智能變電站分階段改造方法的研究

陶 珂

（國網安徽電力公司蚌埠供電公司，安徽 蚌埠 233000）

0 前言

目前，智能電網改造已經成為現階段世界電網的主題，國內電網建設事業也正如火如荼的進行，許多變電站都是剛剛完成綜合自動化改造。從智能變電站的技術發展現狀和經濟效益來分析，如果立即拆除，進行智能變電站建設，勢必造成工程、資金的嚴重浪費，十分不合適。因此，對傳統變電站進行數字化改造將是最佳方案。即可以最大限度的利用現有設備，減少工程量、投資量，又能充分的體現智能變電站的優勢和特點，使之平穩過渡到智能變電站。本文針對現階段實際情況，對分階段進行傳統變電站數字化改造的實施方案進行探討[1]。

1 智能變電站關鍵技術

1.1 IEC61850與智能變電站功能

TC57制訂了基于通用網絡通信平臺的變電站自動化系統唯一的國際標準_IEC61850。在IEC61850通信協議中，制訂了變電站一致性測試、工程和系統管理、通信系體要求等標準；以對象建模技術為基礎，增強了設備和數據管理功能，實現了開放互操作；制定了特定通信服務映射SCSM以適應通信技術快速發展。

經過改造的變電站服從于IEC61850通信規約，過程層、間隔層、站控層3層通信結構組成了變電站通信體系統和網絡。過程層設備主要是一次設備，主要進行一次智能設備的運行情況檢測，智能設備各參數測量，執行變電站網絡中傳遞來的命令。間隔層設備主要是二次設備，其自動化系統比傳統變電站具有很大的優越性和先進性，大量的先進自動化、信息等技術和IEC61850標準在其里面都有體現。站控層負責將本變電站與遠方調度控制中心在IEC61850通信協議之下交換信息，并將控制中心發來的指令傳遞到變電站網絡中，由過程層設備和間隔層設備加以執行，是變電站內人機直接對話的地方。

1.2 非傳統互感器

非傳統互感器依據其變換原理可以分為有源和無源兩大系列。有源式電子互感器，又稱為電子式電壓/電流互感器(EVT/ECT)，其特點是需要向傳感頭提供電源。無源式電子互感器主要指采用光學測量原理的電流互感器，又稱為光電式電壓/電流互感器(OVT/OCT)，其特點是無須向傳感頭提供電源。

1.3 智能開關設備

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[3]。

2 變電站分階段數字化改造的優點

傳統變電站分階段實施數字化改造可以將各種新技術最先應用到實際的生產中，如采用電子式互感器在技術上避免了傳統電磁式互感器二次電流、電壓在電纜傳輸過程中的損耗，提高了計量的精度；一次設備與二次設備之間、二次設備與二次設備之間采用光纖取代大量電纜，完成數字化采樣值和控制信號傳輸等。通過分階段實施傳統變電站的數字化改造一方面可大大減少前期投資費用；另一方面，根據變電站現有設備運行情況進行分階段數字化改造可以最大限度地發揮現有設備的效能，避免一味追求技術先進而造成不必要的浪費。同時隨著數字化技術的不斷發展，其相關產品的技術含量也越來越高，并且其價格也必然會持續下降，分階段實施數字化改造總投資也必然降低。由于大量設備均已在工廠進行了調試試驗，從而分階段實施變電站數字化改造可大大減少工程量，縮短工程時間，減少施工過程中所需要的一次設備停電時間，一方面方便電網運行方式的安排，一方面可以提前送電，保證居民和企業客戶的正常用電，并給公司帶來效益。

3 智能變電站改造

智能變電站分為三層結構：過程層、間隔層和變電站層。傳統變電站的數字化改造工作也可以分解為相對獨立的3個部分：變電站層數字化改造；間隔層數字化改造；過程層數字化改造[4-5]。

3.1 變電站層數字化改造

后臺監控系統和遠動服務器等構成變電站層設備。變電站層采用以太網結構，監控、遠動通信服務器等變電站層設備需滿足IEC61850標準。

目前，許多微機綜合自動化變電站已完成了變電站層設備的數字化的改造，不需要進行整體改造、更換，為了為整站數字化改造打好基礎要預先對變電站層的設備進行數字化改造，而對于老式常規變電站可以隨著微機自動化的改造進行。

3.2 間隔層數字化改造

間隔層設備由按間隔對象配置的數字式保護測控裝置、低壓保護裝置、計量裝置以及與接入其他智能設備規約轉換設備，這些設備裝置都必須滿足IEC61850標準。間隔層設備與站控層設備間信息交換采用100M交換以太網。由于間隔層的硬件設備處于強電磁干擾的惡劣環境下，因此相應的保護和測控設備必須能防止干擾，性能穩定，可靠工作，完全適合于將其布置在開關柜上。采集的模擬量、開關量、電能量可通過站內電氣接線的拓撲結構對模擬量和關量的數據合理性進行檢查及相應處理，完成對單元設備的實時測量、保護、控制，按照要求將現場總線通信轉化為以太網通信方式與站控層和調度中心進行實時數據交換，同時具有現場總線上所有信號數據的匯總功能。

在進行間隔層數字化改造時可同步對變電站層服務器軟件進行數字化升級改造，完成變電站層的數字化改造。

3.3 過程層數字化改造

過程層設備主要包括光電式電流、電壓互感器、智能斷路器等一次設備。這些設備都具有滿足IEC61850標準的接口，過程層和間隔層之間通過交換式以太網進行電壓、電流、功率因數等信息的傳輸與共享。

在平常的生產運行中，變電站一次設備達到使用壽命進行更換時，可選擇采用數字化羅氏線圈互感器或純光學互感器，完成過程層數字化改造。

4 結論

綜上所述，為了適應現代社會發展的需求，智能變電站已成為未來變電站發展的趨勢。對于新建變電站，如果條件允許的情況下建設智能變電站是最佳的方案；如何使原有的傳統變電站過渡到智能變電站是智能變電站推廣建設中需要面對的實際問題。

[1]湯漢松,孫志杰,徐大司.智能變電站的現狀與未來[J].江蘇電機工程,2007,26（增刊）:5-7.

[2]孟和.基于IEC61850電子式互感器數字接口軟件設計與實現[D].成都:西南交通大學,2010.

[3]劉清瑞,劉日堂,尚學軍.110kV 智能變電站的關鍵技術[J].繼電器,2007,35（增刊）:240-245.

[4]黃少雄,李斌.傳統變電站分階段數字化改造方案研究[J].東北電力技術,2009（7）:33-36.

[5]孫平,田峰,劉冀.常規變電站數字化改造的模式探討[J].農村電氣化,2008（增刊）:82-86.