智能变电站智能测控装置性能测试研究

2023-11-10杜昕杨屠雯凤

现代工业经济和信息化 2023年9期

杜昕杨，屠雯凤

（南瑞集团有限公司，江苏南京 210000）

0 引言

智能化变电站是构建强大的智能电网的关键环节。目前，不同地域建设的不同电压等级的智能变电站已经有数百个，涵盖了66～750 kV 的电压等级。对已投入运行的智能变电站项目分析发现，各变电站的测控布置模式有明显的差别，测控设备接口数量、过程层数据处理模式等问题，对测控设备的开通和实施都造成了很大的影响。及时全面总结智能变电站测控装置的性能，把握其发展趋势，对于智能变电站的建设和电力系统的安全与稳定运行具有重要作用。

1 智能变电站的特点

智能变电站以先进、节能、环保和安全为主要手段，其信息传输以高速网络信息平台为基础。智能化变电站具有信息采集、控制、计量、测量、保护以及检测等多种功能，能极大地降低变电站的运营费用，显著提高其工作效率和工作质量[1]。

1）智能变电站包括系统级和设备级两个层面。智能变电站的系统层，通过智能装置获取智能变电站所需的资料，并对其进行综合处理，保障智能变电站与国家电网安全、稳定、可靠运行，并对其各设备层的功能实现进行严格监控，保证各项功能的有效实施，为国家用电工作提供有力的技术支持。

2）智能化变电站设备层由高压设备、智能设备和智能设备三部分组成，可以有效地实现智能化变电站的过程级和间隔级的功能，并在此基础上实现智能化变电站的测量、控制、计量、保护以及检测等功能。

3）智能装置是智能变电站中较为灵活的一种物理设备，具体包括测量单元、控制单元、保护单元、计算单元和监测单元。各单元的功能实现，为确保智能化变电站的总体功能提供技术支持。

2 变电站装置系统测量与控制

2.1 变电站中智能测控装置的地位

测控设备是变电站自动化系统中的一种隔离层设备，其主要作用可以归纳为“四遥”，即遥信、遥测、遥控和遥调[2]。此外，现有的测控设备普遍具有同步、间歇式和合闸等功能。采用基于测控装置的间断联锁功能，可以充分发挥测控设备的分布式、网络化的优点，在一定时间内完成全站点数据共享，从而弥补其他防误闭锁方法的缺陷，同时，还可以与后台监控系统相结合，实现五防序列控制的集成。IEC61850 的同期控制，取决于合闸两侧的系统状况，有两种方法，一是不检查（强合），二是检查（强合）。在我国，通常有三种方法，即：合闸（强合）、检无压、检同期（准同期和捕获同期）。

2.2 传统变电站和智能变电站测量与控制对比

在传统变电站和智能化变电站的工程应用中，进行了测量与控制对比，如图1 所示。

图1 常规变电站和智能变电站测控对比

1）传统变电站测控设备普遍支持RS232、RS485 和Ethernet 等通信接口，具有国际上常用的IEC60870-5-103/104 规范，并具有交流取样、开进和进出等功能。智能变电站在测控装置与处理层装置间，采用了分发/定单机制，对来自合并单元的电流和电压数据进行同步取样，并且单向定时更新测量控制的接收缓冲，以GOOSE 机制在过程层装置和测控装置之间进行双向传送。智能装置获取变压器切换和断路器的遥信状况，将远程信状态传送至后台，或者进行逻辑闭锁关系的计算，GOOSE 机制确保了关键信息的实时性。

2）传统变电站测控设备的同步电压信号采集、开关位置信号和同步控制输出都是在设备内进行的，而同期控制过程仅考虑开关机构的工作时间与设备内的时间配合，这一过程用实际的试验比较方便。在智能化变电站的流程层进行数字化之后，采集的数据都要通过数据传输到测量设备。因此，系统的通信可靠性和设备之间的协作稳定性直接影响到系统的运行效率。

3）传统变电站的测控设备之间的数据采集、逻辑和控制执行系统都集中在测控设备上，各个生产厂家之间的数据交换都是通过各自的专用接口来完成，无法满足不同测量设备之间的协作。智能化变电站的智能化、原始数据采集与控制执行单元被划分为集成单元和智能终端，测控系统的主要工作是数据的计算和逻辑部件的识别。同时，在IEC61850 GOOSE 服务的实际应用中，各厂商之间的测控设备之间实现了数据共享、统一了交互接口，从而有效解决了设备之间的互联问题。

