对湖北建设500 k V智能变电站的思考

刘 铁，江 渊，王 旭，韩志文

（湖北省电力公司检修分公司，湖北 武汉430050）

国内外都在大力开展智能电网（Smart Grid）的相关研究。国家电网公司提出了立足自主创新，加快建设以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，具有信息化、自动化、数字化、互动化特征的统一的坚强智能电网的发展目标。智能变电站是统一坚强智能电网的重要基础和节点支撑，是必不可少的建设内容。500 k V智能变电站是主网架建设的重要一环，对其进行智能化升级改造，可以降低运维成本，优化资源配置，提升运行指标。

1 智能变电站体系结构和特点

目前在国内变电环节有常规变电站和数字化变电站两大模式。常规变电站存在厂站设计调试复杂、互操作性差、采集资源重复、存在多套系统、标准化规范化不足等问题；数字化变电站存在过程层设备稳定性和可靠性有待验证、缺乏相关标准规范、缺乏相关评估体系和手段等问题。所有这些问题影响了变电站生产运行的效率，不利于电网安全运行水平进一步提高。在此前提下，智能变电站应运而生。智能变电站是变电站自动化领域发展的新阶段。

《智能变电站技术导则》（以下简称《导则》）给出的智能变电站（s mart substation）定义为：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。《导则》将智能变电站体系分为过程层、间隔层和站控层三个层次。

与综自变电站相比，数字化变电站采用变电站自动化IEC 61850标准，同时用光电互感器取代常规电磁型互感器，用光缆取代二次电缆，并为一次设备增加智能接口单元使之具有智能化特征。与数字化变电站相比，智能变电站在实现一次设备智能化、全站信息数字化和共享化、支撑智能电网建设、站内状态估计、设备状态可视化、智能告警分析决策等高级应用方面有更高的要求。智能变电站并不要求高度数字化，例如采用电子式互感器、具备数字化接口的开关；基于IEC 61850标准的网络通信是它与数字化变电站的最大共同点。可见，数字化变电站技术则是智能变电站发展的基础，智能变电站是变电站整体技术的跨越。

2 湖北500 k V智能变电站发展规划

湖北是我国第一座500 k V变电站（凤凰山变电站）的发源地，拥有长期的500 k V变电站运维经验，当前也是全国500 k V变电站最多的省份之一（截至2013年1月，全省运维着26座500 k V变电站、开关站和换流站）。在国家电网公司建设智能电网的大背景下，积极开展500 k V智能变电站相关研究，对湖北电网的发展具有重要意义。

《湖北电网智能化规划》中对500 k V智能变电站的规划分为三个阶段：

第一阶段：规划试点阶段（2009－2010年）：

此阶段没有500 k V智能变电站建设计划，但是会完成应城220 k V智能变电站新建试点和鲁巷110 k V变电站智能化改造试点，可从这些试点中探索500k V智能变电站的建设经验。

第二阶段：全面建设阶段（2011－2015年）

结合湖北“十二五”电网规划，从2012年开始，新建500 k V智能化站4座，改造在运500 k V变电站4座。

第三阶段：引领提升阶段（2016－2020年）

新建500 k V智能化站10座，改造在运500 k V变电站9座。

3 湖北500k V智能变电站建设展望

智能变电站是智能电网的基本环节。目前湖北电网500 k V变电站尚不能完全满足智能电网发展的要求，需要积极进行500 k V智能变电站的新建试点，以积累相关的设计、施工、运维管理经验，同时还应积极研究常规变电站的智能化改造，以全面推进湖北500 k V智能变电站建设工作。

（1）500 k V智能变电站的新建

2013年即将投运的柏泉变电站将是华中地区第一座新建的500 k V智能变电站。新建500 k V智能变电站时，湖北应在安全可靠的基础上采用技术先进的智能一次设备、智能二次设备及电子式互感器，建立一个“三层两网”的结构体系，实现数据传输处理的数字化、共享化；而且可以考虑建立统一的在线监测信息系统，对关键设备实现状态检修，提高检修效率；同时，在技术允许的条件下应优化设备配置，实现功能的集成整合，对于现阶段实现条件不满足的高级应用功能，应预留其远景功能接口。

在技术细节上，新建500 k V智能变电站应具备综合分析设备状态的功能，和将分析结果与其他相关系统进行信息交互的能力，并逐步提高自诊断的快速性和准确性，扩展设备的自诊断范围。智能组件可根据实际需要灵活配置，但需满足控制网络化、状态可视化和测量数字化的基本功能，在满足相关标准要求的前提下，智能组件可集成保护、计量等功能。500 k V智能变电站的继电保护系统应遵循双重化配置原则，采用电子式互感器时，应针对电子式互感器的特点，优化相关的继电保护算法，提高保护性能。

（2）500k V常规变电站的智能化改造

由于湖北当前还没有500 k V数字化变电站，所运营的21所500 k V交流变电站均为常规变电站，所以常规变电站的智能化改造将是湖北500 k V智能变电站发展的必经之路。通过改造力求实现一次主设备状态监测，信息传输网络化，信息建模标准化，高级功能和辅助系统智能化。

常规变电站典型结构见图1。通常采用二次电缆连接一次设备与保护、计量、测控、录波等二次设备。保护动作信号通过电缆传输到测控、录波装置。测控装置直接连接站内局域网，保护、计量等装置一般通过协议转换装置集中联网，保护、录波器连接到故障信息子站。子站、远动、电量采集分别通过专用通道与各自管理部门直连。

