变电站的智能化发展方向分析

李士林，高志强,王 艳

(1.河北省电力公司，石家庄 050021；2.河北省电力研究院，石家庄 050021；3.石家庄供电公司，石家庄 050051)

为了更好地服务经济和社会的发展，巩固和提升我国电网的技术领先水平和国际竞争力，国家电网公司提出了建设中国特色统一坚强智能电网的战略发展思路[1]。其中，变电环节是实现坚强智能电网的关键和基础[2]，而且变电站自动化作为智能电网高级输电运行的首要技术组成单元[3]，正面临实现智能化的发展要求。

1 变电站发展的几个阶段

1.1 传统变电站

20世纪80年代及以前，变电站保护设备以晶体管、集成电路为主，二次设备均按照传统方式布置，各部分独立运行。随着微处理器和通信技术的发展，远动装置(RTU)的性能得到较大提高，传统变电站逐步增加了“遥测”、“遥信”、“遥控”、“遥调”的四遥功能。

1.2 综合自动化变电站

20世纪90年代，随着微机保护技术的广泛应用，以及计算机、网络、通信技术的发展，变电站自动化取得实质性进展。利用计算机技术、现代电子技术、通信技术和信息处理技术，对变电站二次设备的功能进行重新组合、优化设计，建成了变电站综合自动化系统，实现对变电站设备运行情况进行监视、测量、控制和协调的功能。综合自动化系统先后经历了集中式、分散式、分散分层式等不同结构的发展，使得变电站设计更合理，运行更可靠，更利于变电站无人值班的管理。

1.3 数字化变电站

近年来，随着数字化技术的不断进步和IEC 61850标准在国内的推广应用，国内已经出现了基于IEC 61850的数字化变电站。数字化变电站具有全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化、高级应用互动化四个重要特征[4]。数字化变电站体现在过程层设备的数字化，整个变电站内信息的网络化，以及断路器设备的智能化，而且设备检修工作逐步由定期检修过渡到以状态检修为主的管理模式。

1.4 智能变电站

国家电网公司在建设统一坚强智能电网的变电环节中，提出建设智能变电站的目标。智能电网中的智能变电站是由先进、可靠、节能、环保、集成的设备组合而成，以高速网络通信平台为信息传输基础，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级应用功能。智能变电站分为设备层、系统层。设备层主要由高压设备、智能组件和智能设备构成，实现IEC 61850中所提及的变电站测量、控制、保护、检测、计量等过程层和间隔层的功能。系统层相当于变电站的站控层，实现信息共享、设备状态可视化、智能告警、分析决策等高级智能应用，包含智能变电站系统级的先进功能。随着高压设备智能化的不断发展，传统意义上的一、二次设备间的界限也将逐渐模糊，一次设备通过安装和集成智能组件，将成为智能设备。

2 智能变电站关键技术研究方向

目前，变电站自动化技术水平及一次设备的智能化程度距离智能电网的发展要求有较大差距。结合智能变电站技术的发展目标及发展思路，以智能变电站关键技术研究框架为基础，未来智能变电站应从以下几方面开展重点技术攻关工作。

2.1 断路器设备数字化测控技术

基于数字化变电站平台，研究设备数字化测控技术。在操动机构时间特性满足要求的断路器设备上，基于自检测功能，研究断路器设备的选相操动技术，以及相关的智能化功能。

2.2 自诊断设备信息数据交互规约技术

对智能设备信息管理和共享规约进行研究，实现设备自诊断状态信息共享，提出符合智能设备要求的自诊断设备传感器与主设备接口技术规范和自诊断设备信息交互技术规范。

2.3 基于自诊断功能的设备负载能力评估技术

以电力变压器、橡塑绝缘电力电缆为对象，研究设备温度的自检测技术和方法，通过实测或模型计算分析，研究不同负荷电流和不同环境条件下设备温度的变化规律，实时评估设备负荷电流能力，并与电网运行管理进行互动。

2.4 基于自诊断功能的数值预报与风险评估技术

基于自诊断功能和知识积累，完成设备健康状态评估、可靠性评估和安全性评价，建立各类设备智能评估体系，研发设备的安全评估系统。

2.5 智能变电站系统和设备的自动重构技术

掌握智能装置模型分类、描述和即插即用的关键技术，建立智能装置的模型自描述规范，实现智能变电站中系统、设备的自动建模和模型重构，在系统扩建、升级、改造时，实现智能化、快速化的系统部署、测试、校验和纠错。

2.6 基于智能设备和电网拓扑结构的风险评估和供电可靠性预测技术

研究新的检测技术，建立适合不同诊断需求的诊断路线图；研究设备故障模式及反映该故障模式的特征参量分布规律，研究多特征参量反映同一故障模式时设备状态的表征方法；建立主要电气设备的典型故障模式和风险模型，研究基于风险控制的设备运行优化策略；研究具有自检测、自诊断和自愈功能的智能设备技术体系，实现运行设备的自检测、自诊断和自愈功能。

2.7 基于智能电网框架的广域测量与保护技术

通过对广域测量与保护技术的深入研究，研制适合智能电网广域测量与保护的系统和设备，并投入试运行。

2.8 智能电网故障柔性定位技术

研究广域同步故障数据提取和大批量数据猝发远程传输技术，建立融合多种故障测距方法的综合性智能测距算法模型，实现分层分布式柔性的广域故障定位网络。

3 智能变电站建设的重点工作

智能变电站是智能电网的基础环节，从变电站技术发展的现状出发，按照统一坚强智能电网总体目标和阶段性建设需求，紧密结合智能变电站建设的实施原则和技术路线，应在以下几方面重点开展工作：

a. 制定智能变电站相关标准规范。提出智能变电站的架构和技术体系，制定相应的标准和规范，以指导智能变电站建设和旧变电站的改造，规范智能变电站的设计、建设、验收、运行维护和试验。

b. 开展智能装备研发及装备智能化改造。通过提升电网智能装备技术水平，实现电网灵活优化控制，从而实现电网的自动化。

c. 开展智能变电站综合信息分析。通过对变电站各种信息量进行实时采集、传输及分析，为系统安全运行、调度决策和预防矫正提供重要参考及依据，从而实现电网的信息化。

d. 探索全新的变电运行管理模式。通过智能变电站建设，初步实现变电站设备状态的监控、诊断信息与电网运行管理的双向互动。对运行、调度人员工作模式进行调整，实现设备的完全状态检修和全生命周期管理。

4 建议

国家电网公司以及各网省公司在编制智能变电站建设规划时，一是应该尽快制定智能变电站的设计、建设和运行相关规范，做到标准明确、统一；二是采取新建和改造相结合的方式，通过对部分枢纽变电站的建设和改造，推动变电站智能化进程；三是在智能变电站改造中，可以优先考虑将数字化变电站改造为智能变电站。

参考文献：

[1] 高 骏，高志强．我国统一坚强智能电网建设综述[J]．河北电

力技术,2009,28(增刊):1-3，7．

[2] 国家电网公司. 统一坚强智能电网综合研究报告[R]，北京：国家电网公司, 2009.

[3] 余贻鑫．智能电网的技术组成和实现顺序[J]．南方电网技术,2009, 3(2) :1-5．

[4] 国家电网公司. 数字化变电站技术现状及发展分析报告[R].北京：国家电网公司，2009.