智能变电站技术应用研究分析

2012-08-15张幼明高忠继

东北电力技术 2012年5期

张幼明，高忠继，黄旭

(1．辽宁省电力有限公司，辽宁沈阳 110006;2．云峰发电厂，吉林集安 134200;3．东北电力科学研究院有限公司，辽宁沈阳 110006)

随着国内智能电网进入全面建设阶段，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，2011年新一代智能变电站已陆续建成投产，从常规向智能化技术转变攻克了理论研究到工程应用的难关，实现了标准制定、设备研发、工程应用等领域的重大突破，对于智能电网全面建设具有重要意义。

1 智能化技术应用分析

变电站智能化技术全方位覆盖了一次设备、二次设备、电源、在线监测系统及辅助功能系统等，实现了变电设备网络化、可视化、数字化等智能化特点。

1.1 一次设备智能化

变压器智能化主要包括变压器状态监测参量及变压器智能组件两方面。智能变电站的变压器状态监测参量实现了对油色谱、油温、顶层油温、铁心接地电流等参量的检测。智能组件普遍采取就地安装模式，通过集成设计，具备测量、控制、状态监测和非电量保护等功能，相关信息通过IEC61850标准接入信息一体化平台，实现对变压器的数字测量、智能控制、信息互动及状态可视化展示。从运行实际情况来看，变压器智能组件的应用情况基本满足要求。

断路器智能化主要包括断路器状态监测、断路器智能组件应用及避雷器智能化。不同智能化变电站在断路器状态监测方面实现了各自设计功能，状态监测量包括SF6气体密度、微水、断路器动作特性等，其实现方式各有特色。断路器智能组件通过功能集成和就地安装，将控制、测量和状态监测等信息以IEC61850标准接入信息一体化平台，进行状态参量的可视化展示与信息上传，初步实现了断路器测量数字化、状态可视化、功能一体化等。

1.2 二次系统网络结构

智能变电站采用IEC61850标准实现二次装置信息交互，利用光纤实现二次装置互联互通，但在网络结构上存在一些差异。有的变电站采用直接采样、直接跳闸的模式，有的变电站通过GOOSE网络方式实现跳闸，个别变电站进行了 SMV、GOOSE、IEC1588“三网合一”的组网模式尝试。按照目前的标准，110(66)kV以上电压等级的智能变电站应采用“直采直跳”模式，而其它组网模式在技术上也进行了尝试，合并单元 (MU)、交换机、保护装置等可以满足三网合一运行要求，由于设计因素、工作环境的影响，工程实践需要进一步检验。间隔层、过程层与继电保护有关的设备采用“直采直跳”的方式，提高了对变电站二次设备的设计要求，系统结构也变得比较复杂。

智能变电站配置了独立的网络报文记录分析系统，实现对全站网络记录分析、在线报警及信息上传功能。针对变电站每个二次设备网络端口进行网络可视化监控，在部分功能上实现了传统故障录波器的作用，方便网络系统的故障处理。

1.3 IEC61850标准应用

在智能变电站中，IEC61850标准得到了进一步的深化应用和拓展，站内二次设备全部采用IEC61850标准实现站内通信，部分一次设备及辅助控制系统也实现了基于IEC61850标准的站内通信，GOOSE功能不仅用于网络跳闸，还用于间隔联闭锁、软压板投退、定值切换等［1］。

1.4 通信与信息安全防护体系

智能变电站中通信报文直接参与到变电站的生产运行环节，因此在通信与信息安全防护方面均参照《电力二次系统安全总体防护方案》和《变电站二次系统安全防护方案》进行体系建设，实现了安全分区、横向隔离、纵向认证。同时，对处于生产控制一区不同的报文类型 GOOSE、SMV、MMS采取了优先级控制措施。

1.5 一体化电源

一体化电源是指变电站的直流、交流、逆变、通信等电源采用一体化设计、配制和监控。通过一体化监控模块将站用电源各子系统通信信息网络化，实现站用电源信息共享，提高其整体运行管理水平。智能变电站均采用一体化电源，设计方面具有多样性，部分变电站采用了光伏电源作为一体化电源的补充。

