新一代智能變電站整體設(shè)計(jì)理念

馮　瀟　張亞娟（航天長(zhǎng)征化學(xué)工程股份有限公司蘭州分公司，甘肅蘭州　730010）

新一代智能變電站整體設(shè)計(jì)理念

馮瀟張亞娟
（航天長(zhǎng)征化學(xué)工程股份有限公司蘭州分公司，甘肅蘭州730010）

智能變電站作為智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)及支撐，是智能電網(wǎng)采集運(yùn)行數(shù)據(jù)的源頭及執(zhí)行命令的一個(gè)單元，是建設(shè)電網(wǎng)的重要內(nèi)容之一。智能電網(wǎng)的發(fā)展方向的轉(zhuǎn)變、運(yùn)行及管理方式的創(chuàng)新以及科技的進(jìn)步都對(duì)智能變電站發(fā)展提出了更高的要求。該文主要對(duì)新一代智能變電站設(shè)計(jì)理念以及智能變電站關(guān)鍵設(shè)備及技術(shù)進(jìn)行研究，并預(yù)測(cè)了未來智能變電站的發(fā)展趨勢(shì)。

智能變電站設(shè)計(jì)技術(shù)理念

為助于智能電網(wǎng)模式轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)調(diào)控整體建設(shè)，引導(dǎo)智能電網(wǎng)和變電站發(fā)展的方向，就有必要將現(xiàn)有的智能變電站設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行及檢修的經(jīng)驗(yàn)與存在的問題進(jìn)行分析研究，結(jié)合設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行及檢修方法轉(zhuǎn)變，進(jìn)行新一代智能變電站研究，整理、歸納智能變電站功能的需求，深入智能變電站核心理論和技術(shù)研究以及設(shè)備開發(fā)，努力在智能電網(wǎng)領(lǐng)域達(dá)到中國(guó)創(chuàng)造和引領(lǐng)的目的。目前，變電站的設(shè)計(jì)主要采用供應(yīng)商主導(dǎo)分專業(yè)的設(shè)計(jì)方式，無法達(dá)到變電站整體優(yōu)化的目標(biāo)。設(shè)計(jì)方法與理念受到設(shè)備與技術(shù)水平的限制，配置和控制等方案仍存在進(jìn)一步的提升可能。新一代的變電站可實(shí)現(xiàn)由分專業(yè)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)榧苫O(shè)計(jì)。通過集成化設(shè)計(jì)，可確認(rèn)設(shè)備所具有的功能及其需求，有助于設(shè)備的開發(fā)；通過對(duì)主接線及總平面的優(yōu)化，可提高智能變電站的設(shè)計(jì)技術(shù)水平，保證將先進(jìn)的理念和方法應(yīng)用到設(shè)計(jì)當(dāng)中。

1　新一代智能變電站設(shè)計(jì)理念

1.1系統(tǒng)高度集成

新一代智能變電站通過整合系統(tǒng)功能、優(yōu)化結(jié)構(gòu)布局、采用“一體化設(shè)備、一體化網(wǎng)絡(luò)、一體化系統(tǒng)”為技術(shù)構(gòu)架，有效提升變電站優(yōu)化集成設(shè)計(jì)水平。“高度集成”的設(shè)計(jì)理念包括：一次與二次設(shè)備高度集成、IED裝置高度集成、網(wǎng)絡(luò)高度集成、站域平臺(tái)高度集成及設(shè)備空間高度集成5個(gè)方面。

1.2結(jié)構(gòu)合理布局

在保證電網(wǎng)具備足夠的安全性的條件下，對(duì)變電站的主接線進(jìn)行優(yōu)化，適當(dāng)?shù)亟档突ジ衅鞯臄?shù)量，對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行合理的位置安排，節(jié)約變電站設(shè)備及基建的費(fèi)用；將一次設(shè)備與傳感器進(jìn)行整體化設(shè)計(jì)，在電子互感器穩(wěn)定成熟后，可以集成于一次設(shè)備當(dāng)中，從而進(jìn)一步地增加設(shè)備的集成度，使設(shè)備所占體積減少；利用好一次設(shè)備空余的面積，將有關(guān)二次設(shè)備放在一次設(shè)備的附近進(jìn)行就地?cái)[放和安裝，與此同時(shí)，采取新型安裝機(jī)械設(shè)備及檢修裝置，便于惡劣氣候條件檢修及維護(hù)；減少二次設(shè)備屏柜的數(shù)量，從而節(jié)省建筑面積。

1.3支撐調(diào)控一體

優(yōu)化設(shè)備告警信息直傳、變電站全景遠(yuǎn)程瀏覽等功能，簡(jiǎn)化一體化監(jiān)控系統(tǒng)配置；深化一鍵式順序控制應(yīng)用，同時(shí)提升高級(jí)功能應(yīng)用水平，滿足無人值守及“大運(yùn)行”管理模式需求。

