智能變電站的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用分析

肇慶市恒信電力物業(yè)裝飾工程有限公司 劉裔年

1 智能變電站定義與相關(guān)技術(shù)

類(lèi)變電站采用先進(jìn)、低碳、可靠性強(qiáng)的智能設(shè)備，具有自動(dòng)采集信息、監(jiān)測(cè)信息、保護(hù)信息等功能，可滿(mǎn)足全站信息數(shù)字化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化、通

此信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化的要求，還可根據(jù)實(shí)際需求支持電網(wǎng)智能調(diào)節(jié)、實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、協(xié)同互動(dòng)、輔助決策等，屬于具備高級(jí)功能的變電站。在以往常規(guī)變電站設(shè)備通訊中，存在通訊介質(zhì)不統(tǒng)一、通訊協(xié)議不統(tǒng)一、通訊規(guī)約局限性等問(wèn)題，各廠(chǎng)家自行擴(kuò)充應(yīng)用功能，無(wú)法相互操作，規(guī)約數(shù)據(jù)表達(dá)能力限制應(yīng)用功能發(fā)展，且不支持裝置間的通訊功能，而智能變電站便可有效克服上述問(wèn)題。

智能變電站包含三層兩網(wǎng)，同時(shí)也是二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化的主要體現(xiàn)，即站控層、間隔層與過(guò)程層。其中，前兩者以IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)互操作為重心，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；后者以穩(wěn)定可靠為設(shè)計(jì)原則，屏柜內(nèi)使用跳線(xiàn)，相同一小室內(nèi)的平柜之間使用尾纜，跨小室使用光纜。多模光纖主要是指可以傳輸多個(gè)光傳導(dǎo)模，在局域網(wǎng)中應(yīng)用廣泛，接續(xù)簡(jiǎn)單，成本低廉。在變電站中，適用于過(guò)程層組網(wǎng)、直連與光B 碼對(duì)時(shí)等；單模光纖只可傳輸基模，不存在模間時(shí)延差，寬帶大于多模光纖，造價(jià)較高，可在大容量、長(zhǎng)距離通信中應(yīng)用。在變電站中，此類(lèi)光纖的作用在于線(xiàn)路保護(hù)的兩側(cè)間通信。智能變電站的相關(guān)技術(shù)如下：

圖1 智能變電站三層兩網(wǎng)

設(shè)備狀態(tài)可視化。在不同監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中，可將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果展示出來(lái)，與相應(yīng)項(xiàng)目的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)結(jié)果相匹配，利用鮮艷的顏色表示超過(guò)閥值的項(xiàng)目。通過(guò)音效、曲線(xiàn)等將設(shè)備的綜合狀態(tài)展現(xiàn)出來(lái)，這樣便可隨時(shí)根據(jù)設(shè)備各項(xiàng)波形進(jìn)行多階段的功能對(duì)比。

智能預(yù)警。針對(duì)站內(nèi)數(shù)據(jù)、警告信息、故障信息進(jìn)行全面處理，再根據(jù)系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)故障進(jìn)行診斷，提供詳細(xì)的影響度報(bào)告。根據(jù)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的影響，告警信息可分為越線(xiàn)、異常、事故與變位等。事故信息為：因行程開(kāi)關(guān)，信號(hào)保護(hù)閘出口跳閘等進(jìn)行實(shí)時(shí)信號(hào)處理；異常信息：對(duì)電網(wǎng)正常運(yùn)行造成影響的設(shè)備與信息，以設(shè)備異常運(yùn)行的報(bào)警信息為主。告知信息：需定期查詢(xún)的信息。

輔助決策。站內(nèi)的各種智能裝置具有較強(qiáng)的信息檢測(cè)性，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可對(duì)故障信息進(jìn)行全面挖掘，包括記錄信號(hào)、矢量測(cè)量等，最終將站內(nèi)故障分析決策結(jié)果提交給技術(shù)人員[1]。

站域控制。站內(nèi)具備全景數(shù)據(jù)平臺(tái)，可為全站運(yùn)行提供所需數(shù)據(jù)，對(duì)保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)檢測(cè)，對(duì)站內(nèi)信息進(jìn)行綜合處理，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)自動(dòng)操控，使其與電網(wǎng)運(yùn)行規(guī)定相符。站域控制可將現(xiàn)有后備保護(hù)裝置統(tǒng)一起來(lái)，使站內(nèi)信息高度匯集，為后備保護(hù)配置、調(diào)試提供更多便利。

