云南智能变电站试点示范技术的研究与分析

李洪江，颜涛，谭毅，杨永昆，赵晓春

（云南电网有限责任公司，云南 昆明 650011）

0 前言

变电站作为电网重要环节，承担着电力的汇集与分配，对电网安全稳定运行起着重要作用，变电站智能化直接影响电网的智能化水平，智能变电站技术对电网技术发展具有巨大的促进作用。智能变电站正随着电网装备技术的不断发展，持续进步提升，也随着国内智能变电站试点建设，不断积累运行经验及实践成果[1-2]。

南方电网公司2019年启动了智能变电站试点建设工作，明确云南110 kV七彩及110 kV尖山变电站纳入试点范围，按照智能化、模块化及集成化思路开展试点建设。其中智能化为主要涉及光学互感器、智能高压设备、设备状态监测，模块化包含一次设备模块化、二次接口标准化及预制建构筑施设，集成化体现为集中组屏（小型化）及间隔集成方案。

云南电网公司按照南方电网公司批复试点方案，结合110 kV七彩变及110 kV尖山变实际情况，进一步细化完善了试点技术内容，形成了110 kV七彩变及110 kV尖山变技术路线。同时，全力推进2个试点变电站建设实施，110 kV尖山变于2021年12月建成投产，110 kV七彩变计划2022年7月建成投产。

1 示范技术研究

在遵循南方电网智能变电站试点方案的基础上，充分结合变电站实际情况及智能化设备发展趋势，按照技术先进、可靠原则，进一步优化完善试点技术路线，形成具有地域特色的试点建设方案。

图1 试点的主要技术路线

1.1 智能化方面

变电站一次设备作为实现电能转换的主要设备，变电站智能化离不开一次设备的智能化，110 kV七彩变、尖山变的主变、GIS设备及开关柜采用大量智能化新技术。变压器及GIS设备采用“变压器+传感器+智能组件”模式，一次部分采用电子式互感器，二次部分设置就地智能组件，包含智能终端、合并单元、在线监测装置等。10 kV开关柜配置电动操作底盘，结合顺控服务器实现远方程序化操作、智能监测装置等。配置蓄电池在线核容装置，GIS局放、GIS室SF6泄露及含氧量及油中溶解气体在线监测系统提升设备智能化水平[3]。

变电站二次设备作为保护控制核心，数据采样作为保护信息源头，为实现真正的网络采样功能，110 kV七彩变试点应用磁光玻璃光学互感器，磁光玻璃作为一种无源光学互感器，具有测量精度高、抗干扰能力强、技术趋于成熟等优点，采用全光纤电流互感器及合并单元成套产品，可较好地开展光学互感器+常规互感器对比试点应用，实现网采网跳与模采网跳对比分析[4]。通过光学互感器的应用，进一步验证光学互感器+合并单元成套保护装置功能情况及存在问题，形成光学互感器间隔与常规互感器间隔的使用对比分析，利用电子式互感器+合并单元模式实现电流电压的源端数字化。结合光学互感器网采网跳存在的信息传输延时问题，引入延时可测技术，对网络中的SV、GOOSE进行延时测量，测量结果ΔT写入SV、GOOSE报文的保留位，由保护、录波等设备读取。使用延时可测技术，SV网与GOOSE网合并应用，形成模采网跳方案与网采网跳方案的使用对比及应用探索[5-6]。

1.2 集成化方面

110 kV尖山变电站二次设备集中保护、测控、合并单元、智能终端，采用了四合一设备及二合一设备，间隔高度集成。110 kV线路采用合并单元＋智能终端＋保护装置+测控装置一体化设计，就地安装于GIS汇控柜内，采用直采直跳方式[7-8]。110 kV分段、PT、主变等采用合并单元＋智能终端一体化设计，就地布置，实现网采网跳。二次设备集成具有设备数量少，组屏及占地面积较少，可减少相应交换机数量，大幅减少内部二次回路接线，简化回路配置等技术优势。

