國內智能變電站發展現狀

嚴藝明

(廣東深圳供電局，廣東 深圳 518000)

1 引言

近年來，“智能電網”一詞已成為一個流行的專業術語，代表了當今世界電力系統發展變革的最新動向，被認為是21世紀電力系統的重大科技創新和發展趨勢。智能電網作為未來電網的發展方向，滲透到發電、輸電、變電、配電、用電各個環節。在上述這些環節中，智能變電站無疑是最核心的一環。作為智能電網的重要基礎，智能變電站為智能電網提供標準的、可靠的節點(包括一次、二次和系統)支撐。

智能變電站是采用先進、可靠、集成、低碳、環保的智能設備，以全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化為基本要求，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、協同互動等高級功能的變電站。智能變電站的建設能夠實現設備信息、運行維護策略與電力調度全面互動，實現基于狀態的全壽命周期綜合優化管理，實現電網運行數據的全面采集和實時共享，支撐電網實時控制、智能調節和各類高級應用，保障各級電網安全穩定運行。

本文對智能變電站的IEC61850標準、電子式互感器、智能開關、智能變壓器、在線監測技術等主要技術環節進行了介紹了，分析了其目前發展情況。

2 IEC61850標準

智能變電站信息共享的基礎首先在于信息的規范化與標準化，進而實現互操作。IEC61850標準作為變電站通信網絡與系統的惟一國際標準和電力系統無縫通信體系(變電站內、變電站與控制中心之間)的基礎，是變電站信息建模與信息交互的必然選擇。IEC61850標準與以往的通信規約相比，有著本質的不同。

以往規約主要用于傳輸電力系統實時數據和一些定值及配置信息，完全基于點表方式，缺乏對變電站系統模型和功能模型的描述，也沒有將系統應用與通信技術進行分層處理，同時還缺乏一致性測試，因此變電站自動化系統的應用受到通信技術的限制，傳輸的信息量偏少，且互操作性差，擴展性差。

IEC61850具有3項基本目標:①真正意義上的互操作;②功能自由分布;③良好的擴展性以適應SA和通信技術的發展。為實現上述目標，與以往的變電站通信標準相比，IEC61850體現出如下技術特征:①功能分層的變電站;②面向對象的信息模型;③面向對象的數據自描述;④變電站配置語言。

按IEC61850標準將智能變電站系統從功能上劃分為變電站層、間隔層和過程層三部分組成，并通過分層、分布、開放式網絡系統實現連接(如圖1所示)。

圖1 智能變電站分層示意圖

(1)過程層

該層直接和一次設備的傳感器信號、狀態信號接口和執行器相接，該層設備可以和一次設備一起實現就地現場安裝，通過合并單元MU和智能單元實現電力一次設備工作狀態和設備屬性的數字化，過程層設備通過過程層總線和間隔層設備相連，并通過GPS授時信號產生系統同步時鐘信號。

(2)間隔層

間隔層設備主要實現保護和監控功能，并實現相關的控制閉鎖和間隔級信息的人機交互功能，間隔層設備可以通過間隔層總線實現設備間相互對話機制，間隔層設備可以集中組屏或就地下放。

(3)變電站層

變電站層設備包括變電站就地操作后臺系統、外部數據交互接口(控制中心數據轉發、保護信息管理系統數據接口、設備管理系統)和通用功能服務等。通用功能服務模塊通過間隔層設備傳送來的信息實現變電站級跨間隔的控制服務，如變電站防誤閉鎖功能、電壓無功控制，也可接收來自控制中心的命令實現區域系統防誤操作、區域安全穩定控制和區域電壓無功優化控制等功能。

3 電子式互感器

鑒于電子式互感器的快速發展，國際電工委員會(IEC)制定了《電子式電壓互感器標準IEC60044－7》和《電子式電流互感器標準 IEC60044－8》。按照標準，電子式互感器是由一次傳感器、傳輸系統和轉換器組成，用于傳輸正比于被測量的信號，供給測量儀器儀表、保護或控制裝置。

非傳統互感器的應用是智能變電站技術體系中重要的一個環節。智能變電站內新一代的二次裝置支持電壓電流值的小功率信號輸入及數字信號輸入，以及基于IEC61850標準的過程總線通信技術的發展，使得電子式互感器在技術上有了應用的可能性，在實際工程中也具有越來越多的應用需求。

由于電子式互感器和間隔層的保護、測控等設備一般來自于多個生產廠商，為保證兼容性和互操作性，設備之間數字化接口通信的標準化十分重要，這是目前電子式互感器應用于變電站中亟待解決的重要問題。國際電工委員會也發布了電子式電壓互感器(IEC60044－7)、電子式電流互感器(IEC60044－8)的標準，國內已經將這兩部標準等同采用并轉化為相應的國標:GB20840.7－2007(電子式電壓互感器)和GB20840.8－2007(電子式電流互感器)。電子式互感器分類如圖2所示。

