35 kV智能变电站的集成化建设模式

宋祺鹏，盛万兴，王金宇，王金丽，杨红磊

(中国电力科学研究院，北京市，100192)

0 引言

作为智能电网的基础，变电站是电网基础运行数据的采集源头和命令执行单元，是智能电网建设的重要环节之一［1-3］。目前国内变电环节存在常规变电站和数字化变电站2大建设模式［4］。常规变电站存在采集资源重复、多套系统、厂站设计、调试复杂、互操作性差、标准化规范化不足等问题。近年来，基于智能化一次设备、网络化二次设备的融合已成为变电站未来发展趋势，涵盖站控层、间隔层和过程层领域的全新变电站自动化标准——IEC 61850促进了“数字化变电站”的发展［5］。目前，国内在数字化变电站建设方面具有大量实践经验，已有200多座数字化变电站投入运行，但存在缺乏相关标准规范、过程层设备稳定性、可靠性有待验证、缺乏相关评估体系和手段等问题，影响着变电站生产运行的效率，不利于电网安全运行水平的进一步提高。

一方面，风电、光伏等新能源电力陆续接入系统，电网对系统的安全稳定性要求更高，对作为智能电网支撑节点的变电站也提出了新的要求，如:优化资源配置，智能设备之间的互联互通，与大用户、调度、相邻变电站、电源之间协同互动等。另一方面，变电站自动化领域技术发展很快，计算机信息与通信技术也有很大发展，IEC 61850第2版也即将颁布，这些都为智能变电站建设提供了有力支撑［6］。

根据国家电网科［2010］229号文，Q/GDW393—2009《110(66)kV～220 kV智能变电站设计规范》已成为国家电网公司智能变电站的设计标准，自2010年12月22起实施［7］。但以上技术规范是针对110 kV及其以上电压等级的电站，作为分布更广，经济性要求更高的35 kV智能变电站目前并无设计规范。建造符合智能化要求且经济性较好的35 kV智能变电站已成为研究的热点之一。

1 智能变电站的现有建设模式

1.1 智能变电站的功能

智能变电站是采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，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、协同互动等高级功能的变电站［8］。目前，国内智能化变电站建设有2种基本模式，即数字化智能变电站典型建设模式和分散分布式智能变电站标准建设模式。

1.2 数字化智能变电站

数字化变电站是由智能化一次设备和网络化二次设备分层构建，建立在IEC 61850通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的变电站。通常它的每个间隔需要多台设备完成保护测控，功能相互独立;保护、计量、故障录波、电能质量分析等功能也相互独立，虽然部分实现了智能变电站的功能，但它装置数量多，结构复杂，导致其成本也大幅增加。

1.3 分布分散式智能变电站

分布分散模式是国家电网公司面向110 kV及以上变电站推出的标准模式，如图1所示。

图1 国家电网公司智能变电站建设实施导则推荐模式Fig.1 Recommended mode of smart substation construction in SGCC

智能变电站分散分布建设模式的保护基于间隔，采用“直采直跳”方式，采样数据传送采用IEC61850-9-2标准，状态量以通用的面向对象的变电站的事件(generic object-oriented substation event，GOOSE)方式传输;站级保护控制采用网络化数据，设备在线监测位于间隔层。分散分布模式侧重于突出保护的重要性，使保护可靠性不依赖于网络，使整个自动化系统间隔层形成保护测控、自动化2套系统，但该模式综合造价高，因此更适用于高电压等级变电站。

2 集成式智能变电站建设模式

现有智能化变电站的建设标准主要针对110 kV及以上变电站。35 kV变电站直接移植高压变电站经验存在着不适应性，积极探索更经济更合理的解决方案已经变得非常重要。

图2 集成式35 kV智能变电站建设模式Fig.2 Integrated construction mode for 35 kV smart substation

图2为1种集成式35 kV智能变电站建设模式，该模式仍按照IEC 61850标准的3层设备2层网络进行设计。在站控层集监控、五防、设备管理为一体，与安防系统、视频监控、环境监测实现协同管理;在间隔层用2台主机代替全站保护，同时扩展母差、电压无功控制(voltage guality control，VQC)、接地选线、计量、备自投、录波、站域智能后备保护等功能;在过程层用就地智能化装置代替合并单元、智能终端、状态检测组、简单保护等设备。

