220kV瀘定智能變電站的技術特點及應用

湯虓嶸

（上海市東電力建設工程咨詢監(jiān)理有限公司，上海 200124）

1 智能變電站建設的回顧

我國在電網建設規(guī)劃中提出了發(fā)展堅強智能電網的戰(zhàn)略。2007年10月，華東電網啟動了“智能電網”可行性研究項目，規(guī)劃了從2008年至2030年分“三步走”的戰(zhàn)略。2009年5月，國家電網公司結合我國基本國情和特高壓實踐，提出了“堅強智能電網”的發(fā)展規(guī)劃，以特高壓電網為骨干網架、各級電網協(xié)調發(fā)展的堅強電網為基礎，按照IEC 61850標準統(tǒng)一建模，構建以信息化、自動化、互動化為特征的堅強智能化電網。

回顧上海電網的建設，2005年在500kV南橋變電站監(jiān)控系統(tǒng)改造中，率先采用了基于IEC 61850標準的監(jiān)控系統(tǒng)以及面向通用對象的變電站事件（GOOSE）機制。尤其是按照《智能變電站技術導則》、《智能變電站設計規(guī)范》、《智能變電站繼電保護技術規(guī)范》的要求，通過2007年建設220kV拜耳變電站；2009年建設110kV封周數字化變電站以及與世博國網企業(yè)館一體化構建的具有數字化、信息化、自動化、互動化為特征的110kV蒙自智能變電站；2010年建設500kV練塘換流站；2011年建設220kW瀘定智能變電站，積累了現場安裝、工程監(jiān)理、調試完善、工程評估和安全運行的經驗。隨著堅強智能電網建設的推進，變電站應用智能化技術也從示范走向成熟，在向縱深、健康、持續(xù)發(fā)展的過程中，建設工程咨詢和工程監(jiān)理責任重大，任重道遠。

瀘定智能變電站是上海首座全戶內布置的終端站，在建設過程中曾經遇到過智能設備功能不完善，與常規(guī)電站運行有差異，通過多次對技術方案的修改和完善，按照信息化方案規(guī)劃、設計和實現繼電保護回路功能以及智能設備間的互動性為主線，比較完整的實現了智能化功能。主要在技術上采用了先進、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設備，加上搭建智能化網絡和信息一體化平臺，實現了自動保護、自動控制、自動調節(jié)、智能決策和遠方診斷等一系列數字化功能。

瀘定智能變電站的投運，將更好地為客戶提供安全、可靠、優(yōu)質的電能，在緩解地區(qū)供電壓力和滿足系統(tǒng)運行需求的同時，為建設“上海智慧城市”添磚加瓦，為推廣智能變電站的工程建設提供技術支撐。

2 一次設備采用智能化設計

瀘定智能變電站的主變電系統(tǒng)采用2臺240MVA三卷無載調壓變壓器，電壓等級為220／115／37kV，容量比為240／240／160MVA，接線組別為YN，yn0，d11；220kV部分采用線路變壓器組接線形式，2回進線；110kV部分為單母分段接線形式，建有Ⅰ段、Ⅱ段母線，Ⅰ—Ⅱ／Ⅱ—Ⅲ分段間隔，8回出線間隔，2回主變進線間隔，2回電壓互感器（TV）避雷器間隔；35kV部分為單母分段接線，建有Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段、Ⅳ段母線，Ⅱ—Ⅲ分段及引線，Ⅰ—Ⅳ分段及引線，20回饋線，2回站用變，4回電容器，4回主變進線（Ⅰ段、Ⅱ段母線進線由1號主變分支供電；Ⅲ段、Ⅳ段母線進線由2號主變分支供電），4回TV間隔。

主變220kV側及系統(tǒng)110kV部分、主變35kV側、35kV接地變的光學電流互感器（OCT），采用南京中德保護控制系統(tǒng)有限公司的產品，型號分別為 NAE－GL220G、NAE－GL35G，NAE－GL35Z。220kV進線線路上的電子式電壓互感器（EPT），型號為PCS－9250－EGV－220。110kV母線進線線路上的 EPT，型號為 PCS－9250－EGV－110。系統(tǒng)35kV部分（除主變間隔）均采用大連第一互感器有限責任公司的一體化電子式電流互感器（ECT）、電子式電壓互感器（EVT），其中分段間隔ECT型號為JLEDZ9－40／250W3H，其他間隔的ECT型 號 為 JLEDZ9－40／250W3B，35kV 母 線 的EVT型號為IEDZR－40。

