淺析智能變電站技術應用

引言：本文分析了智能變電站的結構和技術特點，探討了智能變電站技術的應用。

一、智能變電站的定義

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。從《智能變電站技術導則》給出的智能變電站的定義我們可以看出：智能變電站建立在變電站數字化的基礎之上，以變電站的數字化為硬件基礎。通過一次設備智能化、二次設備網絡化為目標，達到全站數據信息共享，數據傳輸穩定 。同時可以實現狀態監測、在線分析決策等各種智能化高級高級應用。

二、智能變電站的結構

智能變電站采用先進的電子式互感器，基于電壓和電流控制技術，以 GIS 設備和網絡架空系統為框架進行組網，在物理結構上可將其分為站控層、設備層和間隔層三層網絡框架

（一）站控層

作為變電站的控制層，站控層通過路由器、主機及其他人機交互設備相互連接而成。站控層的主要作用是完成對變電站的監測、異常情況進行報警及控制等。若變電站出現了相關的技術問題，則通過計算機可實現電能交換異常的實時記錄，并及時給出相應的處理措施，處理完成后將結果反饋至遠方的控制中心，以便于上級變電站進一步應對問題。

（二）間隔層

間隔層可以理解為設備層和站控層的中間架構，主要由繼電器、母線保護單元和測控設備組成。間隔層的主要作用是連接設備層和站控層，對重要設備進行監控和保護。在智能變電站轉換電能的過程中，電能通過間隔層時的信息都將被測控單元記錄，然后傳輸至站控層。繼電保護操作可在間隔層中實現，并完成初步檢測故障、閉鎖等功能。

（三）設備層

設備層是由控制柜和一次設備組成的電能接收和輸入設備。智能變電站中最為核心的設備為TA、TV 和復合型傳感器。其中 TA 主要采用Rogowski 型電流互感器，通過環形磁線來完成高阻抗下的測量電壓和數字化輸出功能。其中，VD裝置的主要作用是對高壓電路的帶電情況進行檢測，若高壓線路帶電，則通過 VD 裝置即可完成對電氣設備的閉鎖，這樣就能防止電氣設備的帶電操作而帶來的線路安全事故。復合型傳感器作為一種智能型的檢測和監控設備，通過其可以實現對一次設備運行狀態的實時在線監測。智能變電站的設備層也包含了許多一次設備，如變壓器、電壓/電流互感器等，通過這些設備可以實現電流的中轉，完成智能變電站基本的輸電和配電功能。

三、智能變電站技術特點

智能變電站技術是通過融合先進的信息處理技術和計算機監控技術實現的，其主要特點表現在基于信息高度共享的設備集成化及智能化控制。

（一）引入控制端

通過引入計算機終端，智能變電站就具有了智能的大腦：計算機終端系統能夠根據實際監測到的電能運行情況在極端的時間內完成判斷和處理，減小了由于突發事件帶來的變電站故障，提高了供電可靠性。

（二）分級控制技術的應用

基于電力安全生產準則的分布式控制技術，在站控層、設備層和間隔層實現了相對獨立的分級控制模式，不但對減輕中央處理設備的負荷起到了積極作用，而且也使設備的使用效率得到了提高，降低了由于集中式控制而存在的潛在安全風險。

（三）光纖技術的應用和電力裝置的集成化

智能變電站通過使用光纖技術完成了站內各控制層的局域網管理，在控制中心至二次設備層之間及一次設備層內，信息實現了自由傳播，且各層級之間數據傳輸的也更加穩定和可靠，同時由于光纖技術與計算機監控技術的配合使用，使得電能的監測和管理更加集成，節約了設備空間和安裝成本，保證了設備在預定的時間內達到工作狀態。

（四）局部或全局智能控制的實現

智能變電站在控制設備的選擇上滿足了智能化的要求，通過在一、二控制設備中采用先進的光電技術，完成了控制柜、電流互感器、電流閉鎖裝置的智能化，實現了具備設備的全自動化和智能控制。

四、智能變電站技術的應用

（一）一次變電設備的智能化

智能變電站技術的通過實現高壓配電設備的智能化在一個小的范圍內完成了智能電網的建設。基于智能傳感器實時監控電力運行情況，實現全面控制電力設備并完成故障的自動化處理是一次設備智能化的主要目標。智能變電站技術通過對一次設備的一體化設計實現了監測和控制的一體化；將高壓設備通過斷路器相連接實現了一體化設計，將上述設備進行一體化設計后完成了分層控制設備的信息融合及管理。

（二）高級變電功能的實現

（1）變電設備整體監測

智能變電站基于計算機終端，通過站控系統即可實現較為全面的設備監測，并可不間斷地完成電力設備實時運行數據及各種智能變電裝置運行信號的獲取，同時監測到變電站的輸入和輸出狀態，這樣就減小了所采集的無效數據，提高了變電站整體的監控效率。同時我們還必須注意到當前由于技術水平有限，部分智能變電站中采用整體監測還有一定的困難，因此各變電站應根據實際情況選擇關鍵的設備進行監測。

