220千伏智能變電站高級應用功能研究

吳迪

【摘要】智能變電站的高級應用對于建設堅強智能電網有著相當重要的意義，能夠有效減少運行維護成本，改善設備的可靠性，增加設備的使用壽命。為了能夠讓智能變電站高級應用功能能夠發揮出良好作用，需要加強對智能變電站高級應用功能的研究。在文中介紹了220kV智能變電站的概述、基本組成和高級應用功能的研究。

【關鍵詞】智能變電站；高級應用

1、智能變電站概述

智能變電站與常規變電站相比主要區別有：

1.1 一次設備智能化：采用數字輸出的電子式互感器、智能開關（或配智能單元的傳統開關）等智能一次設備。一次設備和二次設備間用光纖傳輸數字編碼信息的方式交換采樣值、狀態量、控制命令等信息。

1.2 二次設備網絡化：二次設備見用通信網絡交換模擬量、開關量和控制命令等信息，取消常規自動化系統一次設備和二次設備之間的控制電纜，采用光纖網絡直接通信。

1.3 管理運維自動化：包括自動故障分析系統、設備健康狀態監測系統和程序化控制系統等自動化系統，提高自動化水平，減少運行維護的難度和工作量。

高級應用是運行管理智能化的前提，是推行調控一體化和無人值班的保障。本文針對熊家嘴220kV變電站高級應用功能進行全面論述。根據目前智能變電站高級應用的成果以及今后智能電網的發展研究，智能變電站高級應用采用循序漸進，逐步實施的原則，在智能變電站建設中逐漸全面實施。

2、智能化變電站基本組成

2.1 站控層：站控層包含自動化站級監控控制系統、站域控制、通信系統、對時系統等子系統，實現面向全站設備的監視、控制、告警及信息交互功能，完成數據采集和監視控制（SCADA）、操作閉鎖以及同步相量采集、電能量采集、保護信息管理等相關功能。其作用是完成對本站內間隔層設備及一次設備的控制，并完成與遠方控制中心、工程師站及人機界面的通信功能。

站控層功能高度集成，可在計算機或嵌入式裝置中實現，也可分布在多臺計算機或嵌入式裝置中實現。

2.2 間隔層：間隔層設備一般指繼電保護裝置、系統測控裝置、監測功能組的主智能電子裝置（IED）等二次設備，實現使用一個間隔的數據并且作用于該間隔一次設備的功能，即與各種遠方輸入/輸出、傳感器和控制器通信。主要任務是利用本間隔的數據完成對本間隔設備的監測和保護判斷。

2.3 過程層：過程層設備是一次設備與二次設備的結合，主要包括變壓器、斷路器、隔離開關、電流/電壓互感器等一次設備及其所屬的智能組建以及獨立的智能電子裝置。

智能一次設備和電子式互感器是智能化變電站的顯著標志之一，它由高壓設備本體和智能組件兩部分構成，具有測量數字化、控制網絡化、狀態可視化、功能一體化和信息互動化等特征。智能組件由若干智能電子設備（IED）組成，承擔一次設備的測量、控制和在線監測等功能，隨著技術的發展還可進一步集成保護、計量等功能。

2.4 組網方式：智能化變電站站控層網絡結構與數字化變電站相同，全站統一設置站控層網絡（MMS網），采用雙星形網絡結構，雙網雙工熱備用方式運行。全站的站控層設備以及間隔層設備，均通過100M雙網口接入站控層雙星形MMS網絡。

過程層采樣值傳輸可采用點對點傳輸或組建采樣值網絡（SV網）兩種方式。在傳輸規約方面，采用IEC61850-9-2采樣值傳輸標準。過程層GOOSE跳閘可采用點對點和組網兩種方式。GOOSE網與SV網可分別組網也可共同組網。熊家嘴智能變電站采取的是GOOSE網和SV網分別組網的方式，GOOSE跳閘采用的是點對點的直跳方式。

