新一代智能变电站整体设计理念

2015-06-16张亚娟航天长征化学工程股份有限公司兰州分公司甘肃兰州730010

中国科技纵横 2015年11期

冯　潇　张亚娟（航天长征化学工程股份有限公司兰州分公司，甘肃兰州　730010）

新一代智能变电站整体设计理念

冯潇张亚娟
（航天长征化学工程股份有限公司兰州分公司，甘肃兰州730010）

智能变电站作为智能电网的基础及支撑，是智能电网采集运行数据的源头及执行命令的一个单元，是建设电网的重要内容之一。智能电网的发展方向的转变、运行及管理方式的创新以及科技的进步都对智能变电站发展提出了更高的要求。该文主要对新一代智能变电站设计理念以及智能变电站关键设备及技术进行研究，并预测了未来智能变电站的发展趋势。

智能变电站设计技术理念

为助于智能电网模式转变，实现调控整体建设，引导智能电网和变电站发展的方向，就有必要将现有的智能变电站设计、建设、运行及检修的经验与存在的问题进行分析研究，结合设计、建设、运行及检修方法转变，进行新一代智能变电站研究，整理、归纳智能变电站功能的需求，深入智能变电站核心理论和技术研究以及设备开发，努力在智能电网领域达到中国创造和引领的目的。目前，变电站的设计主要采用供应商主导分专业的设计方式，无法达到变电站整体优化的目标。设计方法与理念受到设备与技术水平的限制，配置和控制等方案仍存在进一步的提升可能。新一代的变电站可实现由分专业的设计转变为集成化设计。通过集成化设计，可确认设备所具有的功能及其需求，有助于设备的开发；通过对主接线及总平面的优化，可提高智能变电站的设计技术水平，保证将先进的理念和方法应用到设计当中。

1　新一代智能变电站设计理念

1.1系统高度集成

新一代智能变电站通过整合系统功能、优化结构布局、采用“一体化设备、一体化网络、一体化系统”为技术构架，有效提升变电站优化集成设计水平。“高度集成”的设计理念包括：一次与二次设备高度集成、IED装置高度集成、网络高度集成、站域平台高度集成及设备空间高度集成5个方面。

1.2结构合理布局

在保证电网具备足够的安全性的条件下，对变电站的主接线进行优化，适当地降低互感器的数量，对一次设备进行合理的位置安排，节约变电站设备及基建的费用；将一次设备与传感器进行整体化设计，在电子互感器稳定成熟后，可以集成于一次设备当中，从而进一步地增加设备的集成度，使设备所占体积减少；利用好一次设备空余的面积，将有关二次设备放在一次设备的附近进行就地摆放和安装，与此同时，采取新型安装机械设备及检修装置，便于恶劣气候条件检修及维护；减少二次设备屏柜的数量，从而节省建筑面积。

1.3支撑调控一体

优化设备告警信息直传、变电站全景远程浏览等功能，简化一体化监控系统配置；深化一键式顺序控制应用，同时提升高级功能应用水平，满足无人值守及“大运行”管理模式需求。

1.4设备先进适用

新一代智能变电站采用智能化一次设备，集成化二次系统，改进现有设备，研制新型设备，技术指标先进、性能稳定，全寿命周期长；变电站设计、调试技术取得突破，设计、配置、调试工具方便高效。采用基于图形用户界面的设计、配置成套工具，二次虚端子接线设计文件与变电站配置文件无缝接口，CAD图形文件与SCD模型文件可同步转换，并具备图形连接与模型中虚端子自动匹配和校核功能。变电站设计、安装、调试效率大大提高。

1.5经济节能环保

新一代智能变电站使用的IED减少30%以上，网络交换机减少50%，占地减少40%～50%，建筑面积减少62.5%，现场安装工作量减少60%以上，有效体现智能变电站集成化、模块化、一体化、标准化和工业化的发展理念。

2　智能变电站关键设备及技术

2009年起，在国网范围内共安排了两批47座新建智能变电站试点工程建设，试点工程涉及24个网、省、直辖市，覆盖从66kV—750kV不同电HI等级，采用AIS、GIS、HGIS等设备，涵盖户外、户内、地下变电站等多种类型。至2011年底，智能变电站试点项目已经梭工投产41座，在技术突破、设备创新、功能提升等方面取得了阶段性成果。

