常規變電站智能化技術改造研究

陳祖宏

摘要：近幾年來，我國開展了智能電網的全面建設，對常規變電站進行智能化改造，作為智能電網變電環節的重點工作之一，已開始成為一種常態工作。國家電網公司《智能變電站技術導則》中指出，智能變電站是可以通過電網實施自動控制并進行智能調，同時進行實施分析決策、協同互動等高級功能，實現與相鄰變電站、電網調度等互動的變電站。智能變電站采用先進、可靠、集成、低碳、環保的設備，以數字化站內信息、網絡化工作平臺、標準化信息共享程序為基本要求，來實現變電站自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監測等基本功能。

關鍵詞：變電站；智能化技術改造；問題與模式

中圖分類號：TM411文獻標識碼： A

智能變電站與常規變電站的基本區別在于變電站是否具有設備智能化、網絡化，設備之間是否實現無縫連接，IEC 61850標準和站內高級應用的特征。這些不光是兩者之間的區別，也是常規變電站進行智能化技術改造的努力方向。

1 常規變電站和智能變電站在體系結構上的區別

1.1微機化、低功耗的常規變電站

目前，隨著計算機技術及微電子的發展，常規變電站的設備具備了微機化、低功耗等特點。這些設備被安裝在兩個不同的功能層，即站控層和間隔層。站控層設備由遠方通信接口、操作員工作站和帶數據庫的計算機等組成；間隔層主要由變電站的繼電保護、測控、計量等二次設備組成。

1.2設備智能化的智能變電站

一次設備智能化、信息交互標準化、運行控制智能化以及功能應用互動化，是智能變電站最主要的技術特征。其體系結構在物理上可分為兩類，即智能化的一次設備和網絡化的二次設備；在邏輯結構上可分為三個層次，即過程層、間隔層、站控層。各層次內部以及層次之間采用高速網絡通信。

2常規變電站在智能化技術改造方面的問題

常規站智能化改造，普遍存在著智能設備調試復雜費時長、負荷重無法長時間停電、站內空間狹小新舊設備安裝沖突、不能全站停電進行設備改造等問題。這些是現場改造面臨的真正困難。為保證智能化改造方案的順利實施，需要針對智能化改造的特點，提前分析可能出現的問題，從而采取相應的措施和施工技巧，按期完成改造任務。

3常規變電站進行智能化技術改造后的優勢

常規變電站智能化改造的經濟效益主要體現在五個方面。

3.1投資成本上的效益：采用電子式互感器，設備小，減少變電站占地面積從而減少建設投資；減少大量不同規格電纜的敷設；設備可實現信息集成化應用和共享，減少設備的重復投資等。

3.2減少工期，提前送電。由于系統集成度高，大量的調試工作在工廠完成，大大縮短現場調試時間。

3.3變電站二次系統具有自我診斷和監視能力，可為運行和維護提供綜合、有效的信息，更容易實現遠方維修和遠方運行控制，實現變電站無人值班，減少系統的運行維護成本。

3.4設備可以即插即用，便于電網系統的升級改造。

3.5全數字計量系統，沒有距離傳輸影響，不需要進行線損補償。

4常規變電站進行智能化技術改造中需要遵循的原則

4.1安全可靠原則：變電站智能化改造應嚴格遵循公司安全生產運行相關規程規定的要求，不得因智能化改造使變電站的安全可靠水平下降。

4.2經濟實用原則：變電站智能化改造應結合變電站重要程度、設備型式、運行環境、場地布置等實際情況，從充分發揮資產使用效率和效益角度出發，以提高生產管理效率和電網運營效益為目標，務求經濟、實用。

4.3標準先行原則：變電站智能化改造應按照公司智能電網建設的統一部署和智能變電站技術功能要求，在統一標準后推進，并在試點工作中及時對相關標準進行更新和完善。

4.4因地制宜原則：變電站智能化改造應在總體技術框架下，因網因地制宜，制定有針對性、切實可行性。

5三種常規變電站智能化技術改造方案

5.1數字化改造只在站控層和間隔層之間進行，斷路器、互感器等一次設備不動。實現 IEC61850代替103規約通信，與智能電網相呼應，引入高級應用。作為電力系統的“基礎數據和對象”的源端，變電站應能支持采用系統級的運行控制策略，提供高級應用功能，主要有順序控制、狀態檢修、全景數據反演、智能告警及分析決策、故障信息綜合分析決策、經濟優化與優化控制等。通過建立完善的智能告警及分析決策系統和故障信息綜合分析系統，再通過調度數據網和調度端調控一體化系統和繼電保護主站相連，實現所有保護軟壓板遠方投退和定值區切換、保護動作報告的遠方調取、遠端復歸報警信號等功能。

這種方案是較簡單的智能化改造方案，具有較高的實用性，易于在老變電站推廣改造，同時改造風險小。但缺點是過程層的一次設備仍為傳統常規設備，仍需要使用大量的控制電纜。

5.2由于傳統斷路器、刀閘等一次設備不具備實現數字化的條件，因此配置智能終端，使其具備過程層總線接口，實現對一個完整控制單元的狀態量、控制量等信息進行處理，并經過過程層網絡與對應間隔層設備通信，從而在過程層實現數字化。智能終端接收保護控制裝置通過GOOSE 網絡送來的跳合閘命令，通過自帶的操作回路完成斷路器跳合閘，操作回路具有跳合閘電流保持、斷路器防跳、壓力閉鎖等功能。

常規互感器加裝合并單元，盡管這種方式不能解決常規互感器的固有缺陷，但可以減少常規互感器的數量，同時可以節省電纜，傳統保護、測控、電能表、錄波器等設備可以省去AC 模件、模數采樣回路等部分，降低全站的電纜費用和二次設備費用。智能終端和合并單元的采用以及過程層網絡的搭建使智能變電站的“功能分散”、“信息共享”的優勢得以體現，從而可以實現二次設備的一體化設計。

構建變電站過程層網絡構建SMV網絡， 模擬量SMV數據傳輸基于IEC 61850-9-2 標準， GOOSE 網絡則用于傳輸開關量信息， 包括一次設備位置結點、 保護跳閘、控制分合閘等信息。相應電壓等級的控制保護系統和過程層智能終端經網絡接口連接到相應的GOOSE 網絡上，實現信號交互。網絡的搭建和配置是基礎，有了這樣的整體概念，其他的順控、狀態監測、智能告警及故障綜合分析、輔助系統等才能循序漸進地進行。

5.3采用一體化設計的高壓電器、電子式互感器、在線監測技術等方式，以“緊耦合”方式實現了高壓電器與智能組件的一體化設計，將智能化程度更提高一步。

站控層設備由傳統意義上的后臺監控系統和遠動服務器等構成。站控層采用以太網結構，監控、遠動通信服務器等站控層設備需支持IEC 61850標準。

監控系統集監控、遠動通信、運行維護、五防閉鎖于一體。對電度表、直流屏等不符合網絡通信要求的智能設備采用一臺規約轉換設備進行規約轉換，接入以太網。目前，許多微機綜合自動化變電站己完成了站控層設備的智能改造，不需要進行整體改造、更換，對于老式常規變電站可以隨著微機自動化改造的進行，預先對站控層的設備進行智能改造，以便為整站智能改造打好基礎

結束語：

三種常規變電站智能化技術改造模式各有優點和缺陷，同時在改造在工程實施中會遇到很多問題，因此我們要不斷吸納更多技術、結合三種模式長處的基礎上，根據變電站的設備選型和實際安裝條件，采取針對性的措施和施工技巧，這樣才能在保證施工工藝和安全的基礎上，減少停電時間，完成改造任務。

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