2 智能變電站技術(shù)的應(yīng)用案例

本文以110kV 輸變電工程為例，該工程主變壓器規(guī)模為4×63MVA，電壓等級(jí)為110/10kV，配電裝置為雙母線(xiàn)連接，10kV 側(cè)為單母線(xiàn)四分段環(huán)形接線(xiàn)，無(wú)功補(bǔ)償裝置為4×（4+6）Mvar 并聯(lián)電容器組。配電裝置的布設(shè)方式為：主變壓器與110kV配電裝置為室內(nèi)布設(shè)；10kV 利用戶(hù)內(nèi)開(kāi)關(guān)柜。在電氣二次部分工程中，全站采用智能化變電站設(shè)計(jì)，后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)以DL/T-860（IEC 61850）標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)，具有信息共享、相互操作等功能；10kV 利用測(cè)控獨(dú)立裝置，單獨(dú)組柜放于二次設(shè)備室，10kV 利用保護(hù)測(cè)控一體化裝置，分布于10kV配電室中。過(guò)程層設(shè)備為合并單元、智能終端，主變高、低側(cè)間隔按照雙套配置。

2.1 二次設(shè)備安裝及調(diào)試要點(diǎn)

GIS 智能終端柜。110kV 配電裝置采用GIS 全封閉組合電器，部分采用就地化裝置，二次電纜由GIS 匯控柜至GIS 智能終端柜，智能終端集成后用光纖傳輸?shù)睦^保室內(nèi)屏柜內(nèi)可解決環(huán)境、電磁干擾等對(duì)保護(hù)裝置的影響，減少了數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)，提高就地裝置的運(yùn)行可靠性；采用合并單元智能終端一體化裝置、整合型測(cè)控裝置，簡(jiǎn)化了二次電纜布線(xiàn)，全站集成化水平大幅提升。層次化保護(hù)控制系統(tǒng)應(yīng)用也取得了新突破，實(shí)現(xiàn)站域后備保護(hù)和站域智能控制策略，突破了間隔化保護(hù)控制的局限性，拓展了變電站的智能化應(yīng)用。智能站終端與常規(guī)站調(diào)試的異同：過(guò)程層交換機(jī)組網(wǎng)過(guò)程消除斷鏈；光纖標(biāo)簽的要求更加精細(xì)；過(guò)程層智能終端對(duì)時(shí)采用光B碼對(duì)時(shí)；增加智能組件柜的調(diào)試工作。

光纜敷設(shè)。在電纜敷設(shè)后開(kāi)展光纜敷設(shè)，非金屬光纜應(yīng)根據(jù)要求穿設(shè)PVC 保護(hù)管。廠(chǎng)家提供的尾纖光纜也應(yīng)穿設(shè)PVC 軟管，在條件允許情況下可在電纜層中設(shè)置專(zhuān)門(mén)的金屬屏蔽槽，將全部通信線(xiàn)路、光纖等均從該槽中經(jīng)過(guò)，使電纜敷設(shè)效果得到保障。光纖（包括光纜、尾纜、跳線(xiàn)）和裝置端口兩端應(yīng)貼有正確的標(biāo)識(shí)，應(yīng)表示編號(hào)、類(lèi)型、芯數(shù)、去向等；光纖配盒或光纖配線(xiàn)架應(yīng)提供光纖熔接表。光纜兩端應(yīng)固定良好，纜芯不能承受外力，光纜在任何敷設(shè)方式及其全部路徑條件的上下左右改變部位，均應(yīng)滿(mǎn)足光纜允許彎曲半徑要求（鎧裝光纜敷設(shè)彎曲半徑不應(yīng)小于纜徑的25倍，室內(nèi)軟光纜（尾纖）彎曲半徑靜態(tài)下應(yīng)不小于纜徑的10倍，動(dòng)態(tài)下應(yīng)不小于纜徑的20倍），光纜布放的過(guò)程中應(yīng)無(wú)扭轉(zhuǎn)，嚴(yán)禁打小圈等現(xiàn)象出現(xiàn)。備用光纖接口應(yīng)配置有光模塊，并配有防塵帽。