2.1 集成式智能站的站控层设备

35 kV变电站站控层设备主要包括:监控主机、对时系统、远动服务器等设备。监控主机可以单机配置、双机配置和多功能工作站配置，主要完成变电站运行信息的显示、控制、历史信息记录、报表管理等功能外，还可实现一体化五防管理、故障波形分析、电能质量分析、设备检修管理等功能;对时系统、远动服务器可以根据情况集成在站域保护主机内部，完成全站的时钟管理维护、站内非IEC 61850设备的接入及与调度信息交互;站控层网络可以单网或双网设计。

2.2 集成式智能站的间隔层设备

35 kV变电站间隔层设备包括集成站域保护主机和按间隔布置的数字式电能表。集成保护主机在完成全站各间隔保护的同时，实现部分站域智能后备保护、VQC等系统优化控制、全站故障录波、电能质量监测等功能，是全站控制设备的核心;为了确保安全，采用双机冗余配置，2台主机同时并列运行，数据互不干扰，确保运行的独立性;数字式电能表直接接收网络的IEC 61850-9-2的数据进行电量累积，并以IEC 61850-8-1的制造报文规范(manufacturing message specification，MMS)映射实现与变电站层设备的信息交换。

2.3 集成式智能站的过程层设备

过程层设备［9］包括就地智能化装置、状态监测设备或传感器，其中状态监测设备实现一次设备的实时在线健康监测［10］。就地智能化装置实现智能终端、合并单元及状态监测的主IED功能。过程层网络可以采样值和GOOSE合并组网形成双网冗余的方式，也可以GOOSE和采样值独立组网。同步对时网络采用光纤点到点方式，时钟异常后不影响全系统的保护功能。

3 集成式智能变电站建设模式的特点

该建设模式结合35 kV变电站的实际需要对很多设备和功能进行了整合，能够最大程度的减少设备数量和网络复杂程度:如在过程层，每间隔配置1台智能化装置与一次设备就地连接，二次设备用光缆连接，功能完整接线简单;在间隔层，站域保护控制功能集成一体化，使变电站的屏体数量大量减少;在站控层，实现了跨领域高度融合、辅助系统协同互动。变电站的智能设备采用统一的软、硬件平台，可基于现场编程，可现场灵活调整或增加功能，简单、快捷、稳定，极大地降低了设备成本、调试成本及培训成本，同时对于重要设备或网络采用了双重冗余配置，确保二次系统的稳定可靠。

该模式采用光纤代替了大量的电缆、采用电子式互感器代替了常规互感器，对设备占地、电缆设计等方面进行了极大的优化，在降低设备成本和施工成本的同时又大幅度改善了变电站的电磁环境，降低了对二次设备的功能及电磁兼容要求，间接降低了二次设备的成本。

4 结语

智能变电站是智能电网的重要组成部分和发展趋势，35 kV智能化变电站在农网的智能化变配电中起到重要的作用，本文介绍的1种35 kV集成式智能变电站建设模式，通过集成化的手段，实现了智能变电站的功能，增加了变电站的可靠性，降低了变电站的投资，该模式是当前35 kV变电站智能化建设模式可靠、经济的选择。

［1］刘贞，殷小虹.智能变电站的实现［J］.科技前沿，2009(11):26.

［2］关杰，白凤香.浅谈智能电网与智能变电站［J］.中国电力教育，2010(21):251-254.

［3］胡学浩.智能电网:未来电网的发展态势［J］.电网技术，2009，33(14):1-5.

［4］刘娇，刘斯佳，王刚.智能变电站建设方案的研究［J］.华东电力，2010，38(7):974-976.

［5］郝晓光，何磊，高志强.智能变电站应具有的功能及建设策略分析［J］.河北电力技术，2009，11(28):27-29.

［6］王明俊.智能电网热点问题探讨［J］.电网技术，2009，33(18):9-16.

［7］Q/GDW 393—2009110(66)kV～220 kV智能变电站设计规范［S］.北京:中国电力出版社，2010.

［8］李孟超，王允平，李献伟，等.智能变电站及技术特点分析［J］.电力系统保护与控制，2010，38(18):59-62.

［9］苏麟，孙纯军，褚农.智能变电站过程层网络构建方案研究［J］.电力系统通信，2010，31(7):10-13，19.

［10］张金江，郭创新，曹一家，等.变电站设备状态监测系统及其IEC模型协调［J］.电力系统自动化，2009，33(20):67-71.