變電站的智能化發(fā)展方向分析

李士林，高志強,王 艷

(1.河北省電力公司，石家莊 050021；2.河北省電力研究院，石家莊 050021；3.石家莊供電公司，石家莊 050051)

為了更好地服務(wù)經(jīng)濟和社會的發(fā)展，鞏固和提升我國電網(wǎng)的技術(shù)領(lǐng)先水平和國際競爭力，國家電網(wǎng)公司提出了建設(shè)中國特色統(tǒng)一堅強智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略發(fā)展思路[1]。其中，變電環(huán)節(jié)是實現(xiàn)堅強智能電網(wǎng)的關(guān)鍵和基礎(chǔ)[2]，而且變電站自動化作為智能電網(wǎng)高級輸電運行的首要技術(shù)組成單元[3]，正面臨實現(xiàn)智能化的發(fā)展要求。

1 變電站發(fā)展的幾個階段

1.1 傳統(tǒng)變電站

20世紀(jì)80年代及以前，變電站保護設(shè)備以晶體管、集成電路為主，二次設(shè)備均按照傳統(tǒng)方式布置，各部分獨立運行。隨著微處理器和通信技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)動裝置(RTU)的性能得到較大提高，傳統(tǒng)變電站逐步增加了“遙測”、“遙信”、“遙控”、“遙調(diào)”的四遙功能。

1.2 綜合自動化變電站

20世紀(jì)90年代，隨著微機保護技術(shù)的廣泛應(yīng)用，以及計算機、網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)的發(fā)展，變電站自動化取得實質(zhì)性進展。利用計算機技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信息處理技術(shù)，對變電站二次設(shè)備的功能進行重新組合、優(yōu)化設(shè)計，建成了變電站綜合自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)對變電站設(shè)備運行情況進行監(jiān)視、測量、控制和協(xié)調(diào)的功能。綜合自動化系統(tǒng)先后經(jīng)歷了集中式、分散式、分散分層式等不同結(jié)構(gòu)的發(fā)展，使得變電站設(shè)計更合理，運行更可靠，更利于變電站無人值班的管理。

1.3 數(shù)字化變電站

近年來，隨著數(shù)字化技術(shù)的不斷進步和IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)在國內(nèi)的推廣應(yīng)用，國內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了基于IEC 61850的數(shù)字化變電站。數(shù)字化變電站具有全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化、高級應(yīng)用互動化四個重要特征[4]。數(shù)字化變電站體現(xiàn)在過程層設(shè)備的數(shù)字化，整個變電站內(nèi)信息的網(wǎng)絡(luò)化，以及斷路器設(shè)備的智能化，而且設(shè)備檢修工作逐步由定期檢修過渡到以狀態(tài)檢修為主的管理模式。

1.4 智能變電站

國家電網(wǎng)公司在建設(shè)統(tǒng)一堅強智能電網(wǎng)的變電環(huán)節(jié)中，提出建設(shè)智能變電站的目標(biāo)。智能電網(wǎng)中的智能變電站是由先進、可靠、節(jié)能、環(huán)保、集成的設(shè)備組合而成，以高速網(wǎng)絡(luò)通信平臺為信息傳輸基礎(chǔ)，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監(jiān)測等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級應(yīng)用功能。智能變電站分為設(shè)備層、系統(tǒng)層。設(shè)備層主要由高壓設(shè)備、智能組件和智能設(shè)備構(gòu)成，實現(xiàn)IEC 61850中所提及的變電站測量、控制、保護、檢測、計量等過程層和間隔層的功能。系統(tǒng)層相當(dāng)于變電站的站控層，實現(xiàn)信息共享、設(shè)備狀態(tài)可視化、智能告警、分析決策等高級智能應(yīng)用，包含智能變電站系統(tǒng)級的先進功能。隨著高壓設(shè)備智能化的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)意義上的一、二次設(shè)備間的界限也將逐漸模糊，一次設(shè)備通過安裝和集成智能組件，將成為智能設(shè)備。

2 智能變電站關(guān)鍵技術(shù)研究方向

目前，變電站自動化技術(shù)水平及一次設(shè)備的智能化程度距離智能電網(wǎng)的發(fā)展要求有較大差距。結(jié)合智能變電站技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)及發(fā)展思路，以智能變電站關(guān)鍵技術(shù)研究框架為基礎(chǔ)，未來智能變電站應(yīng)從以下幾方面開展重點技術(shù)攻關(guān)工作。

2.1 斷路器設(shè)備數(shù)字化測控技術(shù)

基于數(shù)字化變電站平臺，研究設(shè)備數(shù)字化測控技術(shù)。在操動機構(gòu)時間特性滿足要求的斷路器設(shè)備上，基于自檢測功能，研究斷路器設(shè)備的選相操動技術(shù)，以及相關(guān)的智能化功能。

2.2 自診斷設(shè)備信息數(shù)據(jù)交互規(guī)約技術(shù)

對智能設(shè)備信息管理和共享規(guī)約進行研究，實現(xiàn)設(shè)備自診斷狀態(tài)信息共享，提出符合智能設(shè)備要求的自診斷設(shè)備傳感器與主設(shè)備接口技術(shù)規(guī)范和自診斷設(shè)備信息交互技術(shù)規(guī)范。

