智能變電站技術應用研究分析

張幼明，高忠繼，黃 旭

(1．遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006;2．云峰發電廠，吉林 集安 134200;3．東北電力科學研究院有限公司，遼寧 沈陽 110006)

隨著國內智能電網進入全面建設階段，風電、光伏等新能源電力陸續接入系統，電網對系統的安全穩定性要求更高，2011年新一代智能變電站已陸續建成投產，從常規向智能化技術轉變攻克了理論研究到工程應用的難關，實現了標準制定、設備研發、工程應用等領域的重大突破，對于智能電網全面建設具有重要意義。

1 智能化技術應用分析

變電站智能化技術全方位覆蓋了一次設備、二次設備、電源、在線監測系統及輔助功能系統等，實現了變電設備網絡化、可視化、數字化等智能化特點。

1.1 一次設備智能化

變壓器智能化主要包括變壓器狀態監測參量及變壓器智能組件兩方面。智能變電站的變壓器狀態監測參量實現了對油色譜、油溫、頂層油溫、鐵心接地電流等參量的檢測。智能組件普遍采取就地安裝模式，通過集成設計，具備測量、控制、狀態監測和非電量保護等功能，相關信息通過IEC61850標準接入信息一體化平臺，實現對變壓器的數字測量、智能控制、信息互動及狀態可視化展示。從運行實際情況來看，變壓器智能組件的應用情況基本滿足要求。

斷路器智能化主要包括斷路器狀態監測、斷路器智能組件應用及避雷器智能化。不同智能化變電站在斷路器狀態監測方面實現了各自設計功能，狀態監測量包括SF6氣體密度、微水、斷路器動作特性等，其實現方式各有特色。斷路器智能組件通過功能集成和就地安裝，將控制、測量和狀態監測等信息以IEC61850標準接入信息一體化平臺，進行狀態參量的可視化展示與信息上傳，初步實現了斷路器測量數字化、狀態可視化、功能一體化等。

1.2 二次系統網絡結構

智能變電站采用IEC61850標準實現二次裝置信息交互，利用光纖實現二次裝置互聯互通，但在網絡結構上存在一些差異。有的變電站采用直接采樣、直接跳閘的模式，有的變電站通過GOOSE網絡方式實現跳閘，個別變電站進行了 SMV、GOOSE、IEC1588“三網合一”的組網模式嘗試。按照目前的標準，110(66)kV以上電壓等級的智能變電站應采用“直采直跳”模式，而其它組網模式在技術上也進行了嘗試，合并單元 (MU)、交換機、保護裝置等可以滿足三網合一運行要求，由于設計因素、工作環境的影響，工程實踐需要進一步檢驗。間隔層、過程層與繼電保護有關的設備采用“直采直跳”的方式，提高了對變電站二次設備的設計要求，系統結構也變得比較復雜。

智能變電站配置了獨立的網絡報文記錄分析系統，實現對全站網絡記錄分析、在線報警及信息上傳功能。針對變電站每個二次設備網絡端口進行網絡可視化監控，在部分功能上實現了傳統故障錄波器的作用，方便網絡系統的故障處理。

1.3 IEC61850標準應用

在智能變電站中，IEC61850標準得到了進一步的深化應用和拓展，站內二次設備全部采用IEC61850標準實現站內通信，部分一次設備及輔助控制系統也實現了基于IEC61850標準的站內通信，GOOSE功能不僅用于網絡跳閘，還用于間隔聯閉鎖、軟壓板投退、定值切換等［1］。

1.4 通信與信息安全防護體系

智能變電站中通信報文直接參與到變電站的生產運行環節，因此在通信與信息安全防護方面均參照《電力二次系統安全總體防護方案》和《變電站二次系統安全防護方案》進行體系建設，實現了安全分區、橫向隔離、縱向認證。同時，對處于生產控制一區不同的報文類型 GOOSE、SMV、MMS采取了優先級控制措施。

1.5 一體化電源

一體化電源是指變電站的直流、交流、逆變、通信等電源采用一體化設計、配制和監控。通過一體化監控模塊將站用電源各子系統通信信息網絡化，實現站用電源信息共享，提高其整體運行管理水平。智能變電站均采用一體化電源，設計方面具有多樣性，部分變電站采用了光伏電源作為一體化電源的補充。

1.6 高級功能應用

順序控制指由自動化系統按照操作票規定的順序執行相關操作任務，一次性自動完成多個控制操作步驟。智能變電站在順序控制方面得到了廣泛應用和進一步的創新完善，例如采用順序控制與視頻系統相結合的方式，自動控制視頻系統獲取設備圖像，通過圖像識別技術判斷被操作設備的狀態，進行自動確認，實現高效準確地順序控制［2］。

源端維護指變電站和調度主站數據模型的一致性，使變電站信息一體化平臺中的圖、模、庫在調度主站端可視，從而方便地實現在調度主站端對變電站數據的在線遠端維護。這一功能在智能站得到應用，減少了主站維護的工作量，提高了工作效率，避免了調度主站端圖、模、庫與變電站端不一致的問題。