对于常规500 k V变电站的智能化改造，可加装具备模数转换功能的合并单元，或更换常规互感器为电子式互感器，实现数据采集数字化；根据一次设备的具体情况，加装外置式的智能组件，实现对开关类设备的网络化控制；针对变压器、断路器等重要一次设备，加装智能在线监测单元。无论是过程层的改造，还是间隔层与站控层改造中涉及到一次设备控制和继电保护系统的情况，都必须严格制定改造计划和方案，做好安全措施和事故预案，保证过渡阶段自动化系统安全运行，“不得因智能化改造使变电站的安全可靠水平下降”。

图1 常规变电站典型结构

常规变电站改造后典型结构见图2。现有过程层与间隔层之间通过回路电缆或直连光缆直接采样、直接测量、直接控制、直接跳闸等方式不予改造；间隔层设备采用DL／T 860标准直接联网与站控层通信；站控层采用一体化平台与电力数据网相连。

图2 常规变电站智能化改造后典型结构

（3）高级应用和信息系统的建设

500 k V智能变电站高级应用方面，应实现设备状态可视化、状态检修、故障信息综合分析决策、顺序控制及与外界其他系统互动等功能，有效减少运行维护成本、提高系统和设备运行的可靠性、稳定性和经济性。其中，500 k V智能变电站中的变压器、断路器等主设备的设备状态应接入系统，以便随时监视，为今后实现变电站全寿命周期管理提供必要的数据和技术支撑；在故障或发生电力系统事故的情况下，系统应能根据各类信息，自动提供事故分析报告并给出事故处理预案，以便迅速判定事故原因并采取相应措施。此外，500 k V智能变电站应构建一体化的信息系统，对所有辅助系统进行智能化整合，作为所有辅助系统的集成，高级应用系统应实现各辅助系统的联动，统一报警界面等功能。

4 当前需要开展的研究方向

当前湖北500 k V智能变电站建设中比较突出的问题有：

（1）500 k V智能变电站试点工作开展较慢；（2）所采用的变电站自动化系统设备制造商大都关注于自动化系统本身，对变电站综合应用及与电网互动的高级应用考虑较少甚至没有考虑；（3）标准体系建设相对滞后，不能满足500 k V智能变电站的发展要求。

在此情况下，湖北应积极调研全国500 k V智能变电站项目的建设情况，结合湖北柏泉500 k V智能变电站的新建，以及前期应城500 k V智能变电站新建和110 k V鲁巷变电站智能化改造试点等项目的建设，组织力量进行500 k V智能变电站的相关研究。研究方向应着重体现在如下几个方面：

（1）智能设备应用研究。采用满足国家电网公司《高压设备智能化技术导则》要求的外置式智能组件、控制器等智能化装置和设备，对500 k V变电站的电力变压器、GIS、断路器、隔离开关、避雷器等设备进行智能化改造试点；完成测控一体化、继电保护等相应二次设备的应用及评估。

（2）变电设备高级智能应用的研究。与相关设备供应商积极合作，针对已有的500 k V变电设备开展智能应用研究，开发满足自身需要的各类高级智能应用。同时主动吸收和引进国内外最新研究成果，进行各类最新的高级智能应用在500 k V变电站中试点运用的探讨。

（3）500 k V智能变电站运维模式研究。通过开展设备风险评估和全寿命周期管理体系研究，初步建立适应智能电网的设备状态检修体系，结合调控一体化，探索变电设备运行维护的集约化管理。

（4）智能化设备技术标准体系研究。制定标准以支持变电站设备状态检修、运行状态自适应、实时全景监测、自动运行控制、智能分析决策等功能实现。开展智能化设备通信与控制、传感器接口、智能组件技术指标及检验要求等技术标准的研究。

5 结 语

智能变电站作为智能电网的重要组成部分，是智能电网底层支撑的关键点，是实现智能电网的基础和前提。目前，500 k V智能变电站的研究与建设工作正进入全面建设的阶段，在湖北建设500 k V智能变电站，一定要结合自身特点，在一些具有发展优势的领域进行创新性研究，以体现湖北自己的特色。按照三个阶段的战略设想，可以预见在不久的将来，湖北500 k V变电站将迈上新一级的技术台阶，不仅实现对变电站主要设备状态量的可视化和程序化操作，拥有支撑设备实时评估与决策、智能表计、故障信息集中管理等功能；而且具备设备信息和运行维护策略与电力调度全面互动的接口条件，满足无人值班及区域集中监控管理模式的要求；同时还将形成智能变电站风险控制检修体系，优化设备检修模式，满足智能变电站内设备全寿命周期管理的要求。

［1］ 刘振亚.国家电网公司2009年年中会议上的讲话［Z］.国家电网报，2009－07－21.

［2］ 张文亮，刘壮志，王明俊，等.智能电网的研究进展及发展趋势［J］.电网技术，2009，33（13）：10－11.

［3］ 湖北省电力公司.湖北电网智能化规划［R］.2010.

［4］ Q／GDW 383－2009，智能变电站技术导则［S］.

［5］ Q／GDW Z 410－2010，高压设备智能化技术导则［S］.

［6］ Q／GDW Z 414－2010，变电站智能化改造技术规范［S］.