目前，我国大部分变电站系统构架都是“三层两网”或“三层三网”（增加了间隔层网络）。因此，在不同的电压等级变电站中，过程层组网模式的多样化和间隔层设备的配置差异，实现了各类型变电站测控性能的多样性。

3 新时期智能变电站测控装置

传统的电力设备采用传统的电流、电压互感器来进行数据变换，并采用测控设备进行模数变换，再由网络将所得到的数据传递给变电站后台监控系统。在一次设备中，通过电缆传输模拟信号控制后台的监测和测量设备，其操作过程十分烦琐，还存在着一定的安全风险。与常规变电站相比，智能化变电站的测控设备能够克服常规变电站测控设备存在的缺陷，从而有效发挥作用。

智能化变电站通过对电能的智能化采集和控制，将一次装置采集到的电能转化成数字信号，再通过光纤传输技术来完成[3]。

1）自动输出电力信息。通过自动输出电力，保证了主、副系统之间的电绝缘，减少了开关场、感应和电容耦合等对二次系统的干扰。

2）简化工作流程。智能测控设备的数据采集来自于数字量，与传统的变电站的测量设备相比，降压和滤波等工作变得更加容易，智能变电站的测控设备的结构也更加简单。

3）测量误差小。常规变电站的测控设备都是由电缆向二次设备传送，由于二次系统负载的变化，电能的测量误差也很难保持。而智能变电站的测量误差主要来自于电子变压器，对电能计量精度的影响不大，因此，智能测控设备的检测精度得到了较大的提高。

4 智能化变电站中对测控装置的新要求

智能变电站采用“三层两网”的架构[4]，充分发挥了资源共享的优势，实现了智能化变电站一体化发展。智能化变电站的间歇功能是将智能元件与高压设备结合起来实现的。随着智能变电站的综合测控技术不断发展，对智能变电站的测控设备提出了新的要求。

新的要求包括：太网通讯接口的多样化、信息处理能力与接通光电互感器智能切换设备的能力、硬件平台的一体化、可行性条件、事故通报和间隔记录的能力以及各种辅助设备。只有满足这6 个新的要求，智能变电站的测控设备才能真正发挥其应有的作用，为我国的经济发展和社会的发展提供能源。6 个新的要求，也是推进智能变电站测控技术发展的根本需求，随着技术的持续发展，智能变电站的测控技术将会得到进一步的发展。

5 智能变电站智能测控装置发展方向

目前，由于技术的制约，智能测控设备的性能较为简单，只能在稳定状态下进行测控，而在其他项目中，还不能进行有效测控。尽管各试点工程的测控与同步相量测量功能集成，确保了测控设备数据采集的稳定性。但是，稳定状态下采集数据是通过后台采用不同的物理端口和规则来实现的。从这一点可以看出，目前，智能变电站的测控设备并未真正地实现一体化。为推动变电站智能化测控设备的发展，必须开展如下工作。

1）远程测量技术。模拟量遥测是一种针对模拟量输入进行遥测的方法，利用模拟源探测技术，在该平台上生成三相可调节幅值、频率和相位的电压、电流，并将其送至测控设备，进行仿真，分析和评估试验数据。数字遥测指一种用于测量数字量时的遥测技术，可以模拟并联元件的电压和电流，并将其输入到智能测控设备中进行分析和评定。遥测技术是一种伴随着电子技术发展而飞速发展的综合性技术。采用遥测试验技术，不但可以获取资料，而且可以为远距离测量对象提供实时数据。

2）谐振试验方法。谐波检测技术是一种用于测量和控制设备的输入波形失真的方法。建立交流电压和电流的谐波叠加体系，并将其输出至测控设备，以验证谐波检测功能。谐波检测技术由于其结构灵活、功能强大、操作简便和效率高的特点，在变电站测控中得到广泛应用，可有效提高测控设备的检测精度和科学性。

3）抗抖动试验方法。测控系统的遥信可以单独设定防抖时间，通过研究防抖测试技术，可以对其进行有效检测。目前，在变电站测控设备的测控系统中，还没有统一的测试程序和方法，但是采用防抖测试技术，可以对测控时间进行科学的预测。