1.3 模块化方面

110 kV七彩变采用预制光缆，在出厂前完成光缆连接器、尾纤、终端连接器及各种防护外套，现场即插即用。

变电站土建部分采用预制装配式设备，采用了装配式围墙、装配式防火墙及装配式电缆沟等构筑施设，大大提升了土建施工进度及质量，并有利于现场的绿色低碳及环境保护。

1.4 智能操作、智能巡视、智能安全方面

变电站配置一键顺控、智能刀闸及电动底盘等设备，通过位置信息的多元判据，实现变电站操作无人化，设备自动程序控制操作，解决变电站点多、运维人员少、倒闸操作时间长、操作过程中安全风险较高等问题，提升现场运行操作效率。

110 kV GIS设备及10 kV开关柜位置判据模式采用1+1模式，必要判据为双位置辅助节点信息及电气量遥测信息，辅助判据为姿态传感器传输信息，具有判断快、操作时间迅速等特点。主变中性点刀闸位置判据模式采用1+2模式，必要判据为双位置辅助节点信息及电气量遥测信息，辅助判据为姿态传感器传输信息及图像监控系统传输信息，特点为判断慢、操作时间长，相对于单判据，准确性高。

变电站配置图像、热成像等智能巡视设备，内置电力设备专家诊断热故障分析模型，结合环境因素，实现电力设备精确测温、自动巡检、温差分析、主动预警、自动匹配诊断结果、辅助故障诊断。提供实时/历史分析电力设备温度，在异常、特殊检修或操作时，获取对应热成像实时/历史视频热图，对全画面进行温度分析，实现对设备的温度进行实时全面监测分析。最大程度减少运维人员的日常巡视工作，提高巡视质量及效率，形成有效数据源并能及时处理设备运行中的问题。

配置电子围栏、门禁系统、人脸识别系统及在线监测设备，通过高清智能图像识别摄像头，对出入变电站人员、数量进行识别，甄别进站人员信息并自动生成进站记录，实现人员资质审核。对作业人员安全帽、工作服和安全带的佩戴、擅自移动安全标识牌、工作票间断或终结后现场人员滞留情况分析告警，达到作业现场智能安全管控。应用非五防智能锁具可限定开锁时间范围，超出允许时间则禁止开锁，固定时段、固定工作地点开锁，确保在线防误，提升变电站人员管理及设备管理的智能安全水平。

图2 示范技术方案及原理

2 示范成效分析

2.1 数字化采样示范成效

磁光玻璃光学互感器基于光学测量原理，在测量、安全、可靠性、集成、智能化、信息化等方面具备突出技术优势，通过磁光玻璃光学互感器试点应用，与云南电网110 kV华晨变试点的LPCT（低功耗线圈）+RCT（罗氏线圈）有源电子式互感器形成技术对比互补，进一步增加了光学互感器的工程经验及应用场景，可结合后续的运行、检修经验，提供不同光学互感器与常规互感器对比的有力数据支撑。通过合并单元及延时可测试点应用，探索提升网采网跳的可靠性的有效途径，为网采网跳及模采网跳两种模式的可靠性对比提供了工程案例。全数字化作为未来变电站的发展趋势，网采网跳的模式也势必是全面数字化的重要途径之一，通过试点也为全数字化变电站建设方案奠定基础。

当前，数字化采样技术对设备安全稳定运行方面存在明显不足，主要是数字化采样技术及设备运维水平对信息的准确性及可靠性影响较大，影响着设备的安全稳定运行，也是制约数字化采样技术大范围推广应用的主要因素。

2.2 集成化、小型化保护示范成效

通过四合一（保护、测控、合并单元、智能终端）及二合一（合并单元、智能终端）设备集中布置，保护集中组屏布置于主控室、二次预制柜、继保小室等，具有设备数量少、交换机数量少、占用空间小，可有效节约屏柜，组屏及占地面积较少，二次回路简化等优点。便于集中管理、集中运维，提升装置可靠性和速动性，采用标准连接器，实现快速更换，降低后期运检成本。

