浅谈智能变电站技术

摘要：文章通过介绍智能变电站技术的各关键支撑技术，对比常规变电站各技术特点及运行维护习惯，发掘智能变电站的技术优势及展望其发展趋势，发现智能变电站具有排除故障更加快速、检修更加便捷、制定运行方式更加科学合理等诸多优势，智能变电站技术将成为电力系统重要的关键技术，为电力系统安全高效运行保驾护航。

关键词：智能变电站；资源配置；关键支撑技术；电力故障；故障定位；故障检修 文献标识码：A

中图分类号：TM411 文章编号：1009-2374（2015）16-0128-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.16.063

1 概述

随着电力系统接入设备的丰富，计算机技术的空前发展，电网对智能化水平的需求大大提升。智能电网是实施新能源战略和优化电力能源配置的重要平台，涵盖发电、输电、配电、用电和调度各环节，广泛利用先进的材料和技术，实现清洁能源的大规模接入与利用，提高能源利用效率，确保安全、可靠、优质的电力供应。在2010年和2011年政府工作报告中都提出了“加强智能电网建设”，并将智能电网建设纳入国家国民经济和社会发展“十二五”规划纲要中。这表明，智能电网已作为国家战略予以推进实施。变电站作为电网的中继站，承担着电能传输过程中改变电压、控制和分配电能的作用，变电站由于其涉及的设备品类繁多、智能化水平要求高的特点，作为电网智能化水平的重要体现。智能变电站技术是通过智能硬件设备，智能软件系统，自动化技术，智能化测量、仪表等技术，实现安全、可靠、自愈、兼容、协调的功能。本文通过介绍智能变电站技术的应用来展望未来智能电网的发展趋势。

2 硬件设备智能化

在变电站自动化领域中，智能化电气设备的发展，特别是智能开关、光电式互感器设备的出现，变电站自动化技术进入了新阶段。现阶段的变电站实现了实时自动控制、智能调节、在线分析决策等功能，丰富了电力系统的控制方法和决策方式，借助人工智能手段更科学地管理及分配电能，为电力系统优化资源配置、节能减排提供巨大帮助。应用智能化的设备是智能变电站与常规变电站的主要区别标志之一，智能变电站通过配置智能终端进行就地采样，实现测量数字化；通过传感器实现设备可视化；通过集成各类检测数据，实现状态化检修、智能告警、变电站顺序控制、自动方式选择等一系列智能化操作，大大提升变电站设备管理水平，延长设备寿命。

2.1 一次设备智能化

智能设备即是在一次设备的基础上加装内嵌包含状态监测单元的智能组件，再加上外置智能组件，以实现输出所需的各监测信息的新型变电站设备。其中包括：断路器及隔离开关的信息采集、状态监测和数据测量；主变压器非电量信号采集、油微水信号采集、状态数据监测；电子式电流互感器数据测量及A/D采样转化。

下面以光学原理的电子式电流互感器的应用作为例子，介绍一次设备智能化的先进性。光学原理电流互感器是指采用光学器件作为电流传感器测量工具，即由光学设备把电信号转换为光信号，然后再把光信号进行光纤传输的新型电流互感器（见图1）。电子式互感器的高压平台传感头完成模拟量的数值采样（即采集模块），利用光纤传输将数字信号传送到二次的保护、计量和测控系统。光电电流互感器可达到测量级0.2或0.2S级，保护级5P级；光电电压互感器可达到测量级0.2级，保护级3P级；光电电子式互感器输出数字信号，在传输和二次设备处理的过程中无附加误差，提高了保护、测量和计量系统的准确度。

由于光电子式CT在终端侧就已经把电信号转换为光信号，再把转换后的光信号通过光纤传输至相关的二次设备上进行数据分析处理，大大减少了常规变电站由场地设备至主控室各屏柜的二次电缆。同时，新型的光学电子式CT实现了高压设备与控制设备完全隔离，安全性高；具有抗电磁干扰性能好，低压侧无开路高压危险；电子式CT的高压侧和低压侧之间只存在光纤联系，信号通过光纤传输，高压回路与二次回路在电气上完全隔离，互感器具有较好的抗电磁干扰能力，低压侧无开路引起的高电压危险。光电式互感器输出的数字信号可以很方便地进行数据通信，可以将需要取用的互感器信号汇聚在一个现场总线网络，实现数据共享。光纤系统取代传

统的电气系统是未来变电站建设与改造的必然趋势。

2.2 二次设备智能化

智能变电站网络化二次设备由过程层、间隔层、站控层构成，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、实现智能化电网调度和控制。从传统变电站与智能化变电站二次网络结构的对比（见图2），发现传统变电站与智能变电站之间存在巨大差异。

首先，应用全球通用标准IEC61850标准，促进了电力系统自动化的规范、统一，通过该标准实现智能变电站的工程运作标准化。对比传统变电站的103规约形式，IEC61850标准实现了不同厂家、不同设备之间的无缝联接，减少传统变电站不同厂家间规约转换器的使用。变电站内的智能电子设备（测控单元和继电保护）均采用统一的协议，通过网络进行信息交换。采用该标准还可使变电站自动化设备具有自描述、自诊断和即插即用的特性，极大地方便了系统的集成，降低了变电站自动化系统的工程费用。

其次，整合资源，集成优化设备。智能变电站应用了集成的硬件系统，将多个不同逻辑问题固化到智能变电站同一个设备上，通过优化集成变电站的监视、控制、保护、故障录波、测量与计量等二次系统功能，促成智能变电站内部设备信息共享、多功能整合，达到减少硬件重复配置、降低投资的目标。