1.4設(shè)備先進(jìn)適用

新一代智能變電站采用智能化一次設(shè)備，集成化二次系統(tǒng)，改進(jìn)現(xiàn)有設(shè)備，研制新型設(shè)備，技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)、性能穩(wěn)定，全壽命周期長(zhǎng)；變電站設(shè)計(jì)、調(diào)試技術(shù)取得突破，設(shè)計(jì)、配置、調(diào)試工具方便高效。采用基于圖形用戶界面的設(shè)計(jì)、配置成套工具，二次虛端子接線設(shè)計(jì)文件與變電站配置文件無縫接口，CAD圖形文件與SCD模型文件可同步轉(zhuǎn)換，并具備圖形連接與模型中虛端子自動(dòng)匹配和校核功能。變電站設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試效率大大提高。

1.5經(jīng)濟(jì)節(jié)能環(huán)保

新一代智能變電站使用的IED減少30%以上，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)減少50%，占地減少40%～50%，建筑面積減少62.5%，現(xiàn)場(chǎng)安裝工作量減少60%以上，有效體現(xiàn)智能變電站集成化、模塊化、一體化、標(biāo)準(zhǔn)化和工業(yè)化的發(fā)展理念。

2　智能變電站關(guān)鍵設(shè)備及技術(shù)

2009年起，在國(guó)網(wǎng)范圍內(nèi)共安排了兩批47座新建智能變電站試點(diǎn)工程建設(shè)，試點(diǎn)工程涉及24個(gè)網(wǎng)、省、直轄市，覆蓋從66kV—750kV不同電HI等級(jí)，采用AIS、GIS、HGIS等設(shè)備，涵蓋戶外、戶內(nèi)、地下變電站等多種類型。至2011年底，智能變電站試點(diǎn)項(xiàng)目已經(jīng)梭工投產(chǎn)41座，在技術(shù)突破、設(shè)備創(chuàng)新、功能提升等方面取得了階段性成果。

2.1電子式互感器

電子式互感器在智能變電站試點(diǎn)工程中得到廣泛應(yīng)用。其中，電子式電流互感器有源型、無源型約各占1/2；電子式電壓互感器絕大多數(shù)為有源型，組合式電流電壓互感器也絕大多數(shù)為有源型，而從整站配置來看，羅氏線圈電流互感器+電容分壓式電壓互感器是目前電子式互感器的主流配置。在安裝方式上，大多數(shù)電子式互感器釆用與HGIS、GIS、開關(guān)柜、套管集成安裝的安裝方式。

作為智能變電站的重要設(shè)備，電子互感器在釆集數(shù)字化、控制網(wǎng)絡(luò)化、設(shè)備緊湊化、狀態(tài)可視化、檢修狀態(tài)化等方面發(fā)揮了重要的作用，但也因運(yùn)行時(shí)間相對(duì)較短、技術(shù)還未完全成熟，在實(shí)際應(yīng)用中穩(wěn)定性、可靠性較常規(guī)互感器低。

因電子式互感器的研發(fā)、制造、應(yīng)用仍處于初步階段，在選型配置規(guī)范化、安裝調(diào)試、運(yùn)行維護(hù)方面，還需完善，尤其在可靠性、穩(wěn)定性等產(chǎn)品制造方面還存在一些問題，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)、提高質(zhì)量、嚴(yán)格測(cè)試、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)等手段，電子式互感器應(yīng)用有更廣闊的前景。

2.2智能終端

智能終端從功能角度是一種繼電保護(hù)裝置，也是一種執(zhí)行元件，與間隔層保護(hù)控制器、負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采樣的合并單元（MU）共同組成智能變電站集成保護(hù)平臺(tái)。它的控制對(duì)象可以是斷路器、刀閘、主變壓器等一次設(shè)備。其主要功能有：（1）控制輸出功能。智能終端具有開關(guān)量（DO）輸出功能，而且應(yīng)具有可擴(kuò)展性，輸出量點(diǎn)數(shù)可根據(jù)工程需要靈活配置；繼電器輸出接點(diǎn)容量應(yīng)滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要。可以通過模塊化設(shè)計(jì)，來實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展性和靈活配置。（2）GOOSE命令記錄功能，即具有簡(jiǎn)單的事件順序記錄功能（SOE）。記錄的內(nèi)容有：收到GOOSE命令時(shí)刻、GOOSE命令的來源及保護(hù)跳合閘等動(dòng)作時(shí)刻等，并能提供便捷的查看方法。（3）斷路器控制功能。可根據(jù)工程需要選擇分相控制或三相控制等不同模式。一般情況下，220 kV 及以上電壓等級(jí)的斷路器都是采用分相控制的。在初期階段，能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單的分合閘控制功能即可。

2.3合并單元

合并單元是電子式互感器與保護(hù)、測(cè)控等裝置的接口設(shè)備，在智能變電站信息傳遞中起著重要的紐帶作用，其不同的配置方案對(duì)智能變電站的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行具有重要影響。在試點(diǎn)智能變電站中，合并單元配置主要有兩種布置方式，即室內(nèi)布置方式與就地布置方式。