2.5 對時方式：目前主要的對時方式有SNTP、IRIG-B和IEEE1588等。SNTP對時采用以太網傳輸方式，實現簡單，精度能達到毫秒級，站控層對時均采用該方式。IRIG-B對時是十分成熟的技術，在過程層網絡中已經取得了廣泛的應用，熊家嘴智能變電站采取的是該模式。IEEE1588網絡對時技術的對時精度可達到亞微秒級，且可利用過程層網絡而不用鋪設專用的對時網絡，在國內某些變電站已經獲得了使用。

3、高級應用功能的研究

3.1 智能控制：變電站智能控制是電力系統智能變電站的基礎。實現變電站智能控制是高級應用的基礎，變電站最基本的智能控制包括順序操作，智能操作票、站域協同控制、圖像聯動等。

智能控制技術關鍵是統一命名規范、統一檢索機制、完全自描述實現模塊間或者系統間信息的無縫交互。基于智能調度等系統的特點和現實狀況，利用先進的模型映射技術，實現信息的無損轉換。實現各類數據的統一管理及建模，實現基礎數據的完整性，為高級智能應用奠定必需的基礎。

變電站順序操作是指變電站內智能設備依據變電站操作票的執行順序和執行結果校核要求，由站內智能設備代替操作人員，自動完成操作票的執行過程。實際操作時只需要變電站內運行人員或集控中心運行人員根據操作要求選擇一條順控操作命令，操作票的執行和操作過程的校驗由變電站內智能電子設備自動完成。

3.2 一體化五防與智能操作票

一體化五防：站控層具備全站防止電氣誤操作閉鎖功能。并能完成操作票模擬、預演與執行，實現和電腦鑰匙的通訊，在監控后臺能完全實現五防和操作票的功能。

智能操作票：智能操作票是智能調度和智能化變電站的重要應用之一，智能調度操作票用于調度自動化人員進行調度操作的自動開票，而智能倒閘操作票用于變電站操作人員進行變電站內的各種倒閘操作。

智能操作票專家系統，通過獲取電力系統專家豐富的運行經驗和知識來模擬電力系統專家智能開票系統。操作票專家系統主要利用存放電力系統設備相關的操作規則和經驗知識的知識庫，根據操作任務的要求，調用相關設備的規則類進行匹配推理，生成最終的操作票。

3.3 站域控制及保護

站域保護：是對站內信息的集中處理、判斷，實現站內安全自動控制裝置（如備自投、母線分合運行）的協調工作，適應系統運行方式的要求。宜具備與大用戶、電源等外部系統進行信息交換的功能，能轉發進、出線運行狀況等相關信息。

采集全站運行數據進行分析計算，優化后備保護功能。通過綜合利用變電站內各側的電壓或電流關系對各側的故障進行定位以實現全站的快速且有選擇性后備保護，提高保護自適應能力，同時在原有后備保護的基礎上根據與之配合的主保護或者后備保護的動作情況來縮短該后備保護的延時。

站域控制：利用對站內信息的集中處理、判斷，實現站內自動控制裝置（如備自投、母線分合運行）的協調工作，適應系統各種運行方式的要求。

在通信和數據處理速度滿足要求的情況下，應考慮基于全站數據信息的集中式處理架構的應用，系統級的運行控制策略優于面向單間隔的策略。

在熊家嘴智能變電站，站域控制及保護功能已集成安裝在系統中，但還未正式運行。

3.4 智能告警與分析決策

智能變電站良好的網絡，為全站容量信息的上送提供了可能，面對大量的告警信息，根據運行需求對信息進行綜合分類管理，實現全站信息的分類告警功能。根據告警信息的級別實行優先級管理，方便重要告警信息的及時處理，有助于智能變電站應對各類突發事件。綜合推理和分析決策報告將準確地提供必要的與事故和異常相關的信息，同時包含該事故和異常的一般性處理原則和推薦方法，協助運行人員及時地分析和處理事故，削弱事故對電網的影響和異常的危害性。

根據變電站邏輯和推理模型，實現對告警信息的分類和信號過濾，對變電站的運行狀態進行在線實時分析和推理，自動報告變電站異常并提出故障處理指導意見，為主站提供智能告警，也為主站分析決策提供事件信息。

