智能变电站建设的探讨

2018-01-24宋培军

通信电源技术 2018年8期

关键词：电子式互感器变电站

宋培军

（国网江苏省电力有限公司常州供电公司，江苏常州 213200）

1 智能变电站的简介

通过运用先进且绿色环保的集成性智能设施，组成智能变电站，可使全站信息走向数字化，信息共享和通信平台分别趋向标准化与网络化[1]。此外，智能变电站还具有采集信息、对信息进行保护测量和检测、控制电网以及实现调节自动化与智能化的功能[2]。

1.1 智能变电站特性

（1）可靠性。在智能电网中应用智能变电站，最根本且最重要的条件是可靠性。由于变电站本身存有一定危险性，需要保证变电站本身和变电站内的机械设施皆具有高度可靠性。此外，变电站具备自主诊断功能和自主治理功能，可以降低机械设备故障所导致的供电亏损。

（2）高集成度。智能变电站将很多先进的技术融合于自身技术之中，包括现代通信网络技术、传感测量技术和电子电力技术等[1]。为建立统一标准的电网信息支撑平台，应升级变电站采集数据的模式，采取与微网虚拟电厂技术的兼容的方式，为实时、智能控制以及调节电网等高级功能作出有力支撑。

（3）交互性。智能变电站的一大任务是为智能电网提供足够多的可靠、及时且精准的信息。这要求智能变电站在采集信息时做到站内信息共享，并与其他应用中的相关目标项进行信息互动，从而提供基本的信息保障，满足各级电网的安稳实施和经济网络的运行。

（4）低碳环保。传统变电站内部采用电缆接线，设备的落后导致变电站内部产生电磁污染、噪音污染以及电磁辐射，带来极大危害。智能变电站改用光纤，在性能上优化升级，站内电子设备中的电子元件也选择了功耗低且集成度高的类型[3]。同时，互感器也进行了更新，淘汰冲油式而改用电子式，不仅减少污染，也大大缩减变电站的建造成本和资源使用。

1.2 智能变电站优势

（1）电缆被光纤代替体现出的最明显优势是铜材料的大量减少。同时，大大降低了二次接线的技术难度，敷设工作量随之减少。而且采用数字信号进行传输处理，增大了测量的精确度[4]；

（2）一次设备和二次设备之间存在联系，使得集控室不会受到一次设备的电磁干扰；

（3）变电站集控室面积缩小，二次设备也达到了小型与集成的标准，布置十分灵活；

（4）智能变电站通过结合远动、源监控和保护信息子站等功能，实现一体化监控，建立全站性信息数据平台，既有助于共享信息，也减少资源的浪费和重复；

（5）诸多高级功能运用减少了操作人员工作负担，降低操作失误率，也简化了变电站的后期扩建工程。

2 智能变电站构成

2.1 过程层

过程层是由电子式互感器、智能及合并单元等具有自动化特性的设施组成，并结合一次设备和二次设备的层面。其主要任务是实现一次设备相关功能。

2.2 间隔层

间隔层主要指二次设备，包括继监测功能组、安全稳定装置、电保护装置、系统测控装置、备用电源自投以及故障录波装置。间隔层主要用于实现各种远程输入和输出与控制器和传感器的通信功能。

2.3 站控层

站控层主要由站域控制、通信、对时系统和自动化站级监视控制系统组成，能够对全站的设备进行控制、告警、监视以及信息交互[5]。站控层功能的实现依赖其高度集成性，可以通过计算机嵌入式装置来实现，主要的嵌入式装置有监控系统和远东通信服务器。

2.4 合并单元与电子式互感器

电子互感器包括有源式和无源式两种。其中，罗氏线圈和低功耗线圈属于有源式，而光纤与磁光玻璃属于无源式，他们皆依靠纯光学原理工作。合并单元是电子式互感器的重要组成部分，按功能可分成间隔型与电压型两种，主要用于保证对电子式互感器数据的处理满足规范化要求，同时在保护、计量和测控之类的装置中也会有所应用。

2.5 智能单元

智能单元即是一次设备的信息化终端，安装位置通常在一次设备上，可实现间隔设备和光缆之间的连接。智能单元主要用于接受间隔层下达的命令、反映设备状态、控制开关以及主变分接头。

3 智能变电站关键技术

3.1 硬件集成

传统变电站通过中央处理器配合外围芯片或外围设备实现信息的采集和处理。中央处理器不仅负责大数量的数据计算与逻辑分析，还要负荷部分高级应用功能。因此，变电器多数功能的运行速度和实施效果都取决于中央处理器的性能优劣。然而，中央处理器所能集成的资源并非取之不尽，无法负荷不断增加的智能变电站需要实时处理的信息，对智能变电站技术的发展造成阻隔[6]。此外，中央处理器中的硬件资源无法匹配智能变电站的标准，造成资源浪费。当前，在电子学迅猛发展的背景下，硬件系统可通过硬件描述语言，使设计具备模型自动化与集成化特性。真正意义上针对功能的模块化设计就是在智能设备内部固化部分固定逻辑分析处理过程，部分软件功能也可以转化为硬件来完成。这种设计在实现实时、可靠且准确的逻辑处理、排除信息传输瓶颈的同时，减少了硬件资源的消耗，提升了设备的集成程度。

