330 kV常规变电站智能化改造方案及关键技术研究

刘冬

（国网陕西省电力公司检修公司 陕西 西安710065）

近几年来随着智能电网建设的不断加速，国家电网公司相继发布了 《智能变电站技术导则》、《变电站智能化改造技术规范》等一系列标准[1-2]。智能变电站相关的电网技术，电力设备制造水平有了飞速的发展，但面对数量庞大的常规非智能变电站，如何进行智能化改造成为智能化电网发展必须克服的难题。本文以国家电网公司相关导则和规范为依据，结合电力企业运行、维护需求，对330kV常规变电站智能化改造方案展开了研究与探索。

1 330 kV常规变电站现状

在中国西北地区，330 kV变电站通常都是枢纽变电站。目前，大部分330 kV变电站已实现了综合自动化，即采用计算机监控系统和微机化继电保护装置，但部分常规站仍然存在无效信号多、监控困难，采集资源重复、系统多源、设备安装调试周期长、设备互操作性差、人机界面不友好、标准化和规范化不强等问题。这些都影响了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。

随着近些年来计算机技术、通信网络技术以及新型传感器等技术的飞速发展，变电站自动化系统覆盖的范围有了极大的扩展，大量的新技术、新应用，使变电站中应用系统日益增多。这些新技术、新应用大部分是根据各自的需求和理解实现的，造成各子系统之间缺乏联系和协同，自成体系，通信接口不一致，信息共享度差，后期维护工作高度依赖厂家。

2 常规变电站智能化改造的原则

常规变电站在智能化改造时要以变电站一、二次设备为数字化对象，以高效的通讯平台为基础，通过标准化数字化信息，实现不同架构下的信息共享和互操作。并以网络数据为基础，实现测量监视、控制保护、信息管理等自动化功能。最终实现智能变电站的重要特征：一次设备智能化、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［4］。

1）常规变电站智能化改造时，要全面掌握各种新技术和新设备的运行风险，在实践中将常规变电站自动化和继电保护技术等平移到智能化变电站中，在确保安全可靠的前提下充分发挥IEC61850国际标准的优势，必须能灵活、快捷地适应新标准新技术的发展，实现异构信息的有效融合。

2）变电站智能化改造时，要尽量避免设备的重复设置，实现功能、信息和资源的整合和优化。

3）变电站智能化改造时，要根据工程的实际情况来制定科学合理的改造方案，并采用逐步渐进的思路进行试点，有计划地采取从中低压到高压逐步试点的风险控制措施，确保变电站日后的高效稳定运行。

4）变电站智能化改造时，一次设备的设计要考虑智能化原则，通过配备相应的智能单元和实现就地数字化来降低误差率；二次网络的改造要考虑可靠性原则，采用必要的备份并使用恰当的通讯方式。

3 330kV变电站智能化改造的方案

3.1 改造工程介绍

本文以南郊330 kV变电站为例来研究其智能化改造的方案。该330 kV变电站有240 MVA主变3台，电压等级为330 kV、110 kV、35 kV， 运行 330 kV线路 6条、110 kV线路16条、35 kV无功补偿设备3组，年转供电量约30亿 kw·h。

3.2 智能化改造的方案需求

依据国家电网公司《智能变电站技术导则》相关内容和要求，330 kV南郊变电站智能化改造需对一次主设备和二次设备、自动化、信息通信类设备、辅助类设备进行智能化改造，主要满足以下需求。

1）主设备实现智能化：安装变压器、高压断路器在线监测装置，并开发智能组件，实现高压场就地布置；安装35 kV智能组合开关；研发、安装全站避雷器在线监测装置。为状态检修、输变电状态监测系统服务。

2）建设完成标准统一的通讯系统网络化平台：供各子系统进行统一、标准化、规范化的数据存取访问及向调度系统进行上送。实现全站信息统一建模、统一标准、纵向贯通、横向集成、功能互济[3]。

3）辅助系统智能化：实现电子围栏、空调、门禁、火警、积水、户外柜温湿度、烟感、温感等辅助系统智能监控。为智能化的运行巡视、无人值班提供基础。

3.3 智能化改造的方案

针对常规变电站目前一次设备技术和二次设备技术融合比较困难的现状，根据智能化改造的方案需求。南郊330 kV变电站智能化改造方案采用“三层两网”的分层设计思路，三层分别是指站控层、间隔层和过程层，两网分别是指的是过程层网络和站控层网络。

3.4 智能化改造方案的实施及技术

3.4.1 一次设备智能化改造的实施

对常规变电站一次设备进行智能化改造时，首先是确保实现数字化，减少模拟量的传输。在设备的改造具体方案设计中，作为替代传统电流互感器和电压互感器设备部分选用电子式电压互感器、电子式电流互感器和电子式电流电压互感器。

