常规变电站智能化改造探讨

严俊波

摘 要：智能变电站在智能电网的建设中具有举足轻重的作用。文章结合宜昌110kV西陵变电站相关内容，探讨了常规变电站智能化改造方案，分析智能变电站改造中存在的问题。

关键词：常规变电站；智能化；改造；问题

引言

变电站拥有大量的变电一次和二次设备，用以切断或接通电流、改变或者调整电压，在电力系统中，变电站是输电和配电的集结点，因此，建设智能电网的重中之重就是要投入大量的智能化变电站，其主要作用就是为电网提供标准的、可靠的节点支撑。象调节器一样，随着负荷的变化来自动增加或减少电量的供应，确保节省能源。智能化变电站的建设应以先进的信息化、自动化技术为基础，满足电网出现的各种变化要求，实现电网安全、可靠、灵活和资源优化配置的目标。宜昌电网目前有220kV变电站19座，110kV变电站56座，对这些常规变电站进行智能化改造是建设智能电网的必要措施。

1 智能变电站概念

采取先进、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、信息共享标准化为根本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据电网运行需要达到实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能，具有高度的模型化、标准化和信息化的特点。它由智能化一次设备（电子式互感器、智能化开关等）和网络化二次设备分层（过程层、间隔层、站控层）构建，建立在IEC61850标准和通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。在此基础上实现变电站运行操作自动化、变电站信息共享化、变电站分区统一管理、利用计算机仿真技术实现智能化电网调度和控制的基础单元。

2 常规变电站智能化改造方案

2.1 方案一

在现役变电站中，因为历史原因有不同的厂家，不同的设备型号，为了保证不同型号设备之间的互联和操作，达到过程层和间隔层真正实现IEC 61850的目的，通常常规设备被运用在过程层中，间隔层设备采用电缆硬接线联结方式接入相应一次设备，网络架构采用冗余总线型。

间隔层测控和保护装置采用IEC 61850与监控后台、远动工作站通信，为了达到问隔层联锁功能，间隔层装置间的信息交互通过G00SE来完成。本方案实现IEC 61850仅仅在变电站过程层和间隔层之间，因只是在通信层面作文章，所以综合自动化系统的变电站只要对软件进行升级就行了，变电站智能化改造时改动不会太大。方案的优点是实用性和可操作性都较强，当前技术又比较成熟，安全可靠性也高。在宜昌供电公司现役的变电站中具有推广性，有利于常规老站的改造。本方案使不同厂家的变电站过程层和间隔层设备互联、互操作成为可能，实现了变电站的信息共享。但缺点是过程层原有的设备仍然大量运用，所以需要大量的二次电缆来连接设备。

2.2 方案二

方案二如果不想动一次设备，只是对设备本体或附近加装模拟式输入合并单元和智能控制单元完成过程层设备的智能化；全部取消了间隔层设备模拟输入、开入和开出，仅通过通信与合并单元、按照G00SE与智能控制单元连接；间隔层、过程层间完系统采用双星型网络架构。

全部通过数字化连接，取消了大量点对点硬接线连接。常规PT、CT和一次设备与间隔层设备相连通过模拟式输入合并单元和智能控制单元来实现。充分运用数字化变电站的理念和技术，从而达到更新换代的目的。这符合当前变电站的发展要求和水平，特别适用一些运行二十年左右的老站。本方案主要优点是：无须更换一次设备，资金投入小，易于大范围进行改造。即便将来升级，只需将数字式输入合并单元替换掉原有的模拟式输入就行了，其他设备无需更换，变电站数字化水平较高。但缺点是由于仍采用常规的PT、CT，互感器磁饱和和铁磁谐振问题无法解决，一次和二次设备电气无法达不到理想的隔离；常规断路器的智能监视和控制功能还远未达到要求，通过智能控制单元与间隔层设备相联，仅仅是实现了信号远传和开关的远控功能。

2.3 方案三

方案三把数字化技术运用到变电站各层。下大力气更换过程层中一次设备（如互感器更换成非常规性），对测量、监视和控制装置全部实现数字化、网络化。

与方案一、方案二不同的是，因为新式互感器的应用，一二次侧物理隔离完全实现了，大大提高了装置的可靠性和安全性，根除了常规互感器存在的问题，动态余度增大，测量精度提高了；智能断路器真正实现了一次设备的智能监视和智能控制，设备故障率和误动率下降，电网变得更坚强了，状态检修也更方便，因为变电站二次电缆骤降，系统电磁兼容性能提高，设备占地面积减少，建设成本也相继降低；最大限度地实现了信息共享和系统集成，是今后智能化变电站的最终发展方向。

3 智能变电站改造存在的问题

3.1 智能化变电站自动化系统的研究正在从一次设备到二次设备全面发展。目前研究的关键集中在一次设备方面，诸如智能化断路器、非常规互感器、状态检测等技术与设备的研究与开发。其中主要存在的问题包括：研究开发过程中不同专业协作需要加强。

3.2 电力系统能否安全稳定运行取决于继电保护装置的稳定可靠运行。继电保护装置在采集相关数据时，必须要保证数据采集的准确性和采集的速度，但保护系统的数据采集速率（每秒为600 1000点）与监控系统数据采集速率（每秒1点）两者相差太大，且一个要波形的变化量和瞬时值，一个要有效值。要想解决这个问题，就得增加一个专门处理速率不相同的采集系统，这样做实际意义不太，也很难做得到这一点。

3.3 IEC61850标准中的模型不全面、定义不明确及国内厂家在逻辑节点扩展中存在差异；变电站事故自动处理分析等高级应用方面还没有重大突破。现阶段智能化变电站技术应用存在的问题和难点主要包括：缺乏相关标准、规范，试验设备、检测方法、检验标准、规程还是薄弱环节；建设模式存在较大差异；信息标准模型需要细化；一次设备智能化进程进展缓慢；产品检测手段不足、配套的评估体系及方法不具备等。

4 结束语

宜昌110kV西陵变电站今年即将进行智能化变电站改造，该站PT/CT仍采用传统的PT/CT，而不采用电子式互感器，但其输出通过合并单元进行智能化。并将110kV合并单元、110kV智能终端安装在户外柜内，110kV主变保护及测控、线路保护及测控、公用保护及测控单元集中安装在主控制室。10kV部分采用合并单元、智能终端、保护、测控一体化单元，就地安装在10kV开关柜内。智能化变电站自动化系统是崭新的、通信网络化、功能集成化、分布式的保护与控制系统，它除能够完成现有监控系统的保护、监控等功能外，还能够实现数据信息分层、分流交换自动化，能真正实现信息资源的共享，和上级系统及下级系统进行互联。智能化变电站自动化系统一旦真正实现，必将进一步推动智能电网的进一步发展，提高智能电网的运行管理水平。

参考文献

[1]黄少雄.常规变电站智能化改造工程实施方案研究[D].上海交通大学，2012.

[2]鲁建国.常规变电站智能化改造的研究与分析[D].华北电力大学，2013.