合并單元在調(diào)試、運(yùn)行和檢修過程的問題主要有：（1）合并單元與互感器、采集器之間的干擾問題。（2）合并單元裝置耐高溫、抗干擾問題。智能變電站通過合并單元的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了電流、電壓等模擬量信息的共享，使以往的硬接線模擬量傳輸方式轉(zhuǎn)化為光纖數(shù)字傳輸方式，簡(jiǎn)化了二次接線，節(jié)省了大量的電纜硬接線。隨著智能變電站信息應(yīng)用的擴(kuò)展和功能應(yīng)用的提升，合并單元的作用將更加凸顯。

2.4高壓開關(guān)設(shè)備與智能組件整合

通過模塊化的測(cè)量、控制、保護(hù)、監(jiān)測(cè)、計(jì)量傳感器部件和統(tǒng)一化的電源、信號(hào)接口標(biāo)準(zhǔn)，研究高壓開關(guān)設(shè)備與智能組件整合技術(shù)，采用內(nèi)置插接方式與一次設(shè)備集成，實(shí)現(xiàn)一次智能設(shè)備的測(cè)量數(shù)字化、控制網(wǎng)絡(luò)化、狀態(tài)可視化、功能一體化和信息互動(dòng)化。

2.5時(shí)間同步系統(tǒng)

智能變電站的二次系統(tǒng)中電子式互感器、合并單元、交換機(jī)、保護(hù)測(cè)控等設(shè)備，保護(hù)測(cè)控設(shè)備的電流電壓等釆樣值輸入也由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)輸入，信息的共享程度和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性大幅度提高，這些變化對(duì)智能變電站的時(shí)鐘同步系統(tǒng)提出了嚴(yán)格的要求。應(yīng)用IEEC 61588對(duì)時(shí)可在避免專門鋪設(shè)光纖同步網(wǎng)，只需交換機(jī)支持該標(biāo)準(zhǔn)即可。目前支持該標(biāo)準(zhǔn)的交換機(jī)價(jià)格比較昂貴，在變電站具體實(shí)施過程又缺乏具體的設(shè)計(jì)及運(yùn)行規(guī)范。隨著二次設(shè)備就地化、支持IEC61588對(duì)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)成熟及價(jià)格下降，IEC 61588對(duì)時(shí)技術(shù)在智能變電站將會(huì)廣泛應(yīng)用。

3　未來發(fā)展方向

目前，雖然智能變電站知識(shí)部分實(shí)現(xiàn)了一次設(shè)備與二次系統(tǒng)的提升，仍存在著占地面積大、運(yùn)行效率低等一些問題。一次設(shè)備智能化的程度較低，即使實(shí)現(xiàn)了一次、二次設(shè)備間的數(shù)字化連接，但因?yàn)橹悄芙K端與合并單元的出現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)增加大量的接口設(shè)備，難以實(shí)現(xiàn)和一次設(shè)備整體化設(shè)計(jì)；此外，二次系統(tǒng)目前有較大的突破，基本實(shí)現(xiàn)了數(shù)字信息化，但網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的過程太過復(fù)雜，對(duì)于信息的傳遞是否可靠還需進(jìn)一步的驗(yàn)證，還未實(shí)現(xiàn)信息一體化平臺(tái)建設(shè)。而對(duì)于新一代的智能變電站，將會(huì)達(dá)到統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、整體化設(shè)計(jì)、先進(jìn)且實(shí)用的發(fā)展目標(biāo)，這也就對(duì)一次設(shè)備占地面積大小、智能化的程度，二次系統(tǒng)的集成程度、支撐調(diào)控一體化等問題提出了更高的要求。

4　結(jié)語

目前，智能變電站在技術(shù)、設(shè)備、功能等水平方面實(shí)現(xiàn)了較大提升，總體造價(jià)與常規(guī)變電站相比基本相當(dāng)，但與外部運(yùn)行管理轉(zhuǎn)變要求和內(nèi)部自身技術(shù)發(fā)展要求相比仍存在差距，建設(shè)理念需要突破，關(guān)鍵技術(shù)需要?jiǎng)?chuàng)新，專業(yè)管理有待提升，需要開展新一代智能變電站的研究和建設(shè)。

［1］倪益民，楊宇，樊陳，郭艷霞，竇仁暉，黃國(guó)方.智能變電站二次設(shè)備集成方案討論［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2014，03:194-199.

［2］宋合志，王化鵬，楊威，許智.新一代智能變電站智能開關(guān)設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.電氣應(yīng)用，2013，S1:444-447.

［3］張峰，李明明.淺談智能變電站技術(shù)的創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用［J］.機(jī)電信息，2014，15:104-105.

［4］張航.智能變電站二次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其工程應(yīng)用研究［D］.山東大學(xué)，2013.