智能變電站關鍵技術

羅紅++王國玉

摘 要 智能變電站已成為世界各國電力行業應對全球能源與環境問題的共同選擇，是當前國內外電力系統技術研究和工程建設的熱點。變電站智能化是建設智能電網的重要環節之一。可以自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監測等基本功能。同時具備智能告警、順序控制等高級應用功能。本文針對智能變電站的現狀及關鍵的技術問題進行一些系統的研究。

【關鍵詞】技術 智能變電站

新一代智能變電站是電網技術發展的必然趨勢，它突破了常規變電站的技術發展并且在一次設備智能化運行以及二次調試運行上存在一定的突破，變電站智能化的關鍵在二次設備與技術，一次設備智能化也是通過二次設備與技術來實現的。

1 智能變電站

數字化變電站的進一步演化是智能變電站，它具備一次設備智能化、全站信息數字化、信息共享標準化、高級應用互動化等重要特征。智能變電站概念如圖1所示。

2 變電站技術發展

變電站自動化技術發展歷程大體可分為三個階段，即是早期的遠動技術、中期的監控技術和近期的變電站自動化技術。智能變電站二次系統的實施程度可分為三個階段：站控層和間隔層之間的MMS網絡；MMS和GOOSE兩個網絡，在第一個階段的基礎上，重點實踐了間隔層設備間聯系，包括保護、測控間的GOOSE聯閉鎖、保護測控和智能終端的倆系；MMS、GOOSE和SMV三個網絡。智能變電站常見的三種對時方式：SNTP、IRIG-B和IEEE1588。

3 二次設備關鍵技術

3.1 技術特點

智能變電站框架結構如圖2所示。在邏輯上由站控層網絡、間隔層網絡、過程層網絡組成。站控層MMS網主要用于站控層設備和間隔層設備的信息交換，主要用于監視間隔層設備的控制信息。過程層GOOSE網絡主要用于保護設計之間的連閉鎖信息交互、間隔層與過程層設備之間控制命令傳遞及斷路器與隔離開關等開關量信息的采集。過程層SV網絡用于傳輸電子式互感器所產生的電氣量采集值給故障錄波器或測控裝置。

3.2 校時方式

智能變電站中，常見的對時方式有IRIG-B碼對時，IEEE1588精確時間協議及SNIP簡單網絡時間協議。IRIG-B碼對時在系統中應用多年，可用于全站所有設備的對時，單是需要單獨對時網絡。IEEE1588對時要求設備以太網芯片硬件能夠支持時間截的生成。SNIP對時主要采用客戶機/服務器模式，對交換機也沒有特殊要求，在智能變電站中一般用于后臺系統和遠動機的對時。

3.3 故障錄波器與網絡分析

在智能變電站中，用于傳輸狀態量、電壓及電流等信號的二次電纜被數字化通信網絡取代，站控層、間隔層和過程層的通信網絡報文成為變電站智能設備之間的信息交互和共享的主要方式。故障錄波器也相應采用智能化設備。其特點主要體現在：全面支持IEC61850協議；采用數據同步；數據存儲技術；故障錄波啟動技術。

智能變電站網絡報文分析裝置的主要功能：實時監視、記錄全站SV報文、GOOSE報文、MMS報文及 其他未識別的報文；實時分析、診斷通信網絡的健康狀態、通信數據異常情況，提前發現通信網絡的薄弱環節和故障設備，給出報警，預防電力系統事故的發生。

3.4 數字化計量設備

電能量采集管理系統由主站、通信信道、采集終端、智能電能表等部分組長，系統中廠站采集終端完成變電站站內電能表數據的采集，再通過專用通信信道將數據上次到主站系統，主站系統完成數據的接收、存儲、統計和分析。

基于IEC61850的全數字化多功能電能表，作為間隔層的計量設備，是對IEC61850數字化變電站標準體系與傳統智能電能表的有機結合。數字化電能表有一下幾個優勢：

（1）電能參量信號處理數字化，使得電能表測量精度高。

（2）可以實現對種電能參量的測量功能。

（3） 應用IEC61850變電站通信體系，使各廠商生產的變電站設備具備統一的通信標準，解決變電站設備間的互操作性問題。

（4）變電站一次設備和二次設備完全數字化、網絡化、大大提高了變電站的自動化水平。

（5）用光纖以太網作為傳輸介質，使數據傳輸寬度得到了極大增強。

3.5 一體化監控系統

變電站監控系統對全站設備的運行參數進行采集、測量，并對運行狀態進行監視和記錄，對變電站主要一次設備進行自動控制或遠方操作；當變電站的主要設備或輸、配電線路發生故障時，能及時記錄和提供故障信息。降采集到的數據通過先進的網絡通信技術及時上送到調度主站并執行調度主站下達的命令。監控系統主要由數據采集、數據分類和處理、數據儲存、輔助分析決策、優化控制、安全監控、操作與控制、系統維護等功能模塊組成。

4 智能變電站技術導則

智能變電站的指導性文件：設備層功能要求、系統層功能要求、技術原則、輔助設備功能要求、設計、調試與驗收、運行魏紅和監測評估。變電站的技術

智能變電站的技術原則：繼電保護裝置及相關設備技術要求；繼電保護及相關設備配置原則；信息互換原則、就地化實時原則、三分之二接線型保護實時方案、雙母線接線型繼電保護實施方案；110kV及以下電壓等級變電站實施方案。

5 結束語

智能變電站是電網最重要的基礎運行參量采集點、管控執行點和未來智能電網的支撐點，其發展建設的水平將直接影響到我國智能電網建設的總體高度。二次設備與技術是智能變電站建設的關鍵要素。智能變電站二次系統在全面實現智能化的基礎上，進一步拓展變電站自動化系統的功能，為堅強智能電網提供堅實的設備基礎。

參考文獻

[1]國網北京經濟技術研究院，變電站二次系統整合方案研究報告[R].北京：國網北京經濟技術研究院，2011.

[2]劉正亞.智能電網技術[M].中國電力出版社，2010.

[3]陳安偉.IEC61850在變電站中的工程應用[M].中國電力出版社，2012.

作者簡介

羅紅（1970-），女，河南省許昌市人。現為許繼集團有限公司營銷中心工程師，從事從事營銷管理工作。

王國玉（1966-），男，河南省許昌市人。現為許繼電氣股份有限公司技術中心工程師，從事電力系統繼電保護及控制裝置研發工作。

作者單位

1.許繼集團有限公司營銷中心 河南省許昌市 461000

2.許繼電氣股份有限公司技術中心 河南省許昌市 461000