針對我國智能變電站必要性的研究

張斯淇

【摘 ?要】智能變電站是一個完全自動化的供電網(wǎng)絡，利用測量、通信、自動化等技術來提高電力系統(tǒng)的能源轉換和傳輸效率，為用戶提供更高質量的供電服務。在新時代的背景下，傳統(tǒng)的變電站運行模式已經(jīng)不能適應人們的需求了。

【關鍵詞】智能變電站;必要性

1智能變電站簡介

根據(jù)功能對智能變電站進行劃分，其結構可以分為間隔層、過程層、站恐層，因此，智能變電站不僅運行可靠穩(wěn)定，而且技術含量相當高。它基于數(shù)字化框架，通信平臺網(wǎng)絡和信息共享，以及區(qū)間層，過程層和站控層的分層管理要求，以我國頒布的《智能變電站技術導則》、《智能電網(wǎng)關鍵設備（系統(tǒng)）研制規(guī)劃》等標準要求，智能站會將檢測、保護、測量、采集于一體，從而保證變電站的先進功能，如在線分析診斷、決策和協(xié)同等功能。在我國變電站剛剛起步的時候，我國變電站通信網(wǎng)絡沒有嚴格的標準、規(guī)定，在主設備與間隔層間的接口也不統(tǒng)一。變電站自動化的發(fā)展受到嚴重干擾和阻礙。然后數(shù)字化變電站與初級設備智能化，二次設備聯(lián)網(wǎng)，符合標準特征，基本實現(xiàn)數(shù)字信息，傳輸網(wǎng)絡，模型標準化等功能。使得變電站在綜合自動化過渡到數(shù)字化時可以在降低電纜和陸地的使用量時，更加可以使變電站內部監(jiān)控網(wǎng)絡模塊化，規(guī)范化，然后與調度或集中控制中心建立開放的現(xiàn)代信息網(wǎng)絡。通常智能變電站在與智能電網(wǎng)相匹配時，還要保證其發(fā)展方向和我國變電站的目標相一致。就目前而言，國外暫無智能變電站等相關設備。然而AREVA、ABB、SIEMENS及相關設備的評估和檢測正在不斷更新改善。用于互操作性的國外數(shù)據(jù)模型的統(tǒng)一架構也在不斷發(fā)展。即使沒有智能變電站的概念，變電站的發(fā)展也將朝著這個方向發(fā)展。

2智能變電站的優(yōu)點

作為變電站的發(fā)展方向，智能變電站主要可以解決傳統(tǒng)變電站存在的下列問題。即傳統(tǒng)電壓電流互感器的飽和、諧振以及絕緣。有許多長距離電纜和屏蔽電纜，安裝困難;由于通信標準不統(tǒng)一，因此設備之間的互操作性受到限制。與傳統(tǒng)變電站相比，智能變電站主要升級了過程層和間隔層，數(shù)字化主系統(tǒng)的模擬量和開關量的傳遞，用光纖取代現(xiàn)有的電纜連接，實現(xiàn)過程層以及需要形成聯(lián)系的間隔層設備之間的通信。智能變電站的優(yōu)點：1.通信網(wǎng)絡代替了模擬量輸入以及數(shù)字量輸入和輸出，使得二次設備硬件系統(tǒng)更加簡化。2.得益于可觀測性和可控性的加強，產生了狀態(tài)監(jiān)測、站域保護控制等新型應用。3.控制電纜和信號電纜在變電站的使用范圍大大降低，用光纖進行替代，有效節(jié)省了有色金屬，使得設計、安裝和調試工作更加簡潔。4.通過智能終端和GIS智能控制技術，能夠節(jié)省大量電纜;由于智能變電站采用統(tǒng)一共享的信息平臺，可以避免設備的重復投資，使測量、保護、計量等多組裝置共用一組電子式互感器。5.智能化一次設備布置緊湊，能夠優(yōu)化占地。6.智能變電站的建設過程中，安裝調試步驟大大簡化，能夠縮短建設的工期;同時智能設備能夠實現(xiàn)在線檢測，達到狀態(tài)檢修的目的，因而可以提高設備的工作效率。與傳統(tǒng)變電站相比，智能變電站的最大變化是二次系統(tǒng)。信息數(shù)字化是智能變電站二次系統(tǒng)的主要特征，主要體現(xiàn)在二次系統(tǒng)架構、數(shù)據(jù)采集模式、數(shù)據(jù)傳輸模式、電流和電壓回路、通信協(xié)議等方面發(fā)生了根本性的變化。隨著這些變化，傳統(tǒng)變電站的二次系統(tǒng)設計模式已不能滿足智能變電站二次系統(tǒng)的設計要求。

3智能變電站二次系統(tǒng)結構

智能變電站是按照IEC61850標準協(xié)議把整個變電站設備而分為站控層、間隔層和過程層。在各變電站內部，過程層網(wǎng)絡作為過程層設備和間隔層設備保持信息流暢的橋梁，變電站層網(wǎng)絡作為間隔層設備和變電站層設備的中介保持其通信順暢，總體形成了三層兩網(wǎng)結構。智能變電站結構圖如圖1。過程層用于電力運行實時的電氣量檢測、運行設備狀態(tài)量檢測與統(tǒng)計和對設備進行操作、控制和驅動;間隔層實現(xiàn)保護和測控功能;站控層匯集全站的實時數(shù)據(jù)信息，不斷刷新實時數(shù)據(jù)，按照需要將有關信息發(fā)送調度端和各級中心，實時等待電網(wǎng)調度的命令操作。