具体说来，采用电子式互感器+合并单元组件来替代原来的电磁式互感器+现场端子箱。电子式互感器和合并单元组件的配置原则是：当电子式互感器或合并单元发生问题时，不会导致保护的误动或拒动。

330 kV设备对已达设计使用寿命的柱式开关及刀闸进行更换，更换为满足智能化要求的设备，并对主变等设备进行智能化改造，安装智能组件单元。

110 kV和35 kV受设备运行寿命和整体改造难度的限制，采用整体更换的方案，更换为满足智能化要求的GIS气体绝缘全封闭组合电器，并采用相应的电子式电压互感器、电子式电流互感器和电子式电流电压互感器。

3.4.2 一次设备智能化技术解析

3.4.2.1 变压器智能组件技术

变压器智能组件采用主、子智能电子设备（IED）方式进行设备状态信息的采集和处理。主IED安置在一次设备附近的智能汇控柜中，其功能相当于前置服务器，其主要任务是根据各智能监测组件的监测数据和结果对一次设备进行综合故障诊断和状态评估。子IED负责汇总分项传感单元上传的监测数据采集、初步处理和判断，其数据可供主IED使用也可直接供站控层子系统访问。

3.4.2.2 开关设备智能组件技术

开关设备智能组件采用保护、测控、状态监测、计量、合并单元、智能终端一体化技术，实现开关设备的间隔内保护、测控、互感器采样值传输及跨间隔控制等功能，其结构见图1。智能组件安装在传统开关设备附近或本体机构箱内，通过专用电缆或光缆与开关设备二次机构或传感器连接。智能组件对外只需要接入交直流电源，通过光缆分别接入变电站站控层（站控层设备访问）和过程层网络（供跨间隔保护、录波、计量等设备信息交互）。

图1 开关设备智能组件机构框图Fig.1 High voltage circuit breaker Intelligent component of organization chart

3.4.3 二次微机保护智能化改造的实施

综合南郊变电站的实际情况，330 kV部分仍然采用测控和保护装置分开配置，主变部分采用测控和保护分开配置，110 kV和35 kV部分因设备全部更换采用测控和保护装置整体配置，图2为二次微机保护智能化改造后的结构图。

图2 微机保护智能化改造后结构图Fig.2 Microcomputer relay protection device graph structure of intelligent transformation

3.4.4 通讯系统网络化改造的实施

经过智能化改造的各个电压等级设备，其智能控制柜中需布置光纤配线架，用于和设备本体的光纤网线架和间隔层的光纤配线架相连接；智能控制柜布置航空插头接口模式，设备本体和智能控制柜全部通过航空插头来进行插接。在选择网络通信速率时，需综合考虑到现场设备的数据流量和骨干网络的状况；在设计交换机配置方案时，根据IEC61850标准的相关要求，对过程层通信网络采用了面向间隔、功能、位置和单一总线等4种方案。

3.4.5 辅助系统的智能化

根据IEC61850标准的相关要求，通过厂商设备的扩展接口实现电子围栏、空调、门禁、火警、积水、户外柜温湿度、烟感、温感等辅助系统信号量的标准化传输，实现智能监控。为智能化的运行巡视、无人值班提供基础。

4 结束语

相较于常规330 kV变电站，智能化变电站大幅度提高了通信系统的性能，提升了计量、保护和测量系统的精度，提高了变电站的整体安全运行水平;在线监测设备的大量使用，智能化组件的运用减少了运行人员的工作量，并提升了检修效率，降低了生产成本；因此对常规变电站进行智能化改造具有十分重要的现实意义。

［1］Q/GDW 383-2009智能变电站技术导则［S］.北京：国家电网公司，2009.

［2］Q/GDWZ414-2010变电站智能化改造技规范［S］.北京：国家电网公司，2010.

［3］国家电网公司.“十二五”电网智能化规划报告［R］.北京：国家电网公司，2010。

［4］张维,陈磊.智能变电站一次设备智能化 [J].经营管理者，2011（23）：428-429.ZHANG Wei,CHEN Lei.Intelligent substation intelligent primary equipment[J].management,2011(23):428-429

［5]马飞.数字化变电站设备状态监测系统[J].电工技术，2010(5)：32-33.MA Fei.Digital substation equipment condition monitoring system[J].Electric Technology,2010(5):32-33.

［6］刘曦,戴瑞海,陈磊.110 kV常规变电站智能化改造模式的探讨 [J].浙江电力，2012(1)：14-17,27.LIU Xi,DAI Rui-hai,CHEN Lei.110kV conventional substation intelligent transformationmode of[J].Zhejiang Electric Power,2012(1):14-17,27.

[7]Ingram M,Ehlers R.Toward effective substation automation[J].Power and Energy Magazine,IEEE.2007,5(3):67-73.