智能告警與分析決策實現的內容：告警信息的分層、分類的多維度劃分；可定制的告警多窗口的實現；告警信息篩選、過濾與屏蔽；計時、計次等統計類型告警的應用；在線實時分析和推理變電站運行狀態；自動報告變電站異常并提出處理指導。

3.5 設備在線監測與狀態檢修

智能化變電站中，可以有效地獲取電網運行狀態數據、各種智能電子裝置IED的故障和動作信息及信號回路狀態。智能化變電站中將幾乎不再存在未被監視的功能單元，在設備狀態特征量的采集上沒有盲區。通過對設備進行廣泛的在線監測，設備檢修策略可以從常規變電站設備的“定期檢修”變成“狀態檢修”，使得設備檢修更加科學可行，既能保證電氣設備的安全可靠運行，又可獲得最大的經濟效益和社會效益。

設備在線監測與狀態檢修系統是一個多層結構的軟硬件結合的綜合應用系統。其中，智能化變電站包括兩層，一層是就地監測層，負責變電站電網設備、智能電子裝置等設備各種狀態和信息的采集；另一層是站內數據平臺，負責變電站內各種監測數據的收集、顯示、分析。調度中心也包括兩層，一層是數據采集層，負責采集各變電站上送的各種設備檢測信息，形成設備在線監測數據平臺；另一層是應用分析層，利用電力系統中成熟的電力設備故障診斷算法對設備故障進行診斷，對設備狀態進行評估分析，并結合電網的運行方式和檢修計劃，合理進行故障設備的檢修管理。

3.5.1 一次設備狀態監視

監控一體化系統的運行監視應分為數據監視和可視化展示兩個部分：

可視化展示應采集主要一次設備（變壓器、斷路器等）狀態信息，進行狀態可視化展示并發送到上級系統，為實現優化電網運行和設備運行管理提供基礎數據支撐。運行監視信息應直觀、生動、逼真，貼近真實物理對象，故障信息應形象、直觀、逼真，與實際事故場景相一致；可視化化的展示應有利于運行人員遠方快速、準確地完成操作和事故判斷。

通過對一次設備的運行狀態進行在線監測，可以實現一次設備的狀態檢修，從而簡化檢驗項目，甚至取消定期檢驗。減少二次設備定期計劃檢修維護，降低檢修費用，減少停電時間，進一步降低變電站全壽命周期成本。在線監測主要包括對變壓器油中溶解汽體、局放監測、套管容性設備介損監測、全站避雷器放電計數漏電流監測等。

3.5.2 二次設備狀態監視

二次設備狀態可視化：包括二次設備或計算機的CPU負荷率、內存使用率、硬盤使用率的實時監視。網絡狀態全景可視化：基于SNMP協議實現對網絡了運行狀態、網絡流量、交換機端口狀態等信息的實時監測和統計，實現基于SNMP的網絡狀態可視化監視與報警功能。

站控層和過程層網絡中，分別配置網絡記錄、分析設備，并將網絡狀態信息上傳至站級監視系統，實現集中可視化監視并依據檢測數據對網絡狀況進行評估。

二次設備運行可視化：二次設備的運行狀態（運行、熱備、檢修、停運等）的可視化。二次設備的重要壓板宜可視化。當前的定值區的可視化，應能直觀的顯示運行定值、定值區的信息。應能直觀反應二次設備的指示燈狀態（運行、故障、告警）。針對變電站數字化后產生的虛擬二次回路，依據其信息流，實現實時運行狀態監視。

四、結束語

智能電網代表著電力工業的發展方向和社會的進步，智能化變電站是智能電網的重要環節。本文對智能化變電站的概況和基本組成進行了總結，并探討了220千伏智能化變電站中高級應用功能。智能化變電站高級應用功能的完善需要較長時間，將隨著智能化變電站技術的發展和智能電網建設的推進而逐步走向成熟。

參考文獻：

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