jù)電子式互感器高壓部分是否需要工作電源，電子式互感器可劃分為有源式和無源式兩大類。

相對于傳統(tǒng)互感器，電子式互感器最為顯著的優(yōu)點是其高壓側(cè)與低壓側(cè)無電氣連接，其大大簡化了互感器的絕緣結(jié)構(gòu)，提高了絕緣性能。

電子式互感器相對于常規(guī)互感器還具備暫態(tài)范圍大、輸出信號可直接輸入保護設(shè)備和微機化計量、體積小、質(zhì)量輕等優(yōu)點。

但就近年來的實際運行經(jīng)驗而言，電子式互感器的故障率仍遠高于傳統(tǒng)電流互感器；溫漂問題仍是無源型電流互感器的技術(shù)瓶頸，目前廠家為解決溫漂問題，多采用實測溫度對線性雙折射和維爾德常數(shù)進行補償，但此方法沒有從根本上解決該問題。電子式互感器中采用了光學(xué)器件、電子器件等相對易耗元件，采集器故障率仍較高[ 2 ]。總而言之，由于電子式電流互感器仍處于應(yīng)用初期的磨合階段，有很多技術(shù)問題尚待解決與完善，常規(guī)電流互感器與其相比，在運行可靠性方面及價格仍具有很大優(yōu)勢。因此目前智能變電站仍廣泛采用“常規(guī)互感器+合并單元”的方式。

電子式互感器完全取代“常規(guī)互感器+合并單元”是智能變電站的發(fā)展趨勢，但目前急需解決如下技術(shù)瓶頸：1）無源型電子式互感器溫漂問題；2）有源型電流互感器功能問題；3）長期可靠性問題。

2.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)階段在邏輯上智能變電站網(wǎng)絡(luò)可劃分為三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分別為站控層網(wǎng)絡(luò)、間隔層網(wǎng)絡(luò)和過程層網(wǎng)絡(luò)。

2.2.1 站控層網(wǎng)絡(luò)

站控層網(wǎng)絡(luò)可傳輸MMS報文和GOOSE報文，實現(xiàn)站控層設(shè)備之間、站控層設(shè)備與間隔層設(shè)備之間的通信。

站控層網(wǎng)絡(luò)采用雙星型拓撲結(jié)構(gòu)，采用雙網(wǎng)雙工冗余網(wǎng)絡(luò)的運行方式，可滿足網(wǎng)絡(luò)無縫切換功能。站控層網(wǎng)絡(luò)采用MMS、GOOSE、SNTP時間同步三網(wǎng)合一、共網(wǎng)運行。

2.2.2 間隔層網(wǎng)絡(luò)

間隔層網(wǎng)絡(luò)可傳輸MMS報文和GOOSE報文，實現(xiàn)間隔層設(shè)備與本間隔其他設(shè)備、與其他間隔設(shè)備之間的通信。

目前智能變電站間隔層網(wǎng)絡(luò)廣泛采用雙重化星形以太網(wǎng)絡(luò)，間隔層設(shè)備通過兩個相互獨立的以太網(wǎng)控制器接入雙重化的站控層網(wǎng)絡(luò)。

2.2.3 過程層網(wǎng)絡(luò)

過程層網(wǎng)絡(luò)傳輸GOOSE報文及SV報文，完成過程層設(shè)備之間、間隔層設(shè)備之間、過程層與間隔層設(shè)備之間的通信。

目前智能變電站各電壓等級過程層網(wǎng)絡(luò)通常采用如下配置方案：500kV過程層SV、GOOSE網(wǎng)絡(luò)采用星形雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)獨立配置，220kV過程層SV與GOOSE共網(wǎng)傳輸、雙網(wǎng)配置，110kV過程層SV與GOOSE網(wǎng)共網(wǎng)傳輸、單網(wǎng)配置，35kV、10kV不配置獨立過程層網(wǎng)絡(luò)[ 3 ]。

未來隨著二次設(shè)備就地下放及一次、二次設(shè)備完全整合，智能變電站的可將現(xiàn)階段的三層設(shè)備兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化為兩側(cè)設(shè)備一層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

2.3 一次設(shè)備在線監(jiān)測

智能變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)是變電站綜合監(jiān)測、故障診斷的在線動態(tài)系統(tǒng)，可為智能變電站提供在線監(jiān)測與故障診斷的整體解決方案。

智能變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)可對變壓器繞組溫度及負荷、變壓器油中氣體及水含量、變壓器絕緣、變壓器輔助設(shè)備（油泵、有載調(diào)壓開關(guān)、冷卻設(shè)備、繼電器）、變壓器局放、GIS及斷路器中SF6氣體含量、斷路器動作特性、設(shè)備絕緣（電流互感器、容性電壓互感器、避雷器）、電纜溫度和電纜局放等運行特性進行綜合監(jiān)測。

智能變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)可靠性高、互換性好、準(zhǔn)確性高，智能變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)是采用標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)方式、數(shù)據(jù)格式、通訊規(guī)約等全面集成的，而不是現(xiàn)有在線監(jiān)測系統(tǒng)在后臺監(jiān)測軟件層面上的簡單集成。智能變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)采用基于多信息融合技術(shù)的綜合故障診斷模型，結(jié)合運行參數(shù)和結(jié)構(gòu)特性、歷史運行狀態(tài)及環(huán)境因素，依據(jù)獲得的電力設(shè)備狀態(tài)信息，對電力設(shè)備運行狀態(tài)及剩余運行壽命進行評估。對已經(jīng)發(fā)生的故障進行分析、對正在發(fā)生的故障進行判斷、對可能發(fā)生的故障進行預(yù)測，明確故障的原因、屬性、類型、性質(zhì)，指出故障發(fā)展的后果和趨勢，有效地提出故障發(fā)展和根除故障的對策，達到預(yù)防和避免電力設(shè)備事故發(fā)生、保證運行設(shè)備安全、可靠運行的目的。

但目前智能變電站在線監(jiān)測技術(shù)，還無法實現(xiàn)囊括所有設(shè)備全面在線監(jiān)測的可能性，在線監(jiān)測系統(tǒng)一體化，并由自動化系統(tǒng)集成是未來一次設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展方向。

3 結(jié)論

2009年5月，國家電網(wǎng)在全國共選取了47個新建變電站作為智能變電站試點工程，試點工程在原理研究、設(shè)備研制、設(shè)計優(yōu)化、標(biāo)準(zhǔn)制定等方面取得了許多創(chuàng)新成果[4]。但現(xiàn)階段我國智能變電站建設(shè)仍處于技術(shù)的儲備期和快速發(fā)展期，電網(wǎng)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變、管理模式的創(chuàng)新對智能變電站提出了新的要求，未來智能變電站應(yīng)以“結(jié)構(gòu)布局合理、系統(tǒng)高度集成、技術(shù)裝備先進、經(jīng)濟節(jié)能環(huán)保”為建設(shè)目標(biāo)。總結(jié)現(xiàn)有智能變電站的技術(shù)特點，加強技術(shù)研發(fā)是推薦智能電網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵。

參考文獻

[1]李瑞生，李燕斌.智能變電站功能架構(gòu)及設(shè)計原則[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2010，38（21）：24.

[2]王莉，韓海生.智能變電站自動化系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析[J].電力科技，2017（21）：214.

[3]國家電網(wǎng)公司.國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計：110（66）-750kV智能變電站部分（2011年版）[M].北京：中國電力出版社，2010.

[4]宋璇坤，沈江等.新一代智能變電站感念設(shè)計[J].電力建設(shè)，2013，34（6）：11.