云南智能變電站試點示范技術的研究與分析

李洪江，顏濤，譚毅，楊永昆，趙曉春

（云南電網有限責任公司，云南 昆明 650011）

0 前言

變電站作為電網重要環節，承擔著電力的匯集與分配，對電網安全穩定運行起著重要作用，變電站智能化直接影響電網的智能化水平，智能變電站技術對電網技術發展具有巨大的促進作用。智能變電站正隨著電網裝備技術的不斷發展，持續進步提升，也隨著國內智能變電站試點建設，不斷積累運行經驗及實踐成果[1-2]。

南方電網公司2019年啟動了智能變電站試點建設工作，明確云南110 kV七彩及110 kV尖山變電站納入試點范圍，按照智能化、模塊化及集成化思路開展試點建設。其中智能化為主要涉及光學互感器、智能高壓設備、設備狀態監測，模塊化包含一次設備模塊化、二次接口標準化及預制建構筑施設，集成化體現為集中組屏（小型化）及間隔集成方案。

云南電網公司按照南方電網公司批復試點方案，結合110 kV七彩變及110 kV尖山變實際情況，進一步細化完善了試點技術內容，形成了110 kV七彩變及110 kV尖山變技術路線。同時，全力推進2個試點變電站建設實施，110 kV尖山變于2021年12月建成投產，110 kV七彩變計劃2022年7月建成投產。

1 示范技術研究

在遵循南方電網智能變電站試點方案的基礎上，充分結合變電站實際情況及智能化設備發展趨勢，按照技術先進、可靠原則，進一步優化完善試點技術路線，形成具有地域特色的試點建設方案。

圖1 試點的主要技術路線

1.1 智能化方面

變電站一次設備作為實現電能轉換的主要設備，變電站智能化離不開一次設備的智能化，110 kV七彩變、尖山變的主變、GIS設備及開關柜采用大量智能化新技術。變壓器及GIS設備采用“變壓器+傳感器+智能組件”模式，一次部分采用電子式互感器，二次部分設置就地智能組件，包含智能終端、合并單元、在線監測裝置等。10 kV開關柜配置電動操作底盤，結合順控服務器實現遠方程序化操作、智能監測裝置等。配置蓄電池在線核容裝置，GIS局放、GIS室SF6泄露及含氧量及油中溶解氣體在線監測系統提升設備智能化水平[3]。

變電站二次設備作為保護控制核心，數據采樣作為保護信息源頭，為實現真正的網絡采樣功能，110 kV七彩變試點應用磁光玻璃光學互感器，磁光玻璃作為一種無源光學互感器，具有測量精度高、抗干擾能力強、技術趨于成熟等優點，采用全光纖電流互感器及合并單元成套產品，可較好地開展光學互感器+常規互感器對比試點應用，實現網采網跳與模采網跳對比分析[4]。通過光學互感器的應用，進一步驗證光學互感器+合并單元成套保護裝置功能情況及存在問題，形成光學互感器間隔與常規互感器間隔的使用對比分析，利用電子式互感器+合并單元模式實現電流電壓的源端數字化。結合光學互感器網采網跳存在的信息傳輸延時問題，引入延時可測技術，對網絡中的SV、GOOSE進行延時測量，測量結果ΔT寫入SV、GOOSE報文的保留位，由保護、錄波等設備讀取。使用延時可測技術，SV網與GOOSE網合并應用，形成模采網跳方案與網采網跳方案的使用對比及應用探索[5-6]。

1.2 集成化方面

110 kV尖山變電站二次設備集中保護、測控、合并單元、智能終端，采用了四合一設備及二合一設備，間隔高度集成。110 kV線路采用合并單元＋智能終端＋保護裝置+測控裝置一體化設計，就地安裝于GIS匯控柜內，采用直采直跳方式[7-8]。110 kV分段、PT、主變等采用合并單元＋智能終端一體化設計，就地布置，實現網采網跳。二次設備集成具有設備數量少，組屏及占地面積較少，可減少相應交換機數量，大幅減少內部二次回路接線，簡化回路配置等技術優勢。

