智能變電站智能測控裝置性能測試研究

杜昕楊， 屠雯鳳

（南瑞集團有限公司， 江蘇 南京 210000）

0 引言

智能化變電站是構建強大的智能電網的關鍵環節。目前，不同地域建設的不同電壓等級的智能變電站已經有數百個，涵蓋了66～750 kV 的電壓等級。對已投入運行的智能變電站項目分析發現，各變電站的測控布置模式有明顯的差別，測控設備接口數量、過程層數據處理模式等問題，對測控設備的開通和實施都造成了很大的影響。及時全面總結智能變電站測控裝置的性能，把握其發展趨勢，對于智能變電站的建設和電力系統的安全與穩定運行具有重要作用。

1 智能變電站的特點

智能變電站以先進、節能、環保和安全為主要手段，其信息傳輸以高速網絡信息平臺為基礎。智能化變電站具有信息采集、控制、計量、測量、保護以及檢測等多種功能，能極大地降低變電站的運營費用，顯著提高其工作效率和工作質量[1]。

1）智能變電站包括系統級和設備級兩個層面。智能變電站的系統層，通過智能裝置獲取智能變電站所需的資料，并對其進行綜合處理，保障智能變電站與國家電網安全、穩定、可靠運行，并對其各設備層的功能實現進行嚴格監控，保證各項功能的有效實施，為國家用電工作提供有力的技術支持。

2）智能化變電站設備層由高壓設備、智能設備和智能設備三部分組成，可以有效地實現智能化變電站的過程級和間隔級的功能，并在此基礎上實現智能化變電站的測量、控制、計量、保護以及檢測等功能。

3）智能裝置是智能變電站中較為靈活的一種物理設備，具體包括測量單元、控制單元、保護單元、計算單元和監測單元。各單元的功能實現，為確保智能化變電站的總體功能提供技術支持。

2 變電站裝置系統測量與控制

2.1 變電站中智能測控裝置的地位

測控設備是變電站自動化系統中的一種隔離層設備，其主要作用可以歸納為“四遙”，即遙信、遙測、遙控和遙調[2]。此外，現有的測控設備普遍具有同步、間歇式和合閘等功能。采用基于測控裝置的間斷聯鎖功能，可以充分發揮測控設備的分布式、網絡化的優點，在一定時間內完成全站點數據共享，從而彌補其他防誤閉鎖方法的缺陷，同時，還可以與后臺監控系統相結合，實現五防序列控制的集成。IEC61850 的同期控制，取決于合閘兩側的系統狀況，有兩種方法，一是不檢查（強合），二是檢查（強合）。在我國，通常有三種方法，即：合閘（強合）、檢無壓、檢同期（準同期和捕獲同期）。

2.2 傳統變電站和智能變電站測量與控制對比

在傳統變電站和智能化變電站的工程應用中，進行了測量與控制對比，如圖1 所示。

圖1 常規變電站和智能變電站測控對比

1）傳統變電站測控設備普遍支持RS232、RS485 和Ethernet 等通信接口，具有國際上常用的IEC60870-5-103/104 規范，并具有交流取樣、開進和進出等功能。智能變電站在測控裝置與處理層裝置間，采用了分發/定單機制，對來自合并單元的電流和電壓數據進行同步取樣，并且單向定時更新測量控制的接收緩沖，以GOOSE 機制在過程層裝置和測控裝置之間進行雙向傳送。智能裝置獲取變壓器切換和斷路器的遙信狀況，將遠程信狀態傳送至后臺，或者進行邏輯閉鎖關系的計算，GOOSE 機制確保了關鍵信息的實時性。

2）傳統變電站測控設備的同步電壓信號采集、開關位置信號和同步控制輸出都是在設備內進行的，而同期控制過程僅考慮開關機構的工作時間與設備內的時間配合，這一過程用實際的試驗比較方便。在智能化變電站的流程層進行數字化之后，采集的數據都要通過數據傳輸到測量設備。因此，系統的通信可靠性和設備之間的協作穩定性直接影響到系統的運行效率。

3）傳統變電站的測控設備之間的數據采集、邏輯和控制執行系統都集中在測控設備上，各個生產廠家之間的數據交換都是通過各自的專用接口來完成，無法滿足不同測量設備之間的協作。智能化變電站的智能化、原始數據采集與控制執行單元被劃分為集成單元和智能終端，測控系統的主要工作是數據的計算和邏輯部件的識別。同時，在IEC61850 GOOSE 服務的實際應用中，各廠商之間的測控設備之間實現了數據共享、統一了交互接口，從而有效解決了設備之間的互聯問題。

