淺談智能變電站與常規變電站的區別及優點

鄒靜

摘 要：智能變電站作為一種新型變電站，正在被全國逐步推廣使用中，它與常規站有著很大的區別，作為變電站值班員，我們必須了解掌握智能變電站的構成，與常規變電站的區別，以及各自的優缺點，才能準確、正確的對智能變電站進行運行維護。

關鍵詞：智能變電站 常規變電站 區別 優點

變電站的發展經歷了四個階段：傳統變電站、綜合自動化變電站、數字化變電站和智能變電站這四個階段。智能變電站是指采用先進、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、控制、保護、計量和監測等基本功能，并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。

一、智能變電站主要構成

智能變電站由“三層兩網”構成，“三層”是指站控層、間隔層、過程層；“兩網”是指站控層網絡、過程層網絡。

1.智能變電站“三層”

智能變電站的分層結構包括站控層、間隔層和過程層。其中，站控層由主機兼操作員站、遠動通信裝置、繼電保護故障信息系統子站（可選）、一體化信息平臺、智能設備接口及網絡打印機等設備構成，提供站內運行的人機聯系界面，實現管理控制間隔層、過程層設備等功能，形成全站的監控、管理中心，并與遠方監控/調度中心通信；間隔層由保護、測控、計量、錄波、相量測量等若干個二次子系統組成，間隔層主要是基于站控層IEC6185協議的成套繼電保護、測控裝置、執行數據的承上啟下通信傳輸功能和基于全站過程層網信息共享接口的集中式數字化保護及故障錄波裝置，在站控層及網絡失效的情況下，仍能獨完成間隔層設備的就地監控功能；過程層由互感器、合并單元、智能終端組成，完成與一次設備相關的功能，包括實時運行電氣量的采集及檢測、設備運行狀態的監測、控制命令的執行等。智能變電站“三層”與常規變電站的區別：站控層：監控系統和遠動通信服務器采用一體化數據配置方式，生成監控數據庫的同時即可完成對遠動通信服務器的數據庫、功能及邏輯的配置，提高變電站的維護效率。間隔層：在站控層及網絡失效的情況下，仍能獨立完成間隔層設各的就地監控功能。過程層：電流、電壓采集實現數字化，動態性能好，抗干擾性能強，絕緣和抗飽和特性好。

2.智能變電站“兩網”

過程層網絡是由過程層交換機組成，可傳輸GOOSE和SV報文，通過光纖以太網組網；站控層網絡是由站控層交換機組成，可傳輸MMS報文和GOOSE報文，通過電以太網組網。智能變電站“兩網”與常規變電站的區別：站控層網絡具備故障監測、故障自恢復和數據校驗等功能。過程層網絡雙重化配置，雙重化的網絡在物理上獨立，雙網冗余配置，一個網絡故障或癱瘓不影響另一個網絡的正常運行。合并單元采集到數字量后通過光纖以“直采”的形式傳輸到保護裝置供其進行邏輯計算，同時合并單元的數據也要上送過程層交換機進行數據共享。當發生故障時，保護裝置動作，保護裝置的動作開出通過光纖傳輸到智能終端，智能終端開出后，直接通過電纜接入斷路器，使開關跳閘。相對于常規變電站保護動作更快速，最短時間切除故障設備。智能終端采集到開關位置、機構信號等開入后通過光纖上送交換機數據共享，保護測控裝置可以將共享后的數據接收到站控層網絡，更快速、準確傳送到后臺和控端。

二、智能變電站的設備功能配置

智能變電站的設備具有高度的智能性，下面對常見的三種設備進行簡要的介紹并與常規變電站進行比較：

1.電子式互感器（Electronic Transducer）

1.1電子式互感器：可以實現采樣的數字化，由連接到傳輸系統和二次轉換器的一個或多個電流或電壓傳感器組成，用于傳輸正比于被測量的量，以供給測量儀器、儀表和繼電保護或控制裝置。

1.2與常規變電站的區別：電子式互感器輸出形式是高精度的信號，不再是能量形式的輸出，電子式互感器的二次側無開路、短路危險。電子式互感器其電壓電流數據是以數字量的形式，通過光纖連接傳輸到合并單元，不需要模數轉換模塊；如果是常規互感器，其電壓和電流是通過電纜接入到合并單元的采樣板，再經過模數轉換成數字量。電子式互感器的高壓側與低壓側之間一般只存在光纖聯系，可保證高壓回路與低壓回路在電氣上完全隔離。常規變電站采用常規電磁型電流/電壓互感器，輸出模擬量信號 ；電流回路不能開路，電壓回路不能短路；保護裝置需要有模擬量轉數字量插件，即A/D轉換插件；模擬量和開入開出需要通過電纜連接保護裝置等實現。電子式互感器體積小、重量輕，運輸方便。光纖互感器的傳感頭本身的重量一般小于1kg，例如美國西屋公司公布的345kV OCT高度為2.7m，重量為109kg。而同等電壓等級的充油電磁感應式互感器高為6.1m，重量達7718kg，這給運輸和安裝帶來了很大的不便。

2.合并單元（Merging Unit）

2.1合并單元：用以對來自二次轉換器的電流和電壓數據進行時間相關組合的物理單元。合并單元可是互感器的一個組成件，也可是一個分立單元。合并單元功能是將電壓互感器及電流互感器的輸出的模擬數據轉換成數字數據，并且通過交換機可以實現采樣的共享化。

2.2與常規變電站區別：合并單元是與電子式互感器相互配合的，裝置內部沒有采樣板，可直接從電子式互感器采集數字量，然后輸送到保護裝置和過程層交換機，同時還有同步對時網絡。而傳統變電站要通過電流互感器采集設備的電流，電壓互感器采集設備的電壓，通過電纜傳送到保護裝置，再通過保護裝置將模擬量轉換為數值量，沒有同步對時網絡。智能變電站的合并單元相對于傳統變電站的保護裝置更簡化更準確。

3.智能終端（Intelligent Terminal）

3.1智能終端：是一種智能組件，與一次設備采用電纜連接，與保護、測控等二次設備采用光纖連接，實現對一次設備開入信號的采集，并負責控制斷路器、刀閘等的操作。

3.2與常規變電站的區別：一是光纖代替電纜，設計安裝調試都變得簡單，信號不存在衰減。傳統變電站由保護裝置發送脈沖信號通過電纜傳送到跳閘機構箱，由于電纜較長，增加了信號衰減、電纜故障的可能性，降低動作的可靠性。二是智能終端具有開關量（DO）輸出功能和斷路器控制功能，模擬量輸入回路和開關量輸入輸出回路都被通信網絡所取代，二次設備硬件系統大為簡化。傳統變電站信息采集要通過互感器采集完成，系統各裝置之間相對獨立、功能分散，缺乏整體的協調和功能優化機制。三是智能終端控制箱安裝工藝變得簡單明了，具有較高的美觀性。

三、智能變電站的優點綜述

總而言之，智能化變電站是常規變電站自動化技術改造的目標。對于檢修來講：高度自動化、信息化，順序控制，站域控制，在線監測，設備狀態可視化，體現在提高運行效率和設備管理水平 。對于調度來講：全景數據共享，分析決策控制技術，狀態估計，源端維護等高級應用，豐富和強化對調度的支撐；對于變電站來講：區域集控，實現分布協同控制。設備高度智能化，大大提高了保護動作的可靠性、快速性，確保變電站設備的安全可靠運行。

參考文獻：

[1]覃劍.智能變電站技術與實踐.北京：中國電力出版社，2012

[2]胡剛.智能變電站實用知識問答.北京：電子工業出版社出版，2012