1.3 模塊化方面

110 kV七彩變采用預制光纜，在出廠前完成光纜連接器、尾纖、終端連接器及各種防護外套，現場即插即用。

變電站土建部分采用預制裝配式設備，采用了裝配式圍墻、裝配式防火墻及裝配式電纜溝等構筑施設，大大提升了土建施工進度及質量，并有利于現場的綠色低碳及環境保護。

1.4 智能操作、智能巡視、智能安全方面

變電站配置一鍵順控、智能刀閘及電動底盤等設備，通過位置信息的多元判據，實現變電站操作無人化，設備自動程序控制操作，解決變電站點多、運維人員少、倒閘操作時間長、操作過程中安全風險較高等問題，提升現場運行操作效率。

110 kV GIS設備及10 kV開關柜位置判據模式采用1+1模式，必要判據為雙位置輔助節點信息及電氣量遙測信息，輔助判據為姿態傳感器傳輸信息，具有判斷快、操作時間迅速等特點。主變中性點刀閘位置判據模式采用1+2模式，必要判據為雙位置輔助節點信息及電氣量遙測信息，輔助判據為姿態傳感器傳輸信息及圖像監控系統傳輸信息，特點為判斷慢、操作時間長，相對于單判據，準確性高。

變電站配置圖像、熱成像等智能巡視設備，內置電力設備專家診斷熱故障分析模型，結合環境因素，實現電力設備精確測溫、自動巡檢、溫差分析、主動預警、自動匹配診斷結果、輔助故障診斷。提供實時/歷史分析電力設備溫度，在異常、特殊檢修或操作時，獲取對應熱成像實時/歷史視頻熱圖，對全畫面進行溫度分析，實現對設備的溫度進行實時全面監測分析。最大程度減少運維人員的日常巡視工作，提高巡視質量及效率，形成有效數據源并能及時處理設備運行中的問題。

配置電子圍欄、門禁系統、人臉識別系統及在線監測設備，通過高清智能圖像識別攝像頭，對出入變電站人員、數量進行識別，甄別進站人員信息并自動生成進站記錄，實現人員資質審核。對作業人員安全帽、工作服和安全帶的佩戴、擅自移動安全標識牌、工作票間斷或終結后現場人員滯留情況分析告警，達到作業現場智能安全管控。應用非五防智能鎖具可限定開鎖時間范圍，超出允許時間則禁止開鎖，固定時段、固定工作地點開鎖，確保在線防誤，提升變電站人員管理及設備管理的智能安全水平。

圖2 示范技術方案及原理

2 示范成效分析

2.1 數字化采樣示范成效

磁光玻璃光學互感器基于光學測量原理，在測量、安全、可靠性、集成、智能化、信息化等方面具備突出技術優勢，通過磁光玻璃光學互感器試點應用，與云南電網110 kV華晨變試點的LPCT（低功耗線圈）+RCT（羅氏線圈）有源電子式互感器形成技術對比互補，進一步增加了光學互感器的工程經驗及應用場景，可結合后續的運行、檢修經驗，提供不同光學互感器與常規互感器對比的有力數據支撐。通過合并單元及延時可測試點應用，探索提升網采網跳的可靠性的有效途徑，為網采網跳及模采網跳兩種模式的可靠性對比提供了工程案例。全數字化作為未來變電站的發展趨勢，網采網跳的模式也勢必是全面數字化的重要途徑之一，通過試點也為全數字化變電站建設方案奠定基礎。

當前，數字化采樣技術對設備安全穩定運行方面存在明顯不足，主要是數字化采樣技術及設備運維水平對信息的準確性及可靠性影響較大，影響著設備的安全穩定運行，也是制約數字化采樣技術大范圍推廣應用的主要因素。

2.2 集成化、小型化保護示范成效

通過四合一（保護、測控、合并單元、智能終端）及二合一（合并單元、智能終端）設備集中布置，保護集中組屏布置于主控室、二次預制柜、繼保小室等，具有設備數量少、交換機數量少、占用空間小，可有效節約屏柜，組屏及占地面積較少，二次回路簡化等優點。便于集中管理、集中運維，提升裝置可靠性和速動性，采用標準連接器，實現快速更換，降低后期運檢成本。