圖2 電子式互感器分類

目前較為成熟并投入變電站運行的主要是有源電子式互感器，應用場合主要有高壓直流輸電、SF6氣體絕緣開關(GIS)及中低壓開關柜等。無源光電互感器因其一次側光學電流、電壓傳感器無需工作電源，具有較大的優勢，但光學傳感器的制作工藝復雜，穩定性及一致性不易控制，因此國內在這方面較國外尚有一定差距。不過，近幾年，國內相關產品發展較快，已有較為成熟的商業化產品面市。

4 智能開關

與常規變電站開關設備相比，智能變電站在應用方面進一步加大了開關設備信息化。智能化的開關設備將監測更多設備自身狀態信息，全面實現對開關設備的物理狀況、動作情況、運行工況等方面的信息化實現;在自動化功能方面，進一步實現智能化，在控制功能、狀態自檢測、狀態檢修等方面實現智能化控制操作;設備信息及智能功能，可通過網絡實現與上級系統及其它設備的運行配合，自動化程度更高，具有比常規自動化設備更多、更復雜的自動化功能;具備互動化能力，與上級監控設備、系統及相關設備、調度及用戶等及時交換信息，分布協同操作。

目前，智能開關設備是智能變電站技術體系中技術相對滯后的環節。開關設備僅限于通過智能終端(也稱智能操作箱，相當于控制執行、采集單元)與開關設備接口實現網絡化操作和接入，與智能變電站信息化、自動化、互動化有較大的差距。

5 智能變壓器

智能變壓器是一個能夠在智能系統環境下，通過網絡與其他設備或系統進行交互的變壓器。其內部嵌入的各類傳感器和執行器在智能化單元的管理下，保證變壓器在安全、可靠、經濟條件下運行。出廠時將該產品的各種特性參數和結構信息植入智能化單元，運行過程中利用傳感器收集到實時信息，自動分析目前的工作狀態，與其他系統實時交互信息，同時接收其他系統的相關數據和指令，調整自身的運行狀態。

智能變壓器主要包括:變壓器主體;檢測各種狀態的傳感器;執行器;通訊網絡;變壓器智能化單元(Transformerintelligentelectricdevice，可 簡 稱 為TIED)。

從智能組件結構可以看出，監測功能組一般包括油氣及微水監測IED、局放監測IED、套管小電流監測IED等。監測功能組設一個主IED，承擔全部監測結果的綜合分析，并與相關系統進行信息互動。監測功能組所屬各監測IED采用IEC61850協議與主IED通信，各監測IED的評價結果通過過程層網絡采用REPORT服務傳輸至主IED，監測數據文件通過文件傳輸至主IED，主IED匯總并綜合分析，采用同樣服務接入站控層網絡，其中監測數據文件僅在召喚時傳送。

由于變壓器是變電站中的主要設備，在其上安裝智能傳感器需考慮設備絕緣、可靠性、使用壽命等因素，因此全面實現智能變壓器尚需一定時間。

6 在線監測技術

以往對于變壓器、斷路器等變電站一次設備的工作狀況多年來普遍采用對設備進行定期檢修預試制度，即定期停電后進行預防性試驗(離線)來掌握其信息以決定能否繼續運行，存在需要停電、試驗真實性和實時性差等缺點。智能變電站常見的在線監測項目如圖3所示。

圖3 智能變電站常見的在線監測項目

隨著技術的進步，逐漸發展了一些參數的在線監測技術，以變壓器為例，如套管介損、鐵芯電流、油中氣體、局部放電、油中微水、熱點溫度、繞組變形等，部分解決了停電試驗的一些缺點，近年來在此方面已取得一定經驗和成效，但仍存在諸如檢測的參數不全、自成系統、相互兼容性差、不能統籌考慮、有時需要改動設備而實施困難等缺點，還不能保證全面、實時的反映設備的運行狀況，缺乏相應的標準，尚無法滿足智能電網建設對變電站在線監測的要求。

7 結論

本文對智能變電站的IEC61850標準、電子式互感器、智能開關、智能變壓器、在線監測技術等主要技術環節進行了介紹了，分析了其目前發展情況。盡管智能變電站具有很多優點，但全面實現變電站智能化還需解決很多實際問題。

［1］ 高翔，數字化變電站若干關鍵技術研究［D］.杭州:浙江大學，2007.

［2］ 桂洲，何甜，變電站自動化及智能化發展方式展望［J］.湖北電力，2010，34(3):37 －39.

［3］ 陳冬，IEC61850規約的理解及使用［J］.湖北電力，2008，32(1):68.

［4］ 練思妤，數字化變電站關鍵技術的研究［D］.廣州:華南理工大學，2009.