1.6 高级功能应用

顺序控制指由自动化系统按照操作票规定的顺序执行相关操作任务，一次性自动完成多个控制操作步骤。智能变电站在顺序控制方面得到了广泛应用和进一步的创新完善，例如采用顺序控制与视频系统相结合的方式，自动控制视频系统获取设备图像，通过图像识别技术判断被操作设备的状态，进行自动确认，实现高效准确地顺序控制［2］。

源端维护指变电站和调度主站数据模型的一致性，使变电站信息一体化平台中的图、模、库在调度主站端可视，从而方便地实现在调度主站端对变电站数据的在线远端维护。这一功能在智能站得到应用，减少了主站维护的工作量，提高了工作效率，避免了调度主站端图、模、库与变电站端不一致的问题。

智能变电站的智能告警功能比传统变电站有了进一步的完善，智能告警针对全站设备对象信息统一建模，通过告警信息的筛选过滤，并通过告警信息之间的逻辑关系，运用推理技术并确定最终告警，实现变电站正常及事故情况下告警信息分类，并建立信息上送的优先级标准，在异常事故情况下实现信息分级上送。便于运行人员快速调用，提高了运行值班的异常事故处理效率。

设备状态可视化、站内状态估计、站域控制等方面在部分变电站得到应用。在智能变电站经济运行方面主要实现无功电压的自动调节，在站端通过一体化平台输出调节命令，实现对电压、功率因数的自动控制。

1.7 辅助功能应用

智能变电站对辅助设施和环境进行了运行监控，智能辅助设施是对变电站智能化的有效补充，具体涉及到变电站视频监控系统、安防系统、照明系统、站用电源系统、智能巡检等，能够有效提高变电站运行安全性，满足变电站无人值班、集控运行的要求［3］。智能变电站普遍采用高效广元节能灯具，实现绿色照明，部分变电站采用太阳能和屋顶光伏发电，作为全站照明系统的另一电源，使用光伏发电进行变电站蓄电池充电，充电控制系统进行光伏充电功率和站用电充电功率控制，提高站内照明系统乃至整个站级辅助系统电源的供电可靠性、可用性。

2 效益分析

2.1 经济效益

相对常规变电站，智能变电站总投资增加5.9%～10.1%，其中影响最大的是设备购置费。变电站的智能化投资中，一次设备、二次系统、辅助系统等所占比重较大。其中，一次设备投资约占智能化投资的48%～77%;二次系统投资约占智能化投资的10.6%～19.4%;智能辅助控制系统投资约占智能化投资的3.2%～13.9%;高级功能、一体化电源、光缆等投资较少，一般不超过智能化投资的5%。在建筑、安装工程费方面，智能变电站与传统变电站相比，无论是从节约资源，还是从建筑工程费用、安装工程费用，都有着不可比拟的优势。在充分考虑设备降价、设备延寿及减少运行成本等因素后，智能变电站在全寿命周期内的造价水平可以降至常规变电站水平，实现“功能增加，造价不增加”的目标。

2.2 社会效益

智能变电站的社会效益主要体现在节地、节能、节材和增加设备可用系数、提高电网可靠性、提升电网安全防御水平等方面［4］。智能变电站由于集成度高、智能组件就地安装，节约了变电站的占地面积;通过优化屏柜、整合相近功能装置，减少了建筑工程量;基于在线状态监测技术应用，减少了主设备停电检修次数和时间;此外，通过顺序控制、远方调控等手段，进一步缩短了设备操作时间，提高了电网可靠性;利用源端维护、设备状态可视化、智能告警及分析决策、故障信息高级分析决策等高级应用功能，有力支撑了包含动态安全评估、预警、辅助决策的电网安全防御体系，使得电网安全水平得到提升。总体分析，智能变电站的社会效益得到了充分、良好的体现。