變電站的智能化發展方向分析

李士林，高志強,王 艷

(1.河北省電力公司，石家莊 050021；2.河北省電力研究院，石家莊 050021；3.石家莊供電公司，石家莊 050051)

為了更好地服務經濟和社會的發展，鞏固和提升我國電網的技術領先水平和國際競爭力，國家電網公司提出了建設中國特色統一堅強智能電網的戰略發展思路[1]。其中，變電環節是實現堅強智能電網的關鍵和基礎[2]，而且變電站自動化作為智能電網高級輸電運行的首要技術組成單元[3]，正面臨實現智能化的發展要求。

1 變電站發展的幾個階段

1.1 傳統變電站

20世紀80年代及以前，變電站保護設備以晶體管、集成電路為主，二次設備均按照傳統方式布置，各部分獨立運行。隨著微處理器和通信技術的發展，遠動裝置(RTU)的性能得到較大提高，傳統變電站逐步增加了“遙測”、“遙信”、“遙控”、“遙調”的四遙功能。

1.2 綜合自動化變電站

20世紀90年代，隨著微機保護技術的廣泛應用，以及計算機、網絡、通信技術的發展，變電站自動化取得實質性進展。利用計算機技術、現代電子技術、通信技術和信息處理技術，對變電站二次設備的功能進行重新組合、優化設計，建成了變電站綜合自動化系統，實現對變電站設備運行情況進行監視、測量、控制和協調的功能。綜合自動化系統先后經歷了集中式、分散式、分散分層式等不同結構的發展，使得變電站設計更合理，運行更可靠，更利于變電站無人值班的管理。

1.3 數字化變電站

近年來，隨著數字化技術的不斷進步和IEC 61850標準在國內的推廣應用，國內已經出現了基于IEC 61850的數字化變電站。數字化變電站具有全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化、高級應用互動化四個重要特征[4]。數字化變電站體現在過程層設備的數字化，整個變電站內信息的網絡化，以及斷路器設備的智能化，而且設備檢修工作逐步由定期檢修過渡到以狀態檢修為主的管理模式。

1.4 智能變電站

國家電網公司在建設統一堅強智能電網的變電環節中，提出建設智能變電站的目標。智能電網中的智能變電站是由先進、可靠、節能、環保、集成的設備組合而成，以高速網絡通信平臺為信息傳輸基礎，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監測等基本功能，并可根據需要支持電網實時自動控制、智能調節、在線分析決策、協同互動等高級應用功能。智能變電站分為設備層、系統層。設備層主要由高壓設備、智能組件和智能設備構成，實現IEC 61850中所提及的變電站測量、控制、保護、檢測、計量等過程層和間隔層的功能。系統層相當于變電站的站控層，實現信息共享、設備狀態可視化、智能告警、分析決策等高級智能應用，包含智能變電站系統級的先進功能。隨著高壓設備智能化的不斷發展，傳統意義上的一、二次設備間的界限也將逐漸模糊，一次設備通過安裝和集成智能組件，將成為智能設備。

2 智能變電站關鍵技術研究方向

目前，變電站自動化技術水平及一次設備的智能化程度距離智能電網的發展要求有較大差距。結合智能變電站技術的發展目標及發展思路，以智能變電站關鍵技術研究框架為基礎，未來智能變電站應從以下幾方面開展重點技術攻關工作。

2.1 斷路器設備數字化測控技術

基于數字化變電站平臺，研究設備數字化測控技術。在操動機構時間特性滿足要求的斷路器設備上，基于自檢測功能，研究斷路器設備的選相操動技術，以及相關的智能化功能。

2.2 自診斷設備信息數據交互規約技術

對智能設備信息管理和共享規約進行研究，實現設備自診斷狀態信息共享，提出符合智能設備要求的自診斷設備傳感器與主設備接口技術規范和自診斷設備信息交互技術規范。

2.3 基于自診斷功能的設備負載能力評估技術

以電力變壓器、橡塑絕緣電力電纜為對象，研究設備溫度的自檢測技術和方法，通過實測或模型計算分析，研究不同負荷電流和不同環境條件下設備溫度的變化規律，實時評估設備負荷電流能力，并與電網運行管理進行互動。