目前，我國大部分變電站系統構架都是“三層兩網”或“三層三網”（增加了間隔層網絡）。因此，在不同的電壓等級變電站中，過程層組網模式的多樣化和間隔層設備的配置差異，實現了各類型變電站測控性能的多樣性。

3 新時期智能變電站測控裝置

傳統的電力設備采用傳統的電流、電壓互感器來進行數據變換，并采用測控設備進行模數變換，再由網絡將所得到的數據傳遞給變電站后臺監控系統。在一次設備中，通過電纜傳輸模擬信號控制后臺的監測和測量設備，其操作過程十分煩瑣，還存在著一定的安全風險。與常規變電站相比，智能化變電站的測控設備能夠克服常規變電站測控設備存在的缺陷，從而有效發揮作用。

智能化變電站通過對電能的智能化采集和控制，將一次裝置采集到的電能轉化成數字信號，再通過光纖傳輸技術來完成[3]。

1）自動輸出電力信息。通過自動輸出電力，保證了主、副系統之間的電絕緣，減少了開關場、感應和電容耦合等對二次系統的干擾。

2）簡化工作流程。智能測控設備的數據采集來自于數字量，與傳統的變電站的測量設備相比，降壓和濾波等工作變得更加容易，智能變電站的測控設備的結構也更加簡單。

3）測量誤差小。常規變電站的測控設備都是由電纜向二次設備傳送，由于二次系統負載的變化，電能的測量誤差也很難保持。而智能變電站的測量誤差主要來自于電子變壓器，對電能計量精度的影響不大，因此，智能測控設備的檢測精度得到了較大的提高。

4 智能化變電站中對測控裝置的新要求

智能變電站采用“三層兩網”的架構[4]，充分發揮了資源共享的優勢，實現了智能化變電站一體化發展。智能化變電站的間歇功能是將智能元件與高壓設備結合起來實現的。隨著智能變電站的綜合測控技術不斷發展，對智能變電站的測控設備提出了新的要求。

新的要求包括：太網通訊接口的多樣化、信息處理能力與接通光電互感器智能切換設備的能力、硬件平臺的一體化、可行性條件、事故通報和間隔記錄的能力以及各種輔助設備。只有滿足這6 個新的要求，智能變電站的測控設備才能真正發揮其應有的作用，為我國的經濟發展和社會的發展提供能源。6 個新的要求，也是推進智能變電站測控技術發展的根本需求，隨著技術的持續發展，智能變電站的測控技術將會得到進一步的發展。

5 智能變電站智能測控裝置發展方向

目前，由于技術的制約，智能測控設備的性能較為簡單，只能在穩定狀態下進行測控，而在其他項目中，還不能進行有效測控。盡管各試點工程的測控與同步相量測量功能集成，確保了測控設備數據采集的穩定性。但是，穩定狀態下采集數據是通過后臺采用不同的物理端口和規則來實現的。從這一點可以看出，目前，智能變電站的測控設備并未真正地實現一體化。為推動變電站智能化測控設備的發展，必須開展如下工作。

1）遠程測量技術。模擬量遙測是一種針對模擬量輸入進行遙測的方法，利用模擬源探測技術，在該平臺上生成三相可調節幅值、頻率和相位的電壓、電流，并將其送至測控設備，進行仿真，分析和評估試驗數據。數字遙測指一種用于測量數字量時的遙測技術，可以模擬并聯元件的電壓和電流，并將其輸入到智能測控設備中進行分析和評定。遙測技術是一種伴隨著電子技術發展而飛速發展的綜合性技術。采用遙測試驗技術，不但可以獲取資料，而且可以為遠距離測量對象提供實時數據。

2）諧振試驗方法。諧波檢測技術是一種用于測量和控制設備的輸入波形失真的方法。建立交流電壓和電流的諧波疊加體系，并將其輸出至測控設備，以驗證諧波檢測功能。諧波檢測技術由于其結構靈活、功能強大、操作簡便和效率高的特點，在變電站測控中得到廣泛應用，可有效提高測控設備的檢測精度和科學性。

3）抗抖動試驗方法。測控系統的遙信可以單獨設定防抖時間，通過研究防抖測試技術，可以對其進行有效檢測。目前，在變電站測控設備的測控系統中，還沒有統一的測試程序和方法，但是采用防抖測試技術，可以對測控時間進行科學的預測。

6 結語

隨著智能化變電站技術的飛速發展，各層次智能變電站的建設規模不斷擴大。基于此，對智能變電站核心技術問題進行實時測控與研究，提高變電站智能測控裝置的檢測精度和科學性，確保智能變電站安全、穩定運行。