2.3 基于自診斷功能的設(shè)備負(fù)載能力評估技術(shù)

以電力變壓器、橡塑絕緣電力電纜為對象，研究設(shè)備溫度的自檢測技術(shù)和方法，通過實測或模型計算分析，研究不同負(fù)荷電流和不同環(huán)境條件下設(shè)備溫度的變化規(guī)律，實時評估設(shè)備負(fù)荷電流能力，并與電網(wǎng)運行管理進行互動。

2.4 基于自診斷功能的數(shù)值預(yù)報與風(fēng)險評估技術(shù)

基于自診斷功能和知識積累，完成設(shè)備健康狀態(tài)評估、可靠性評估和安全性評價，建立各類設(shè)備智能評估體系，研發(fā)設(shè)備的安全評估系統(tǒng)。

2.5 智能變電站系統(tǒng)和設(shè)備的自動重構(gòu)技術(shù)

掌握智能裝置模型分類、描述和即插即用的關(guān)鍵技術(shù)，建立智能裝置的模型自描述規(guī)范，實現(xiàn)智能變電站中系統(tǒng)、設(shè)備的自動建模和模型重構(gòu)，在系統(tǒng)擴建、升級、改造時，實現(xiàn)智能化、快速化的系統(tǒng)部署、測試、校驗和糾錯。

2.6 基于智能設(shè)備和電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的風(fēng)險評估和供電可靠性預(yù)測技術(shù)

研究新的檢測技術(shù)，建立適合不同診斷需求的診斷路線圖；研究設(shè)備故障模式及反映該故障模式的特征參量分布規(guī)律，研究多特征參量反映同一故障模式時設(shè)備狀態(tài)的表征方法；建立主要電氣設(shè)備的典型故障模式和風(fēng)險模型，研究基于風(fēng)險控制的設(shè)備運行優(yōu)化策略；研究具有自檢測、自診斷和自愈功能的智能設(shè)備技術(shù)體系，實現(xiàn)運行設(shè)備的自檢測、自診斷和自愈功能。

2.7 基于智能電網(wǎng)框架的廣域測量與保護技術(shù)

通過對廣域測量與保護技術(shù)的深入研究，研制適合智能電網(wǎng)廣域測量與保護的系統(tǒng)和設(shè)備，并投入試運行。

2.8 智能電網(wǎng)故障柔性定位技術(shù)

研究廣域同步故障數(shù)據(jù)提取和大批量數(shù)據(jù)猝發(fā)遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)，建立融合多種故障測距方法的綜合性智能測距算法模型，實現(xiàn)分層分布式柔性的廣域故障定位網(wǎng)絡(luò)。

3 智能變電站建設(shè)的重點工作

智能變電站是智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，從變電站技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀出發(fā)，按照統(tǒng)一堅強智能電網(wǎng)總體目標(biāo)和階段性建設(shè)需求，緊密結(jié)合智能變電站建設(shè)的實施原則和技術(shù)路線，應(yīng)在以下幾方面重點開展工作：

a. 制定智能變電站相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。提出智能變電站的架構(gòu)和技術(shù)體系，制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，以指導(dǎo)智能變電站建設(shè)和舊變電站的改造，規(guī)范智能變電站的設(shè)計、建設(shè)、驗收、運行維護和試驗。

b. 開展智能裝備研發(fā)及裝備智能化改造。通過提升電網(wǎng)智能裝備技術(shù)水平，實現(xiàn)電網(wǎng)靈活優(yōu)化控制，從而實現(xiàn)電網(wǎng)的自動化。

c. 開展智能變電站綜合信息分析。通過對變電站各種信息量進行實時采集、傳輸及分析，為系統(tǒng)安全運行、調(diào)度決策和預(yù)防矯正提供重要參考及依據(jù)，從而實現(xiàn)電網(wǎng)的信息化。

d. 探索全新的變電運行管理模式。通過智能變電站建設(shè)，初步實現(xiàn)變電站設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控、診斷信息與電網(wǎng)運行管理的雙向互動。對運行、調(diào)度人員工作模式進行調(diào)整，實現(xiàn)設(shè)備的完全狀態(tài)檢修和全生命周期管理。

4 建議

國家電網(wǎng)公司以及各網(wǎng)省公司在編制智能變電站建設(shè)規(guī)劃時，一是應(yīng)該盡快制定智能變電站的設(shè)計、建設(shè)和運行相關(guān)規(guī)范，做到標(biāo)準(zhǔn)明確、統(tǒng)一；二是采取新建和改造相結(jié)合的方式，通過對部分樞紐變電站的建設(shè)和改造，推動變電站智能化進程；三是在智能變電站改造中，可以優(yōu)先考慮將數(shù)字化變電站改造為智能變電站。

參考文獻(xiàn)：

[1] 高 駿，高志強．我國統(tǒng)一堅強智能電網(wǎng)建設(shè)綜述[J]．河北電

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[3] 余貽鑫．智能電網(wǎng)的技術(shù)組成和實現(xiàn)順序[J]．南方電網(wǎng)技術(shù),2009, 3(2) :1-5．

[4] 國家電網(wǎng)公司. 數(shù)字化變電站技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展分析報告[R].北京：國家電網(wǎng)公司，2009.