2.1电子式互感器

电子式互感器在智能变电站试点工程中得到广泛应用。其中，电子式电流互感器有源型、无源型约各占1/2；电子式电压互感器绝大多数为有源型，组合式电流电压互感器也绝大多数为有源型，而从整站配置来看，罗氏线圈电流互感器+电容分压式电压互感器是目前电子式互感器的主流配置。在安装方式上，大多数电子式互感器釆用与HGIS、GIS、开关柜、套管集成安装的安装方式。

作为智能变电站的重要设备，电子互感器在釆集数字化、控制网络化、设备紧凑化、状态可视化、检修状态化等方面发挥了重要的作用，但也因运行时间相对较短、技术还未完全成熟，在实际应用中稳定性、可靠性较常规互感器低。

因电子式互感器的研发、制造、应用仍处于初步阶段，在选型配置规范化、安装调试、运行维护方面，还需完善，尤其在可靠性、稳定性等产品制造方面还存在一些问题，通过优化设计、提高质量、严格测试、规范标准等手段，电子式互感器应用有更广阔的前景。

2.2智能终端

智能终端从功能角度是一种继电保护装置，也是一种执行元件，与间隔层保护控制器、负责数据采样的合并单元（MU）共同组成智能变电站集成保护平台。它的控制对象可以是断路器、刀闸、主变压器等一次设备。其主要功能有：（1）控制输出功能。智能终端具有开关量（DO）输出功能，而且应具有可扩展性，输出量点数可根据工程需要灵活配置；继电器输出接点容量应满足现场实际需要。可以通过模块化设计，来实现可扩展性和灵活配置。（2）GOOSE命令记录功能，即具有简单的事件顺序记录功能（SOE）。记录的内容有：收到GOOSE命令时刻、GOOSE命令的来源及保护跳合闸等动作时刻等，并能提供便捷的查看方法。（3）断路器控制功能。可根据工程需要选择分相控制或三相控制等不同模式。一般情况下，220 kV 及以上电压等级的断路器都是采用分相控制的。在初期阶段，能够实现简单的分合闸控制功能即可。

2.3合并单元

合并单元是电子式互感器与保护、测控等装置的接口设备，在智能变电站信息传递中起着重要的纽带作用，其不同的配置方案对智能变电站的稳定、可靠运行具有重要影响。在试点智能变电站中，合并单元配置主要有两种布置方式，即室内布置方式与就地布置方式。

合并单元在调试、运行和检修过程的问题主要有：（1）合并单元与互感器、采集器之间的干扰问题。（2）合并单元装置耐高温、抗干扰问题。智能变电站通过合并单元的应用，实现了电流、电压等模拟量信息的共享，使以往的硬接线模拟量传输方式转化为光纤数字传输方式，简化了二次接线，节省了大量的电缆硬接线。随着智能变电站信息应用的扩展和功能应用的提升，合并单元的作用将更加凸显。

2.4高压开关设备与智能组件整合

通过模块化的测量、控制、保护、监测、计量传感器部件和统一化的电源、信号接口标准，研究高压开关设备与智能组件整合技术，采用内置插接方式与一次设备集成，实现一次智能设备的测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化和信息互动化。

2.5时间同步系统

智能变电站的二次系统中电子式互感器、合并单元、交换机、保护测控等设备，保护测控设备的电流电压等釆样值输入也由模拟信号转变为数字信号输入，信息的共享程度和数据的实时性大幅度提高，这些变化对智能变电站的时钟同步系统提出了严格的要求。应用IEEC 61588对时可在避免专门铺设光纤同步网，只需交换机支持该标准即可。目前支持该标准的交换机价格比较昂贵，在变电站具体实施过程又缺乏具体的设计及运行规范。随着二次设备就地化、支持IEC61588对时的网络交换机成熟及价格下降，IEC 61588对时技术在智能变电站将会广泛应用。

3　未来发展方向

目前，虽然智能变电站知识部分实现了一次设备与二次系统的提升，仍存在着占地面积大、运行效率低等一些问题。一次设备智能化的程度较低，即使实现了一次、二次设备间的数字化连接，但因为智能终端与合并单元的出现，现场增加大量的接口设备，难以实现和一次设备整体化设计；此外，二次系统目前有较大的突破，基本实现了数字信息化，但网络实现的过程太过复杂，对于信息的传递是否可靠还需进一步的验证，还未实现信息一体化平台建设。而对于新一代的智能变电站，将会达到统一标准、整体化设计、先进且实用的发展目标，这也就对一次设备占地面积大小、智能化的程度，二次系统的集成程度、支撑调控一体化等问题提出了更高的要求。