3 软件系统智能化

智能变电站中的软件技术对于保证庞大复杂的电力系统安全稳定运行，提高自动化水平意义深远。智能变电站的软件系统能够自动实现信息数据的采集、汇集、分析、处理与控制，通过站端硬件系统进行数据采集，通过传输系统进行数据汇集，通过引入智能化的软件系统对收集的数据进行分析处理，最终实现智能变电站内部的顺序控制、实时状态化检修、远程操作等功能。

首先是应用变电站顺序控制。智能变电站顺序控制满足无人值班站远程自动控制的要求，即通常所说的“自动倒闸操作”。应用于智能变电站一键式顺序控制系统可接收执行调度中心或当地后台系统发出的控制指令，自动完成相关运行方式倒换，即变电站控制系统自动生成所需运行方式的操作票，在没有人为干预的情况下自动完成设备运行方式转变操作。顺序控制操作可以有效缩短停电时间、减少人为操作事故、提高变电站运行可靠性、减少单一重复操作工作量，具有可观的经济效益和社会效益。其次是开展变电站实时状态化检修。智能变电站通过广泛应用在线监测设备，实现设备实时在线状态化检修。在智能变电站中，通过对运行设备内部、外部进行一系列光的、电的、气体的等敏感信息大量数据的在线监测，获取电网运行状态数据、各种故障和动作信息，反映智能变电站内部各设备实时状态。例如对主变、HGIS/GIS、避雷器等设备的在线监测，监测的参量为主变油色谱、HGIS/GIS SF6气体微水和局部放电、避雷器泄漏电流等，这样可以获悉主变、HGIS/GIS、避雷器等设备监测当下的状态信息，借助于智能变电站状态监测与诊断系统，结合被监测设备的结构特性和参数、运行历史数据及环境因素，对被监测设备工作状态和剩余寿命做出评估，为变电站设备检修提供可靠依据。

4 智能化变电站自动化系统

网络系统是智能化变电站自动化系统的核心，信息传输的速度决定了系统的生命。智能变电站自动化系统采用100MHz以太网技术，大大地提升了变电站自动化过程控制速率，这是现场总线技术无法企及的。常规变电站自动化系统，保护装置的信息采集与保护运算是在同一个CPU控制下进行的；而全智能化的系统，信息的采样、保护算法与控制命令的形成是由网络上多个CPU协同完成的，智能变电站自动化系统使得同步采样、A/D转换、运算、输出控制命令整个流程更快捷。

5 展望

未来智能变电站将朝着更加智能、更加高效、更好地服务电力系统的方向发展，它将实现自适应控制策略和促使调试方法的重大改变。

智能变电站实现自适应控制策略。整合继电保护、通信及运行方式等专业，发挥地区枢纽控制的方式，彻底颠覆电网继保定值整定、运行方式安排、检修等各专业传统业务，以智能变电站技术为依托，整合各专业资源，减轻电网各专业工作量，提高工作效率。对于缺陷及事故处理更加快捷高效，对于方式安排的策略上更加科学有效，依据智能变电站自适应控制策略，更加合理地安排经济运行方式，避免人为过失造成的误操作及误整定事件。

智能变电站促使调试方法的改变。基于智能变电站各层设备通过网络连接，设备间的连接是基于网络传输数字信号的事实，原常规变电站二次设备点对点的电缆连接被网络化的光缆连接取代，颠覆了传统端子的概念。常规变电站的调试方式是单设备或单屏调试，装置直发现场调试验收，智能化变电站引入工厂验收测试及现场验收测试的概念，即测试智能终端的正确性及可靠性，有别于常规变电站接线调试，智能变电站采用的全部是报文信息，除了连接好光纤之外，还需要配置好IEC61850系统参数及报文相关信息。

6 结语

从变电站本身来看，智能变电站节约资源，节能减排。采用集成的设备，较常规变电站大大缩小变电站占地，节约土地；大部分采用光纤通信，大大减少控制电缆使用；采用智能化的辅助系统，可以根据不同的温度、光照强度控制变电站照明亮度，减少站用电损耗。

从变电站建设的角度来看，采用优化集成的设备、多功能整合资源、数据共享等途径减少硬件配置、降低投资成本。通过应用统一的IEC61850标准，实现了不同厂家、不同设备之间的无缝联接，加快了工程建设

进度。从变电站后期的维护来看，变电站顺序控制、变电站实时状态化检修、自动告警等功能大大减轻了电力系统技术人员的工作量，同时也避免人为过失造成的误操作，更加安全高效地进行电力生产活动。总之，智能变电站集“智能、高效、绿色、环保”于一身，开发前景广阔，是未来变电站发展的必然趋势。

参考文献

[1] 张东霞.中外智能电网发展战略[J].中国电机工程学报，2013，（31）.

[2] 李孟超，王允平，李献伟，王峰，蔡卫锋.智能变电站及技术特点分析[J].电力系统保护与控制，2010，（18）.

[3] 李红岩，周德志.电子式互感器在智能电网建设中的应用研究[J].硅谷，2012，（22）.

[4] 吴在军，胡敏强.基于IEC 61850标准的变电站自动化系统研究[J].电网技术，2003，（10）.

[5] 高翔，张沛超.数字化变电站的主要特征和关键技术[J].电网技术，2006，23（30）.

[6] 康家乐.状态监测技术在智能变电站中的应用分析[J].数字化用户，2013，（19）.

作者简介：邓永生（1984-），男，广东韶关人，广东电网有限责任公司韶关供电局电气工程师，研究方向：电力工程建设及技术管理。

（责任编辑：蒋建华）