2.4 基于自診斷功能的數值預報與風險評估技術

基于自診斷功能和知識積累，完成設備健康狀態評估、可靠性評估和安全性評價，建立各類設備智能評估體系，研發設備的安全評估系統。

2.5 智能變電站系統和設備的自動重構技術

掌握智能裝置模型分類、描述和即插即用的關鍵技術，建立智能裝置的模型自描述規范，實現智能變電站中系統、設備的自動建模和模型重構，在系統擴建、升級、改造時，實現智能化、快速化的系統部署、測試、校驗和糾錯。

2.6 基于智能設備和電網拓撲結構的風險評估和供電可靠性預測技術

研究新的檢測技術，建立適合不同診斷需求的診斷路線圖；研究設備故障模式及反映該故障模式的特征參量分布規律，研究多特征參量反映同一故障模式時設備狀態的表征方法；建立主要電氣設備的典型故障模式和風險模型，研究基于風險控制的設備運行優化策略；研究具有自檢測、自診斷和自愈功能的智能設備技術體系，實現運行設備的自檢測、自診斷和自愈功能。

2.7 基于智能電網框架的廣域測量與保護技術

通過對廣域測量與保護技術的深入研究，研制適合智能電網廣域測量與保護的系統和設備，并投入試運行。

2.8 智能電網故障柔性定位技術

研究廣域同步故障數據提取和大批量數據猝發遠程傳輸技術，建立融合多種故障測距方法的綜合性智能測距算法模型，實現分層分布式柔性的廣域故障定位網絡。

3 智能變電站建設的重點工作

智能變電站是智能電網的基礎環節，從變電站技術發展的現狀出發，按照統一堅強智能電網總體目標和階段性建設需求，緊密結合智能變電站建設的實施原則和技術路線，應在以下幾方面重點開展工作：

a. 制定智能變電站相關標準規范。提出智能變電站的架構和技術體系，制定相應的標準和規范，以指導智能變電站建設和舊變電站的改造，規范智能變電站的設計、建設、驗收、運行維護和試驗。

b. 開展智能裝備研發及裝備智能化改造。通過提升電網智能裝備技術水平，實現電網靈活優化控制，從而實現電網的自動化。

c. 開展智能變電站綜合信息分析。通過對變電站各種信息量進行實時采集、傳輸及分析，為系統安全運行、調度決策和預防矯正提供重要參考及依據，從而實現電網的信息化。

d. 探索全新的變電運行管理模式。通過智能變電站建設，初步實現變電站設備狀態的監控、診斷信息與電網運行管理的雙向互動。對運行、調度人員工作模式進行調整，實現設備的完全狀態檢修和全生命周期管理。

4 建議

國家電網公司以及各網省公司在編制智能變電站建設規劃時，一是應該盡快制定智能變電站的設計、建設和運行相關規范，做到標準明確、統一；二是采取新建和改造相結合的方式，通過對部分樞紐變電站的建設和改造，推動變電站智能化進程；三是在智能變電站改造中，可以優先考慮將數字化變電站改造為智能變電站。

參考文獻：

[1] 高 駿，高志強．我國統一堅強智能電網建設綜述[J]．河北電

力技術,2009,28(增刊):1-3，7．

[2] 國家電網公司. 統一堅強智能電網綜合研究報告[R]，北京：國家電網公司, 2009.

[3] 余貽鑫．智能電網的技術組成和實現順序[J]．南方電網技術,2009, 3(2) :1-5．

[4] 國家電網公司. 數字化變電站技術現狀及發展分析報告[R].北京：國家電網公司，2009.