4第三代智能變電站的應用

4.1一次設備和二次設備的整合封裝

一次設備采用內嵌智能芯片的超導故障限流器、超導變壓器，通過物聯(lián)網(wǎng)動態(tài)感知，實現(xiàn)主動保護與控制。二次系統(tǒng)采用云技術實現(xiàn)智能控制和保護，參與云調度，支撐基于高速網(wǎng)絡的電網(wǎng)廣域協(xié)調、保護及控制等功能，提高電網(wǎng)的可靠性。研發(fā)與一次設備同體設計的結構緊湊、高防護、抗干擾、免配置、低功耗、可不停電更換的就地模塊，實現(xiàn)電壓、電流、油溫、油位及斷路器狀態(tài)、分接頭檔位、非電量信號等模擬量、開關量就地數(shù)字化，大幅減少電纜使用。第三代智能站在詳細調研和論證前兩代智能站優(yōu)缺點的基礎上，應用以分布處理為原則，具有數(shù)字轉化、結構緊湊、分散布置特點的就地模塊，替代原有智能終端、合并單元，避免單一設備故障影響范圍大。就地模塊與一次設備同體安裝，符合就地數(shù)字化技術的發(fā)展方向，且目前的高性能集成芯片技術、通信技術、設計水平已滿足就地模塊小型化、高防護、免配置要求，并可簡化網(wǎng)絡層次，節(jié)省電纜和光纖使用。

4.2一次設備、二次設備和輔助設備實現(xiàn)聯(lián)動

第三代智能站輔控系統(tǒng)通過主輔設備間、輔助設備間智能聯(lián)動策略配置，實現(xiàn)主設備、在線監(jiān)測、安防、消防、環(huán)境監(jiān)控、燈光智能控制、視頻等系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交互共享、智能聯(lián)動。可利用多系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)融合、協(xié)同控制，快速處理異常事件。

（1）主輔設備聯(lián)動管理配置

主設備遙控預置信號聯(lián)動，根據(jù)一次設備的遙控預置指令選擇設置對應視頻預覽、錄像等功能。主設備變位信號聯(lián)動，根據(jù)斷路器、隔離刀閘、接地刀閘等一次設備的變位信號選擇設置聯(lián)動對應視頻預置位預覽等功能。主設備監(jiān)控系統(tǒng)告警聯(lián)動，根據(jù)主變壓器及斷路器等一次設備的非電量告警信號、單體一次設備融合后的總告警信號、保護動作跳閘信號選擇設置聯(lián)動對應視頻預置位，召喚在線監(jiān)測數(shù)據(jù)聯(lián)動開啟燈光照明等功能。主設備檢修狀態(tài)時，不應發(fā)送聯(lián)動信息。

（2）輔助設備聯(lián)動管理配置

安全防范系統(tǒng)入侵報警聯(lián)動，打開報警防區(qū)對應回路燈光照明;啟動防區(qū)現(xiàn)場、主控室、門衛(wèi)室警笛報警;聯(lián)動防區(qū)視頻預置位，彈出現(xiàn)場視頻監(jiān)控預覽窗口，開啟錄像。消防系統(tǒng)火災報警聯(lián)動，支持門禁緊急開門聯(lián)動提示和確認、操作，方便火災區(qū)域的人員逃生;聯(lián)動開啟現(xiàn)場燈光照明，啟動現(xiàn)場聲光報警;聯(lián)動報警區(qū)域視頻預置位，彈出現(xiàn)場視頻監(jiān)控預覽窗口;支持現(xiàn)場空調、風機的開啟/關閉聯(lián)動提示和確認、操作。環(huán)境監(jiān)測越限告警聯(lián)動，室內溫濕度越限告警，聯(lián)動空調（風機）啟/停，運行模式調節(jié)等;集水井水浸報警時聯(lián)動水泵啟動;室外微氣象（臺風、暴雨等）數(shù)據(jù)越限告警，聯(lián)動現(xiàn)場視頻監(jiān)控預覽窗口。SF6監(jiān)測濃度越限聯(lián)動，支持排風機啟動聯(lián)動的提示和確認、操作;啟動現(xiàn)場聲光報警;聯(lián)動報警區(qū)域視頻預置位，彈出現(xiàn)場視頻監(jiān)控預覽窗口。

5結束語

總之，在不久的將來，我國研發(fā)的智能變電站必將使智能電網(wǎng)實現(xiàn)安全可靠、經(jīng)濟效益高、既清潔又環(huán)保、與環(huán)境友好互動的現(xiàn)代電網(wǎng)，可以說智能變電站在智能電網(wǎng)各個方面中具有強大的價值。

（作者單位：呼和浩特市電力勘察設計院有限公司）