保护测控装置的高度集成也给运行带来了一定的不利影响，主要体现在多IED集成造成功能集中、信息量较大，单一设备故障对整体运行影响较大，设备运行维护相对复杂，对遥控遥信量统筹设计提出了更高要求，易出现遥控遥信量难于满足实际运行需求的情况。

2.3 智能监测、运行示范成效

低功耗在线监测系统成效方面，通过运用综合处理单元设备，可处理局放在线监测、SF6在线监测、蓄电池在线核容、中性点铁芯在线监测等不同设备之间的数据，减少数据处理单元设备、主控室屏位，提升信息集中度，节约投资，增加设备运行状态的诊断分析能力。

智能巡视、智能操作、智能安全技术可有效实现变电站现场操作无人化，设备自动程序控制操作，解决变电站多、运维人员少的问题。部分运维操作由机器代替，可实现操作的安全可靠，提升运维操作倒闸过程的安全性，提升设备的安全管控能力。

智能监测、运维技术在极大提升运行水平的同时也存在一定的不足，主要是增加各类监测设备的维护难度，日常运维对厂家依赖性增强，辅助判据准确性有待进一步提高等。

2.4 预制设备应用成效

预制光缆相对传统熔接方案，对现场施工人员素质要求不高，减轻了光纤熔接现场测试的要求。缩短了施工周期，光缆接线时间仅为传统方案的20-30%。避免了传统方案光缆裁剪面在敷设时容易进水进尘，在光配箱熔接时，杂质难清除干净，造成熔接点处夹杂有异物，长期运行影响通信质量，提升光缆防护性能。降低控制电缆敷设成本。采用预制光缆后，同规模变电站节约了30%的控制电缆使用量。预制式建构筑物可有效减少现场土建施工周期，提供现场建设进度及质量、环保节能。

预制设备一方面可有效减少后续的运维工作量，但另一方面在其出现质量问题时更换、维护的成本也较高。

图3 示范成效

3 示范推广建议

智能变电站试点新技术具明细的特点及优势，其推广应用可根据具体项目实际及场景需求，结合云南2个智能变电站试点技术成效对提出相关应用建议。

集成化设备装置性能高、占用空间小，特别对于用地紧张的变电站，节省设备安装空间，可在用地受限、站址选择困难的场景推广应用。

在线监测系统提高了设备状态监测及维护效率，设备智能化具有对设备状态的智能监控，可对设备进行精准管控，提高设备智能化水平及运维效率，建议结合设备特点及运维实际需求，推广使用各类在线监测系统。

智能巡视、智能操作、智能安全技术应用有利于偏远地区变电站的操作、巡视及运维管理，但会增加工程的建设投资，可在运维操作偏远、巡视操作频繁、要求较高的地区变电站推广应用。

光学互感器设备性能好，但成本高，建议综合考虑项目的可靠性、实用性和经济性等因素进行选用。磁光玻璃光学互感器较高的成本造成其在常规投资规模变电站的应用经济性不高，但对绝缘、暂态特性、电磁特性要求越高的场景，磁光玻璃互感器的性价比优势就会越明显。

四合一、二合一设备在遥控量及遥信量接入方面建议结合项目进一步优化，用于出线回路较多的变电站，经济效益更好。二合一设备可结合测控装置+合并单元+智能终端的模式进一步研究，减少设备间的数据交换，优化二次设备。

4 结束语

变电站智能化建设经历了多年的探索及实践，形成了一些较为成熟、可靠、先进、智能的技术。随着构建新型电力系统的新要求，以及技术的不断进步，有必要进一步开展智能变电站技术试点。本文对云南电网开展的2个智能变电站试点技术路线、成效等进行分析总结，为后续试点建设适应新型电力系统的现代化智能变电站建设提供一定的支撑。