智能变电站在营口地区的应用

李洪东，于文波，徐立波

(1．国网辽宁省电力有限公司营口供电公司检修公司二次检修，辽宁 营口 115000;2．沈阳工程学院电力学院，辽宁 沈阳 110136;3．沈阳工程学院计算机基础教学部，辽宁 沈阳 110136)

针对智能变电站建设没有相关标准规范指导，建设模式众多，不利于工业化生产这一状况，2009年12月25日，国家电网公司发布并实施国家电网公司企业标准Q/GDW 383—2009《智能变电站技术导则》(以下简称《导则》)。此《导则》规范了智能变电站的相关术语和定义，明确了智能变电站的技术原则、体系结构和功能，对智能变电站的设计、调试验收、运行维护、检测评估环节提出了技术要求，并作为智能变电站相关标准规范编制的依据。

1 智能变电站的结构特点

根据《导则》，智能变电站是由先进、节能、环保、可靠、集成的设备组合而成，以高速网络通信平台为信息传输基础，自动完成信息采集、控制、测量、保护、检测和计量等功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、在线分析决策、智能调节、协同互动等高级应用功能的变电站。

1.1 智能变电站的结构体系

智能变电站结构体系［1］如图1所示。

过程层包含合并单元、智能终端、现场检测单元和智能一次设备等，完成变电站电能分配、交换、传输及状态检测等相关功能，主要实现电气量检测、状态检测、操作控制与驱动等。

间隔层包含测控、保护、计量、故障录波、网络记录分析一体化、备自投、低频低压减负荷、状态检测智能电子设备、主IED等装置，实施一次设备的保护、操作闭锁和同期操作及其他控制，实现对数据采集、统计运算及控制命令的优先及控制、完成过程层实时数据信息汇总和与站控层的网络通信［2］。

站控层包括站域控制、远动通信、五防、对时、在线监测、辅助决策等子系统和信息一体化平台。平台与各子系统之间通过IEC61850《变电站通信网络和系统》标准协议进行数据和控制指令通信，具有对间隔层、过程层设备在线维护、在线修改参数的功能，以及变电站故障自动分析功能。

图1 智能变电站结构体系图

1.2 智能变电站功能特点

智能变电站可以实现一次设备智能化、信息建模统一化、数据采集全景化、设备检修状态化、设备操作程序化、事故处理智能化、保护控制协同化、运行管理安全经济化、大规模可再生能源接入即插即用化、用户管理互动化、防灾减灾安全化、通信网络安全化等高级功能［3］。

未来的智能变电站将基于设备智能化的发展和高级功能的实现，分为设备层和系统层［4］。

设备层将一次设备、二次设备、在线监测和故障录波器等进行有机融合，体现智能变电站智能化技术的发展方向。

系统层面向全站，通过智能组件获取并综合处理变电站中关联智能设备的相关信息，具备基本数据处理和高级应用等功能。

智能变电站中数据源应统一化、标准化，实现网络共享，智能设备间进一步互联互通。

2 智能变电站的具体应用

营口市地处辽宁省中南部，面积5 402 km2，人口235万。截至2015年6月，已建成220 kV变电站17座、66 kV变电站105座。

随着智能变电站规范越来越完善，技术逐渐走向成熟，传统变电站已经不能很好地适应智能电网发展的需求。营口供电公司积极顺应科技发展潮流，结合自身电网发展规划，逐步完成了变电站的数字化、智能化升级改造。

2.1 大石桥220 k V数字化变电站

营口地区2010年率先建造了全国第1座数字化变电站——大石桥220 kV变电站。大石桥220 kV变电站信息交换过程如图2所示。核心技术是应用了许继集团生产的POSS-OCT系列LGBZT100-0220W2型220 kV光学电流互感器和LGBZT100-0110W2型66 kV光学电流互感器。

图2 大石桥220 kV变电站信息交换过程图

光学电流互感器的工作过程是利用磁光玻璃的法拉第磁光效应原理将载波光信号调制解调成电流信号发送到采集板，通过光纤传输到合并单元和智能终端，信号集中上传到SV及GOOSE网络进行共享。在传输过程中数字信号统一遵循IEC61850通信标准，所有数字信号发送给保护、测控、自动化、检测、计量、故障录波等装置使用，再通过以太网将信息接入监控主机、远动主机，用于遥控操作和调度系统监控［5］。光学电流互感器信号传输流程如图3所示。

图3 光学电流互感器信号传输流程图

光学电流互感器有其自身性能上的优点，但是在使用中也暴露出了一些不足之处。由于东北地区冬、夏季气候特征明显，冬季的严寒与夏季的酷热，对电流互感器户外柜内的插件所产生的影响就凸显出来，插件在温差很大的环境下还存在着温漂问题和稳定性问题。另外，光学电流互感器采集板依靠的是对发射光源的采集，由于长期使用，必会出现光源减弱的情况，影响采集精度，易出现误跳或采集无效等情况，影响保护的正常运行。由于是我国第1批光学电流互感器、合并单元在现场实际应用，故很多技术还不成熟，处于不断完善过程中。运行5年来小问题经常出现，给运行维护造成了不少麻烦。经后续不断升级和改造，设备运行状况逐渐稳定，为今后变电站的设计提供了科学详实的参考依据。

