終端程序化式智能變電站的探討

黃傳水

摘 要：隨著智能變電站二次設備的日趨成熟，將現有的保護裝置、測控裝置設備優化成終端程序（APP模式）是今后智能變電站發展趨勢。重點針對終端程序化進行了分析，并對終端程序化智能變電站的應用前景進行了展望；同時介紹了智能變電站的定義及特點。

關鍵詞：智能變電站；終端程序；保護；測控；系統功能

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A

0.引言

隨著社會經濟的發展和世界科技進步，變電站自動化技術的發展主要有3個階段：

（1）分立元件構成的自控裝置階段：該階段又可經歷電磁式、晶體管式、集成電路式3個階段，時間上屬于20世紀70年代以前。

（2）以微機處理器（MPU）為核心的智能自動裝置階段：1971年，世界上第一個微機處理器問世，MPU取代晶體管及集成電路組成的分立元件，測量準確度提高，可靠性提升，部分功能有所擴展，但仍維持原有的功能邏輯，通信與信息資源共享無法實現，導致變電站在實際上成為了自動化的孤島。

（3）智能化時代：始于20世紀80年代中后期，在這基礎上又進入了全數字化、智能化的時代。

（4）變電站綜合自動化和變電站自動化階段：變電站綜合自動化系統是將變電站的二次設備（包括測量儀表、信號系統、繼電保護、運動裝置以及自動化裝置）在功能的優化組合以及重新設計下，使用現代化電子信息技術、計算機技術、信號處理技術以及通信技術與電力系統的有關理論和技術相結合，實現對全變電站的主要設備以及配、輸電線路的測量、自動監視、自動控制、保護、調度通信等綜合自動化功能性配置。

20世紀80年代和90年代中期，國內外都把具有上述功能的系統稱作變電站綜合自動化系統，以區別只有局部功能的自動化系統。1997年國際電網大會工作組在其報告中采用了“變電站自動化”和“變電站自動化系統”的名詞，此后IEC61850標準采用“變電站自動化系統”（SAS）的名詞，并給出了一個十分簡明扼要、極具概況性的定義：SAS就是在變電站提供包括通信基礎設施在內的自動化系統。

當前智能變電站的發展建設，是基于二次設備研發技術的高速發展，變電站集成理念逐漸深入人心，變電站建設理念逐漸趨向于減少占地面積、節約成本造價、提升供電效率的標點所發展理念。智能變電的節能環保、運行安全、調控靈活以及維護成本低的優勢，是時代發展過程中的必然趨勢。

本文對智能變電站的保護設備和監控系統設備的程序化設想進行討論和分析，以期為智能變電站的建設發展提供參考依據。

1.智能變電站的優勢

智能變電站是由具有可靠性、先進性、集成性、環保性、低碳性的設備科學組合所形成，智能變電站的基本要求為通信平臺網絡化、全站信息數字化、高壓設備智能化、系統功能集成化、信息共享標準化、運作狀態可視化以及設計結構緊密化等智能化技術特征，滿足電網系統信息傳輸，通過靈活的信息傳遞共享，能夠為變電所決策提供方便，進而提高整個電網運行可靠性及經濟性的新一代變電站。在智能電網中高壓設備智能化發揮著重要作用，這也是傳統電網與智能電網的重要區分標志。

第一，智能變電站具有較高的可靠性，智能變電站的高度可靠性也是智能電網的要求之一。高度可靠性體現在變電站和站內設備可靠性較高，以及變電站本身具備自我診斷以及自我處理功能，對設備故障進行及早預防，及時預警，在設備故障時能第一時間做出相應處理，從而有效降低因設備故障帶來的供電損失。

第二，智能變電站具有較強的交互性。智能電網需要通過智能變電站所提供的實時、準確、可靠、安全的信息，使智能電網運行、控制得以滿足。智能變電站所采集的信息在實現站內共享的同時，也要與電網內部其他高級應用系統的關聯對象進行實時互動，從而使各級電網運行具有安全性、穩定性以及經濟適用性的基本特點。

第三，智能變電站具有高度集成化。智能變電站是將現代化網絡技術、電力電子技術、現代通信技術、計算機技術、控制技術、傳感測量技術等多種先進技術與原有的變電站技術相融合，在此基礎上兼容虛擬電廠技術和微網技術，使變電站的數據采集模式加以簡化，使統一的電網信息支撐平臺得以形成，并為電網實時控制、在線分析以及智能調節等電網系統高級應用提供信息支持技術。

第四，智能變電站具有環保低碳的特點。智能變電站通過光纖接線代替了傳統的電纜接線；并在變電站內的電子設備應用具有高度集成化和低功耗的電子元器件；同時使用電子式互感器取代傳統的互感器，從而使變電站的資源消耗和建設成本能夠有效降低，降低變電站內部所產生的噪音、輻射、電磁干擾以及電磁污染，使變電站內部的電磁環境能夠有效凈化，使變電站的性能得以優化，從而使其更符合現今環境保護以及可持續發展戰略的基本要求。

