新時期我國變電站的智能化及數字化技術分析

【摘要】在我國大力發展智能電網的時期，對于變電站的智能化有了很高的要求。本文結合筆者實際工程經驗，首先介紹了我國變電站智能化和數值化技術的特點，分析了目前國內外較新的綜合自動化技術，指出智能化變電站是變電站自動化技術發展的必然方向。

【關鍵詞】變電站；智能化；數字化

變電站是電網輸配電的主要組成部分，它是由眾多的一次和二次設備組成、作為整個電網的一個節點，在電網中擔負著電能的傳輸、分配任務，變電站繼電保護、監控自動化系統是構成變電站自動化系統的基礎，對變電站內設備進行統一監測、管理、協調和控制。同時，它又必須與電網調度自動化系統進行實時有效的信息交換、消息共享，優化電網操作，提高電網安全穩定運行水平。

智能化是當今電網發展的新趨勢，數字化變電站是智能電網建設的物理基礎，數字化變電站試點應用是目前電網建設和變電站技術發展的新熱點，也將成為未來變電站自動化技術的發展趨勢和方向。

1.變電站智能化

智能化變電站是采用先進的傳感器、信息、通信、控制、智能等技術，以一次設備參量數字化和標準化、規范化信息平臺為基礎，實現變電站實時全景監測、自動運行控制、與站外系統協同互動等功能，達到提高變電可靠性、優化資產利用率、減少人工干預、支撐電網安全運行，可再生能源“即插即退”等目標的變電站。

智能變電站實現形式基于數字化變電站，但在支撐智能電網建設、可再生能源即插即退等智能性方面，有更高的要求。以智能一次設備和統一信息平臺為基礎，通過采用先進的傳感器、電子、信息、通信、控制、人工智能等技術，實現變電站設備的遠程監控、程序化自動運行控制、設備狀態檢修、運行狀態自適應、智能分析決策、網絡故障后的自動重構以及與調度中心信息的靈活交互。數字化變電站實現了一二次設備的數字化，而智能化變電站是實現了一二次設備的智能化，運行管理的自動化，操作監視的可視化。智能變電站更深層次體現出堅強智能電網的信息化、自動化和互動化的技術特點。

2012年9月，隨著35千伏靖安變電站1號主變3501開關合閘送電，甘肅首座35千伏智能變電站在白銀順利投運，標志著甘肅公司農網智能變電站實現新發展。35千伏靖安輸變電工程自2012年6月全面開工建設至今，正值公司系統“三集五大”體系建設導入、磨合階段，在納入“大建設”體系管理后，經歷了改革的洗禮，該工程按照110千伏電壓等級基建工程的標準要求、應用新的管理流程，在廣大電力建設員工的共同努力下高質量建設完成，提前計劃1個月投運。

35千伏智能變電站較傳統綜自站，最主要的特點是綜自系統完全按照智能化變電站標準設計，大量采用光纖、智能設備狀態監測等新技術和新設備，極大地減少了交換設備，節省了投資和資源消耗，能夠自動完成信息采集、測量、控制、保護、監測等功能。運行之后較傳統變電站更為智能、節能和人性化，在降低全壽命周期建設運營成本的同時，大大提高了電網供電能力和安全運行水平。

該站的投運，將為周邊的負荷發展提供新的電源接入點，帶動當地特色經濟發展。今年年底甘肅白銀供電公司還要建成2座110千伏和3座35千伏農網智能變電站，促進能源資源優化配置，為老百姓發展提供可靠的電力保障，全力推動白銀地區“新農村”建設。

可見，智能變電站的實施意義非常重大：

變電站的各種功能共享統一的信息平臺；解決設備間的互操作問題；便于變電站新增功能和擴展規模；應用通信網絡取代二次電纜；提升測量精度；避免電纜帶來的電磁兼容、傳輸過電壓和兩點接地等問題；應用電子式互感器解決傳統互感器固有問題。