智能變電站的智能告警功能比傳統變電站有了進一步的完善，智能告警針對全站設備對象信息統一建模，通過告警信息的篩選過濾，并通過告警信息之間的邏輯關系，運用推理技術并確定最終告警，實現變電站正常及事故情況下告警信息分類，并建立信息上送的優先級標準，在異常事故情況下實現信息分級上送。便于運行人員快速調用，提高了運行值班的異常事故處理效率。

設備狀態可視化、站內狀態估計、站域控制等方面在部分變電站得到應用。在智能變電站經濟運行方面主要實現無功電壓的自動調節，在站端通過一體化平臺輸出調節命令，實現對電壓、功率因數的自動控制。

1.7 輔助功能應用

智能變電站對輔助設施和環境進行了運行監控，智能輔助設施是對變電站智能化的有效補充，具體涉及到變電站視頻監控系統、安防系統、照明系統、站用電源系統、智能巡檢等，能夠有效提高變電站運行安全性，滿足變電站無人值班、集控運行的要求［3］。智能變電站普遍采用高效廣元節能燈具，實現綠色照明，部分變電站采用太陽能和屋頂光伏發電，作為全站照明系統的另一電源，使用光伏發電進行變電站蓄電池充電，充電控制系統進行光伏充電功率和站用電充電功率控制，提高站內照明系統乃至整個站級輔助系統電源的供電可靠性、可用性。

2 效益分析

2.1 經濟效益

相對常規變電站，智能變電站總投資增加5.9%～10.1%，其中影響最大的是設備購置費。變電站的智能化投資中，一次設備、二次系統、輔助系統等所占比重較大。其中，一次設備投資約占智能化投資的48%～77%;二次系統投資約占智能化投資的10.6%～19.4%;智能輔助控制系統投資約占智能化投資的3.2%～13.9%;高級功能、一體化電源、光纜等投資較少，一般不超過智能化投資的5%。在建筑、安裝工程費方面，智能變電站與傳統變電站相比，無論是從節約資源，還是從建筑工程費用、安裝工程費用，都有著不可比擬的優勢。在充分考慮設備降價、設備延壽及減少運行成本等因素后，智能變電站在全壽命周期內的造價水平可以降至常規變電站水平，實現“功能增加，造價不增加”的目標。

2.2 社會效益

智能變電站的社會效益主要體現在節地、節能、節材和增加設備可用系數、提高電網可靠性、提升電網安全防御水平等方面［4］。智能變電站由于集成度高、智能組件就地安裝，節約了變電站的占地面積;通過優化屏柜、整合相近功能裝置，減少了建筑工程量;基于在線狀態監測技術應用，減少了主設備停電檢修次數和時間;此外，通過順序控制、遠方調控等手段，進一步縮短了設備操作時間，提高了電網可靠性;利用源端維護、設備狀態可視化、智能告警及分析決策、故障信息高級分析決策等高級應用功能，有力支撐了包含動態安全評估、預警、輔助決策的電網安全防御體系，使得電網安全水平得到提升。總體分析，智能變電站的社會效益得到了充分、良好的體現。

3 典型問題及發展方向

a． 電子式互感器在不同環境下的可靠性和穩定性需要提高，互感器不應成為影響智能變電站安全運行的隱患，其現場測試和調試環節也需進一步完善。

b． 各廠家對于IEC61850標準的理解存在一定差異，存在模型不統一的問題，影響智能變電站的調試和投運。

c． 與常規變電站相比，智能變電站投資偏高，其中一次設備投資比重最大，其次為二次系統和智能輔助控制系統。從設備種類來看，電子式互感器和狀態監測設備占智能化投資的主要部分，是降低智能變電站造價的主要方向。

d． 源端維護、設備綜合評估技術、狀態估計、經濟運行控制等高級功能應用深度不夠，目前大多數變電站運行、檢修工作仍依靠人工決策，智能化的特征體現不明顯。

4 結束語

智能變電站是智能電網技術的發展方向和必然趨勢，隨著各項智能化技術在變電站中的廣泛應用，需要總結和改進的問題也逐漸清晰，智能變電站的建設應從生產實際需要出發，充分考慮技術和管理上的變革，積極探索，穩妥推進，更好地為電網安全穩定運行、可再生能源應用、經濟社會發展服務［5］。

［1］ IEC 61850，變電站通信網絡和系統系列標準［S］．

［2］ 王明俊．智能電網熱點問題探討 ［J］．電網技術，2009，33(18):9－16．

［3］ Q/GDW383，智能變電站技術導則［S］．

［4］ Q/GDW393，110(66) ～220 kV智能變電站設計規范［S］．

［5］ 陳樹勇，宋書芳，李蘭欣，等．智能電網技術綜述 ［J］．電網技術，2009，33(8):1－7．