2.智能變電站二次設備網絡組成架構（以110kV變電站直采直跳方式為例）

智能變電站自動化系統的邏輯功能是由站控層、過程層以及間隔層的3層設備共同組成。站控層主要工作是監督、管理站內所有設備的運行狀態，以及信息交互工作，其主要是由主機、操控員、通信裝置、其他二次功能設備構成。間隔層是在站控層功能失效后依然能夠實現獨立完成就地監控，是由若干個二次子系統組成。過程層的主要工作是采集電氣量、實時監控設備的運行情況并發送相應的控制執行命令等內容主要是有電子式互感器或常規互感器、合并單元、智能終端組成。在進行智能變電站自動化系統建設時需要保證所有設備IDE接口一致，并且在系統建設成功后需要通過第三方平臺對整個智能變電站自動化系統進行檢測。

從上面來看，現有智能變電站二次設備主要是從合并單元智能終端一體化裝置或合并單元—測控裝置、保護裝置或自動化裝置—間隔層網絡或站控層網絡。

目前該鐘方式，設備上與以往的常規計算機監控系統變電站便沒有優化設備，反而增加了不少二次設備，如合并單元智能終端一體化裝置、光纖配線箱、直流單元等，邏輯上來說設備的網絡組成已經達到了智能變要求，在同規模變電站的情況下過多的二次設備投入反而增加了建設成本和今后的維護成本。為此優化智能變電站二次設備是今后智能變發展和研究的方向。endprint

3.把測控裝置、保護裝置或自動化裝置進化成終端程序設想

在當前各中應用程序（APP模式）的廣泛應用和大數據統計日益成熟和穩定的情況下。把終端程序程序應用到智能變電站，能夠將原有的二次設備，從合并單元智能終端一體化裝置或合并單元—測控裝置、保護裝置或自動化裝置—間隔層網絡或站控層的物理網絡結構優化成：合并單元智能終端一體化裝置（加本間隔測控、保護程序終端）或合并單元—間隔層網絡或站控層（加公共單元的保護、測控程序終端控制器）的物理網絡結構。省去了現有的保護裝置、測控裝置、自動化裝置、直流負荷，大量地節約了二次設備的投入、變電站的占地空間，運行維護更簡潔，比現有的智能變電站更智能。

未來通過終端程序代替現有的保護、測控、自動化裝置。大量的減少了二次設備、屏柜數量以及占用的空間都大幅降低，經濟效益十分顯著。

4.系統功能

（1）當前智能變電主要系統功能

（a）具備數據采集與處理功能；

（b） 實時數據庫的建立，通過對間隔層或者過程層設備的實時數據信息進行存儲和更新；

（c）具備順序控制功能；

（d）使無人值班的相關功能要求得以滿足；

（e）安裝防誤閉鎖裝置；

（f）具備報警處理功能，通過自動化系統的數據采集完成報警信息來源；

（g）具備事故追憶和順序記錄功能；

（h）具備生產畫面以及顯示畫面的功能；

（i）具備在線制表以及在線計算功能；

（j）具備處理數字或者模擬電能量功能；

（k）具備遠程通信功能；

（l）具備人機聯絡功能；

（m）具備系統自我診斷以及自我恢復功能；

（n）具有與其他智能設備連接端口；

（o）具備故障信息管理以及故障保護功能；

（p）具備狀態可視化功能；

（q）具備事故信息綜合分析和故障警告、決策功能；

（r）具備網絡報文記錄、分析功能；

（s）具備對配置管理基本信息數據模型和數據自動生成、記錄功能；

（t）具備其他高級運行應用功能。

（2）未來的測控裝置、自動化裝置以及保護裝置需要進化成為終端程序，使其可以安裝在二次設備上更能有效、靈活、安全、穩定的增加各種所需的功能。

結語

本文從變電站自動化技術的發展史，智能變電站的技術特征入手，設想了智能變電從原有的二次設備從合并單元智能終端一體化裝置或合并單元—測控裝置、保護裝置或自動化裝置—間隔層網絡或站控層網絡結構優化成：合并單元智能終端一體化裝置（加本間隔測控、保護程序終端）或合并單元—間隔層網絡或站控層（加公共單元的保護、測控程序終端控制器）網絡結構。未來智能變電站的技術方向依然朝著集約化、智能化以及程序化的方向發展，因此，對于未來智能變電站的研究任務依然是重點內容。

智能變電站作為智能電網的重要組成部分，在發展的過程中必須打破存在其中的專業壁壘，通過融合電力電子、計算機、通信、程序終端、控制技術等先進技術，使變電站資源優化配置的最終目標得以達成，從而使變電站的擴展、維護改造、維護、升級工作更加容易，從而實現智能變電站集約型、高度智能化的工業化發展需求得以滿足。

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