2.變電站數字化

數字化變電站是由電子式互感器、智能化終端、數字化保護測控設備、數字化計量儀表、光纖網絡和雙絞線網絡以及IEC61850規約組成的全智能的變電站模式，按照分層分布式來實現變電站內智能電氣設備間信息共享和互操作性的現代化變電站。

2012年8月，隨著110千伏碌曲變電站10千伏出線的成功送出，標志著甘南供電公司首座110千伏數字化變電站順利投運。與傳統變電站相比，110千伏碌曲變電站采用“三層一網”結構，符合IEC61850標準的智能設備，更便于變電站的新增功能和擴展，提高通信系統信號傳輸的完整性、可靠性和實時性。站內采用光纖通信，大幅度降低了控制電纜的使用。保留全站一次設備，通過合并單元、PT智能組件實現常規互感器的電流、電壓量的數字化，通過智能終端實現斷路器、隔離開關等設備的智能化。各間隔保護直采直跳，公用保護網采網跳。在該項目中，還首次采用110千伏線路雙保護配置，與對側綜自站實現光差保護。經過七十多個晝夜的艱辛努力，110千伏碌曲數字化變電站改造工程全面竣工并交付使用。

110千伏碌曲變電站的順利投運是甘南電網智能化發展的重要里程碑，標志著電網逐步向智能、高效的方向轉變，同時為電子式互感器及智能斷斷路器的應用打下了堅實的基礎，也為該公司公司積累了數字化變電站的經驗，帶動了一批專業人員熟悉掌握電網新型設備和前沿技術。

可見，數字化變電站的優勢在于：二次系統安全性提升；測量精度和動態性能提高；設計理念的革新；變電站建設模式的變革；信息平臺化處理。

3.變電站綜合自動化技術

3.1 DSP技術

數字信號處理（DSP）技術推廣應用以來，以直接交流采樣為基礎的微機保護和遠動裝置，不同程度地將保護、自動重合閘、故障錄波、故障測距等各種自動裝置的測量和控制集成在一起，構成了綜合自動化系統的技術基礎。

通過數字信號處理，計算出各相電流、電壓、電流方向、故障電流、kW/kvar/kWh/kvarh、功率因數以及2～7次諧波，精度可達0.2%。不僅解決了測量和計量問題，并可通過對有關計算值的分析計算，構成各種保護功能。

3.2面向現場的變電站綜合自動化技術

面向現場的變電站綜合自動化技術真正具備了無人值班的條件，保護的工況可由SCADA（監視控制和數據采集）系統監視，保護的投切和定值的選擇，可在調度中心由調度員來遙控。保護定值的修改、故障錄波和故障測距數據的收集，可通過計算機通信，在管理信息系統（MIS）上由保護人員來操作。面向現場的變電站綜合自動化系統，取消了大控制室，需要相應的工程設計相配合；與可控保護單元及SCADA系統的結合，需要運行管理體制相配合。

3.3 PLC技術

PLC軟件設計采用了模塊化，使程序的開發難度大大降低，同時也增強了軟件的可讀性和可移植性，為變電站實現無人值班的要求提供了成功的解決方案。改造后的變電站，能通過現場的可編程序控制器PLC和上位機的監控平臺實現“四遙”功能，具備實時監測與監控、事故記錄、實時及歷史趨勢圖、報表等功能，從而實現變電站的現代化管理，提高變電站運行的安全、可靠性，并減少系統維護工作量和提高管理水平。

4.總結

總的來說，智能化變電站是變電站自動化技術發展的必然方向，它的發展和成熟對建立堅強智能電網有重要的意義。智能化變電站在向適應智能電網發展方向進一步深化和推廣，逐步完善并實現信息化、自動化、互動化的智能技術特征，有效成為智能電網變電環節的重要組成部分。

要實現全面的變電站自動化的功能，還有許多技術問題需要攻關解決。相信在不遠的將來，技術先進、運行可靠、結構合理、性能價格比高的自動化系統，必將為我國的電網運行帶來可觀的經濟效益和社會效益。