（2）線路綜合故障控制

通過采用先進的數據采集技術，智能變電站獲得了巨大的信息源；基于強大的數據處理技術，智能變電站具備了強大的信息處理能力；借鑒在線處理技術及數據庫模型技術智能變電站開發了狀態監測及故障診斷系統，技術人員只需將變電站內設備正常運行時的參數和特性輸入到數據庫中，待系統運行后，可在一等的周期內完成站內設備實際工作狀態具體而深入的監控和評價。

（3）智能報警功能

智能變電站的報警功能是以其智能分析決策系統為基礎的，分析決策系統在短期內即可完成對變電設備運行時的大量數據的分析和決策，查找到真正的故障信息，不但降低了誤報率，而且提高了報警的準確度。同時，根據信號的強度分析決策系統還可判斷故障的級別，從而起到了輔助終端計算機分析判斷故障的目的。同時我們應注意到，經過分析和決策后的故障數據可根據數據來源進行反饋，并給出故障提示信息、故障級別及檢修意見等一系列直觀的數據，為了保證故障信息得到技術人員足夠的重視，部分先進的智能變電站還設定了間隔報警機制，進行故障的定時報警。

（三）智能站保護裝置自適應繼電保護算法的應用

傳統的繼電保護以\"事先整定、實時動作、定期檢驗\"為特征。這種保護控制策略即便在一些傳統的應用場合也無法滿足系統要求，這主要是因為傳統策略本身有著保護范圍隨運行方式變化大，保護靈敏度受負荷影響大等一系列自身固有的缺陷。自適應繼電保護雖然在原理上與傳統保護策略相比并沒有革命性的變革，但是保護在整定方式上卻發生了質的變化，得益于現代高速數據傳輸處理技術的進步，自適應繼電保護能夠根據所采集到的電網的實時信息，對電網的狀態做出判斷，從而在線整定繼電保護裝置的各種參數，達到繼電保護動作時限，靈敏度和保護范圍各項指標的綜合尋優。

五、對智能變電站應用中的思考

（一）電子互感器問題

作為智能變電站技術中的關鍵和核心，電子式互感器技術的應用解決了傳統互感器電磁飽問題及二次斷線出現的高電壓危險，同時與傳統互感器相比，電子式互感還具有體積小，成本低，安裝簡單，便于運輸等優點。但目前智能變電站廣泛采用的電子式互感器普遍存在電源管理及電源取電兩方面的問題：雖然電子式互感器通過激光供能時無需外加電源，但若長時間置于室外惡劣的環境下，其遠端模塊及激光器的使用壽命都會受到很大影響，從而嚴重威脅了電子式互感器的穩定性和精度。在實際的工程應用中，可對電子式互感器及合并單元回路進行測量后確定異常光功率的閥值，并通過設置保護裝置正常實測的光功率值來完成光功率閥值告警功能，若存在重要的光回路則可進行狀態評估。通常 35 kV 及以下的小功率模擬輸出電子式互感器的輸出電壓一般在 75～225 mV，容易受到干擾且由于信號電壓低，作為采樣值信號會產生嚴重的誤差，同時也限制了采樣值的傳輸距離，若通過模/數轉換器增加傳輸距離則不僅應增加中間環節，而且也要解決同步通信的問題。

（二）數字通信同步

智能變電站中所應用的電子式互感器標志著保護已進入數字化時代，作為數字化保護的關鍵技術之一，通信同步技術對實現保護的數字化具有重要的作用，若數字化保護發生了通信失步則其主要是由時鐘同步源丟失、合并單元失步所引起的，同時，由于合并單元發送了間隔抖動也會引起差動保護的誤動作。智能變電站中由于存在著許多常規互感器，這些常規互感器和電子互感器是同時應用的，因此主變壓器高低壓側采樣的差動保護及線路兩側的縱差動保護均需要依靠合并單元對信息的收集與分發，因此，電子互感器的合并單元與保護裝置、智能操作箱將會因電路的轉換、處理報文等延時問題影響合并單元的精度。因此，應加強研究如何在智能變電站中應用時鐘同步裝置，將時間時刻與衛星時間同步，且即使在失去衛星同步時間的狀態下也能給出穩定的時鐘輸出，并采用冗余技術消除時鐘切換過程中的抖動問題。

六、結束語

智能變電站是智能電網的重要支撐節點，建設智能變電站具有重大的技術和經濟意義。作為各項新技術推動下的智能變電站，其發展必然會經歷一個長期的階段，而隨著智能電網和技術的進步，關于智能變電站的技術規范也會在實踐中逐步完善。從而使智能變電站最終成為智能電網的建設奠定堅實基礎。

參考文獻

[1]李琪林.智能電網關鍵技術研究[J].計算機科學，2010，37（8）.

[2]張文亮，劉壯志，王明俊等.智能電網的研究進展及發展趨勢[J].電網技術，2009.33（13）.

（作者單位：國網山西省電力公司朔州供電公司）