電源系統(tǒng)安裝。站控層設(shè)備應(yīng)采用交流電源供電，間隔層設(shè)備用直流電源供電，監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備禁止利用常規(guī)交流電源；站控層利用的交流電源以單獨(dú)的UPS 電源系統(tǒng)為主，將UPS 系統(tǒng)冗余設(shè)置，安裝在計(jì)算機(jī)室內(nèi)；UPS 系統(tǒng)中的電源顯示屏等應(yīng)組合處理，為后期檢修維護(hù)提供便利；將屏柜設(shè)置在通風(fēng)順暢的區(qū)域，柜內(nèi)排風(fēng)扇保持正常運(yùn)行；在UPS 運(yùn)行中由用電系統(tǒng)為其提供電能。當(dāng)輸入電源出現(xiàn)故障時(shí)應(yīng)由站內(nèi)蓄電池組經(jīng)逆變供電；UPS 交流、直流兩種供電方式靈活切換，切換時(shí)間不超過(guò)4ms，UPS 的蓄電池組電壓、容量均要符合規(guī)定；將UPS 電源故障告警等信號(hào)與監(jiān)控系統(tǒng)相連，便于及時(shí)發(fā)覺(jué)和處理。

2.2 設(shè)備調(diào)試技術(shù)

保護(hù)裝置單系統(tǒng)調(diào)試。該工程中有兩套110kV 線(xiàn)路保護(hù)，一套母聯(lián)保護(hù)，在虛端子測(cè)試中，SV 配置檢查可通過(guò)數(shù)字測(cè)試儀輸出SV 保溫，利用待測(cè)裝置面板判斷虛端子的連接是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)圖要求；GPPSE 開(kāi)出檢查，通過(guò)繼電保護(hù)儀輸出SV 報(bào)文，模擬保護(hù)動(dòng)作傳遞報(bào)文，利用相關(guān)儀器對(duì)報(bào)文內(nèi)容進(jìn)行查看，并判斷該端子設(shè)計(jì)是否滿(mǎn)足圖紙要求；GOOSE 開(kāi)入檢查，利用保護(hù)儀器輸出報(bào)文，通過(guò)待測(cè)設(shè)備面板顯示情況判定該端子連接的正確性。

充電裝置調(diào)試。確定交流電源輸入系統(tǒng)安裝可靠，絕緣性與規(guī)定要求相符；輸入交流電源如若為雙電源輸入，應(yīng)采取與之相匹配的切換試驗(yàn)，確保試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確；啟動(dòng)充電裝置，對(duì)電流、電壓等參數(shù)進(jìn)行檢查，并查看各個(gè)高頻開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，確保與設(shè)計(jì)規(guī)定相符；充電監(jiān)控模塊應(yīng)與高頻電源之間順暢通信，監(jiān)控內(nèi)容與實(shí)際相一致，監(jiān)控系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)均符合產(chǎn)品要求；利用硅鏈自動(dòng)調(diào)節(jié)控制母線(xiàn)電壓[3]。

保護(hù)同步性測(cè)試。跨間隔保護(hù)的各個(gè)單元之間，線(xiàn)路縱差保護(hù)線(xiàn)路兩側(cè)，在多通道合并間的同步誤差應(yīng)控制在1μs 之內(nèi)。測(cè)試方式為：將多個(gè)繼電保護(hù)測(cè)試儀同步，分別為合并單元輸入相位平衡的模擬量，在保護(hù)裝置中對(duì)電流、電壓通道間的幅值與相位進(jìn)行對(duì)比得出測(cè)試結(jié)果。

綜上，未來(lái)電網(wǎng)勢(shì)必朝著智能電網(wǎng)方向邁進(jìn)，滲透到發(fā)電、變電、調(diào)度等多個(gè)環(huán)節(jié)，智能變電站的地位與作用隨之提升，國(guó)家與電力企業(yè)應(yīng)對(duì)此加強(qiáng)重視。在實(shí)際工作中應(yīng)明確智能變電站與常規(guī)站的區(qū)別與優(yōu)勢(shì)所在，并對(duì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，了解站內(nèi)一次設(shè)備、二次設(shè)備的特點(diǎn)，并在實(shí)際工程中做好安裝與調(diào)試工作，才可將智能電網(wǎng)的智能調(diào)節(jié)、自動(dòng)控制、分析決策等功能發(fā)揮出來(lái)，促進(jìn)電網(wǎng)智能化水平提升，在工程領(lǐng)域大力推廣應(yīng)用。