3.2 信息管理和存储

智能变电站利用可自动恢复的高速局域网成功建设全变电站统一的数字化信息平台。该平台拥有故障自行恢复机制，为智能变电站信息采集的质量提供保障。统一的数字化信息平台是智能变电站集中收集管理信息设计思想的体现。集中管理信息除能更方便地完成各种信息的集成、冗余、调用和转换外，还可以提供坚实的基础信息与技术支持，向变电站下方简易的调度命令。信息系统的高度集成性和数字化信息平台的全站统一性在为智能变电站带来不菲的经济效益和可观的扩展空间的同时，也提供了可实现信息的资源共享、分配以及动态扩展的平台。然而，在实时传输信息时，数量巨大的采集信息会造成一定困难[1]。因此，实现优先级传输信息和就地存储信息是十分重要且必要的。其中，优先级传输信息可以保障关键信息传输的实时性、可靠性和准确性，而就地存储非关键信息能够减轻传输网络的负荷并提供充足的信息依据帮助系统做出决策。

3.3 软件构件

软件作为智能变电站的重要组成部分，需要完成多项功能。在传统层面上，软件主要负责对信息进行测控管理、对站内的状态实时预估、对在线时的状态进行全天监测、对电能的质量进行评促测定以及维护智能化管理，甚至还需要在工程配置文件的指导下，保证系统工程的数据能够智能自动生成，并再一次自动构造和建设变电站系统与设备系统的模型。

软件的构件作为一个程序体，既可以独立完成工作，也可以配合其他构件一起工作。软件构件技术的实际内涵是为完成一个或多个功能所必须满足的特殊要求，要在不同粒度上进行一组代码或类的组装，产生接口并提供给客户使用。“分而治之”是软件构件技术的核心发展思想。当前，软件复用技术已成为软件构件技术中的重要操作方式，实现了系统抽象层次高于面向对象技术层次的目标。软件的构件技术面临着两个关键问题，即何为提取可重复使用的构件方式与如何组装好系统并完成互操作。

构建具有灵活性、实时性和弹性的软件系统，软件构件技术是重要且必要的基础。同时，软件构件技术也是达成嵌入式系统设计的功能集成的重要方式。优质的软件结构体系是软件构件技术应用走向成熟的必要倚仗。然而，软件技术目前并不成熟完善，在软件体系结构、构件模型、接口、粒度以及获取、管理、组装与部署构件方面都存在着问题。在智能变电站中合理应用软件的构件技术，可以带来很多优势，如在智能变电站集成开发功能软件活动中，应用软件构建技术可以减少大部分重复性的劳动，降低变电站的开发成本，缩减开发周期，同时可以提高变电站软件的工作效率和运行灵活性，各系统功能之间的互动操作性也得到强化，系统功能得以灵活分布于智能变电站内，大大增强系统的自愈能力和可靠程度。

4 建设智能变电站过程中存在的问题

智能变电站目前仍处于发展阶段，在建设过程中还有很多问题需要被解决，解决这些问题是重要且必要。

4.1 关于电子式互感器的问题

产品质量方面。电子式互感器的安装一般在室外进行，安装环境恶劣，外部环境和自身会对电子线路产生电磁干扰。抗电磁干扰水平和抗冲击电压水平是电子式互感器可靠性的重要衡量标准。

产品选型方面。鉴于电子式互感器安装位置的特殊性，在维护检修时，往往会触动高压区的设备，极其不方便。当前发展趋势是由无源型光学互感器代替电子式互感器[2]。然而，尽管光学互感器具有线性度与测量精度优异以及高压区不设有电子设备等显著优势，且与有源型互感器相比，抗电磁干扰的能力更强，使用寿命更长，但光学材料本身的性质导致运行稳定性不高，难以广泛应用。

4.2 通信网络结构设计方面

为保证系统的可靠性，应从简设计通信网络的结构。当前，数字化变电站技术以实现总线型网络结构为发展目标，但由于其在设备性能、网络速率和软件编制方面要求极高，现今的数字化技术难以满足实现需求。此外，当前的数字化变电站的通信网络结构划分以分层和独立式为主，在短期内无法得到改善。

4.3 故障录波器方面

故障录波器主要用于接收来自合并器的数字化交流采样信号，然后对交流量进行录波。这要求录波器安装有能采样的数据网接口。当前，通常采取常规电缆接线方法采集开关量，大量的电缆可以实时产生录波数据。而智能变电站中，电缆被光缆代替，由GOOSE网络记录开关量信息，减少了电缆的投入量和建设成本，但建设难度相应增加。