保護測控裝置的高度集成也給運行帶來了一定的不利影響，主要體現在多IED集成造成功能集中、信息量較大，單一設備故障對整體運行影響較大，設備運行維護相對復雜，對遙控遙信量統籌設計提出了更高要求，易出現遙控遙信量難于滿足實際運行需求的情況。

2.3 智能監測、運行示范成效

低功耗在線監測系統成效方面，通過運用綜合處理單元設備，可處理局放在線監測、SF6在線監測、蓄電池在線核容、中性點鐵芯在線監測等不同設備之間的數據，減少數據處理單元設備、主控室屏位，提升信息集中度，節約投資，增加設備運行狀態的診斷分析能力。

智能巡視、智能操作、智能安全技術可有效實現變電站現場操作無人化，設備自動程序控制操作，解決變電站多、運維人員少的問題。部分運維操作由機器代替，可實現操作的安全可靠，提升運維操作倒閘過程的安全性，提升設備的安全管控能力。

智能監測、運維技術在極大提升運行水平的同時也存在一定的不足，主要是增加各類監測設備的維護難度，日常運維對廠家依賴性增強，輔助判據準確性有待進一步提高等。

2.4 預制設備應用成效

預制光纜相對傳統熔接方案，對現場施工人員素質要求不高，減輕了光纖熔接現場測試的要求。縮短了施工周期，光纜接線時間僅為傳統方案的20-30%。避免了傳統方案光纜裁剪面在敷設時容易進水進塵，在光配箱熔接時，雜質難清除干凈，造成熔接點處夾雜有異物，長期運行影響通信質量，提升光纜防護性能。降低控制電纜敷設成本。采用預制光纜后，同規模變電站節約了30%的控制電纜使用量。預制式建構筑物可有效減少現場土建施工周期，提供現場建設進度及質量、環保節能。

預制設備一方面可有效減少后續的運維工作量，但另一方面在其出現質量問題時更換、維護的成本也較高。

圖3 示范成效

3 示范推廣建議

智能變電站試點新技術具明細的特點及優勢，其推廣應用可根據具體項目實際及場景需求，結合云南2個智能變電站試點技術成效對提出相關應用建議。

集成化設備裝置性能高、占用空間小，特別對于用地緊張的變電站，節省設備安裝空間，可在用地受限、站址選擇困難的場景推廣應用。

在線監測系統提高了設備狀態監測及維護效率，設備智能化具有對設備狀態的智能監控，可對設備進行精準管控，提高設備智能化水平及運維效率，建議結合設備特點及運維實際需求，推廣使用各類在線監測系統。

智能巡視、智能操作、智能安全技術應用有利于偏遠地區變電站的操作、巡視及運維管理，但會增加工程的建設投資，可在運維操作偏遠、巡視操作頻繁、要求較高的地區變電站推廣應用。

光學互感器設備性能好，但成本高，建議綜合考慮項目的可靠性、實用性和經濟性等因素進行選用。磁光玻璃光學互感器較高的成本造成其在常規投資規模變電站的應用經濟性不高，但對絕緣、暫態特性、電磁特性要求越高的場景，磁光玻璃互感器的性價比優勢就會越明顯。

四合一、二合一設備在遙控量及遙信量接入方面建議結合項目進一步優化，用于出線回路較多的變電站，經濟效益更好。二合一設備可結合測控裝置+合并單元+智能終端的模式進一步研究，減少設備間的數據交換，優化二次設備。

4 結束語

變電站智能化建設經歷了多年的探索及實踐，形成了一些較為成熟、可靠、先進、智能的技術。隨著構建新型電力系統的新要求，以及技術的不斷進步，有必要進一步開展智能變電站技術試點。本文對云南電網開展的2個智能變電站試點技術路線、成效等進行分析總結，為后續試點建設適應新型電力系統的現代化智能變電站建設提供一定的支撐。