大石桥220 kV数字化变电站从2010年4月开工建设，工程耗时近7个月。2010年11月投入运行以来，体现出常规变电站无法比拟的优势。光学电流互感器由于其构造和原理的特殊性，不会出现电流互感器二次回路开路的问题，保障了人身和设备的安全。

2.2 北海220 k V智能化变电站

营口供电公司于2012年开工兴建的北海220 kV变电站，也是营口地区第1座真正意义上的智能化变电站。变电站先期安装容量为2台180 MVA的变压器;220 kV系统电气主接线为双母线接线方式，共4回220 kV出线;66 kV系统电气主接线为双母线路接线方式，共有6回66 kV出线、6组66 kV电容器、1台所用变。

北海220 kV变电站采用烟台东方电子公司的计算机监控系统，系统模式配置为双网，采用IEC61850通讯协议。保护装置和合并单元采用国电南京自动化厂生产的智能变电站保护装置，该站还配置武汉国电武仪电力自动化设备有限公司生产的WY9故障录波器和上海许继公司的故障信息系统。小电流接地选线功能配置在后台监控系统中。

北海220 kV变电站信息交换过程的采样系统主要由合并单元、SV网络组成，为全站保护、测控、计量、故障录波等装置提供准确的采样值。

GOOSE网络实现全站间隔层与过程层保护、测控、故障录波器、网络分析仪、智能终端GOOSE信息共网。工作站、远动装置、保护及故障信息子站、卫星对时系统等设备，通过MMS网络汇集全站的实时数据信息。

2.3 东昌220 k V智能化变电站

2014年，营口地区建设了第2座智能变电站——东昌220 kV变电站。该站新建了2台240 MVA主变;220 kV系统电气主接线为双母线接线方式，共4回220 kV出线;66 kV系统电气主接线为双母线路接线方式，共有10回66 kV出线、4组66 kV电容器、2台所用变。

东昌220 kV变电站采用长园深瑞公司计算机监控系统，系统模式配置为双网，采用IEC61850通讯协议。线路保护装置及合并单元采用许继电气智能变电站保护装置，母差保护为国电南京自动化股份有限公司生产，低周、备自投等装置为长园深瑞公司生产，继电保护故障信息子站装置为上海拓森信息科技有限公司生产。现场运行采用了220 kV GIS电子式电流电压互感器，其结构图如图4所示。

4 220 k V GIS电子式电流电压互感器结构图

该站220 kV、66 kV及主变压器均采用一次设备加智能组件方式。间隔层、站控层设备集中布置于主控室;过程层设备下放布置于配电装置场地;站内保护、测控装置分别组屏布置于主控室;合并单元、智能终端、状态检测IED等智能组件接地布置于户外智能控制柜内;其余设备(如站控层设备、故障录波器及网络记录分析系统、主变保护、测控、一体化电源系统、时钟同步系统、计算机监控系统、状态检测系统、智能辅助控制系统等)布置于主控室。

北海、东昌220 kV变电站的建造模式及结构类型基本一致，与大石桥220 kV变电站之间的主要区别是:一次开关设备完全采用GIS全封闭组合电器，可以大大减少变电站的占地面积，既便于维护又节约成本;采用传统电流互感器与电压互感器，完全杜绝了光学电流互感器使用过程中存在的温漂和稳定性不好以及光源减弱的问题，更好地保证了采样值的准确可靠。除此之外，在间隔层以及站控层方面没有明显变化，仍然采用GOOSE网以及SV网络，遵循IEC61850通信规约。变电站自投运以来，运行状况比较稳定，再无因采样值不准等问题出现异常现象。

3 结语

智能变电站的实现对我国变电站自动化运行和管理带来了深远的影响和变革，具有非常重大的社会和经济意义。智能变电站技术的发展将会是一个长期的过程，技术的成熟、方案的可行性均要结合工程应用逐步完善，建设完全拥有自主创新、自主知识产权的全面智能化变电站，对于提高电力系统的经济性、可靠性和自动化水平，保证电网安全运行，具有重要的意义。总而言之，营口地区的智能化变电站建设已经走出了自己的一片天地，形成了拥有自身特色的智能化变电站建设模式，为今后变电站建设提供了详实可靠的技术参考，为国家电网公司智能电网建设打下坚实的基础。

［1］黄新波．智能变电站原理与应用［M］．北京:中国电力出版社，2013．

［2］王芝茗，葛维春，杨志辉，等．智能变电站过程层网络技术的研究与应用［J］．电气应用，2013(15):26－30．

［3］高翔．智能变电站技术［M］．北京:中国电力出版社，2012．

［4］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):59－63．

［5］覃剑．智能变电站技术与实践［M］．北京:中国电力出版社，2012．