3 按照IEC 61850通信規(guī)范構建站內系統(tǒng)

3.1 采用開放式3層分布式系統(tǒng)

二次系統(tǒng)執(zhí)行IEC 61850通信規(guī)范，構建一體化全景數據平臺，統(tǒng)一進行數據建模及通信，按照站內監(jiān)控和繼電保護兩大功能，通過從邏輯上和功能上構建智能系統(tǒng)的站控層、間隔層和過程層，實現設備互聯互動和信息共享。

1）站控層 采用跨平臺技術和通信驅動管理新技術，搭建實時子系統(tǒng)（包括SCADA、保護信息、電能量等）和非實時子系統(tǒng)（包括在線檢測、輔助系統(tǒng)等）組成。站控層一體化信息平臺由主機兼操作員站、遠動通信設備和其它各種二次功能站構成，提供站內人機聯系界面，實現管理控制間隔層和過程層設備等功能，并與集控站和地調通信。站控層保護設備包括主變保護、母差保護、自切保護、35 kV縱差保護，實現智慧告警、事故決策、一鍵式控制、設備在線診斷和負荷優(yōu)化管理等功能。

2）間隔層 實現主變壓器保護、實時網絡測控、實時故障錄波、電能計量等面向通用對象的功能。

3）過程層 完成一次設備和二次系統(tǒng)之間的過程控制及數據采集功能，主要包括合并單元、智能終端、過程層網絡和電子式互感器等設備。

3.2 采用GOOSE報文傳送

1）主變220kV側間隔 220kV側間隔的設備和網絡結構，按照雙重化的要求配置光學電流互感器、合并單元（MU）和智能終端設備。合并單元A、智能終端A與主變保護一、測控、故障錄波議A、電能表配合；合并單元B、智能終端B與主變保護二、故障錄波議B配合；網絡監(jiān)視分析裝置則對所有網絡進行實時記錄。主變保護采用“直采直跳”的“點對點”方式與合并單元、智能終端進行采樣值和跳合閘命令的信息交互，其余設備和信息采用網絡方式通信。采樣值報文傳送執(zhí)行IEC 61850－9－2標準，跳合閘命令和遙信信息采用GOOSE報文傳送。

2）110kV線路間隔 線路間隔的設備采用光學電流互感器、合并單元與智能終端單套配置。線路保護、母差保護采用“直采直跳”的“點對點”方式與合并單元、智能終端進行采樣值和跳合閘命令的信息交互，其余設備和信息用網絡方式通信。采樣值報文傳送執(zhí)行IEC 61850－9－2標準，跳合閘命令和遙信信息采用GOOSE報文傳送。

3）110kV母線間隔 母線間隔的設備采用合并單元與智能終端單套配置。母線合并單元采用“點對點”方式，測控與保護合一裝置通信，智能終端完成母線間隔的遙信和遙控功能。采樣值報文傳送執(zhí)行IEC 61850－9－2標準，跳合閘命令和遙信信息采用GOOSE報文傳送。

4）35kV各開關柜間隔 開關柜間隔的設備采用小模擬量輸出的一體化電子式互感器。間隔層和過程層功能由測控、保護、合并單元、智能終端四合一實現，并就地下放至開關柜。四合一裝置不僅完成間隔內功能，還需采用“點對點”的方式進行采樣值和GOOSE信息交互。

4 采用“直采直跳”和“點對點”方式

1）220kV系統(tǒng)保護 220kV線路側無母線，故不配置母線保護和母聯保護等設備。

2）主變保護 采用“直采直跳”方式，即主變保護的跳合閘回路采用“點對點”光纜直接接入智能終端實現，采樣值由合并單元采用“點對點”光纜直接接入保護裝置實現。

3）110kV線路保護 采用“直采直跳”方式，即保護的跳合閘回路采用“點對點”光纜直接接入智能終端實現，采樣值由合并單元采用“點對點”光纜直接接入保護裝置實現。

4）110kV分段自切保護 采用“直采直跳”方式，即保護的跳合閘回路采用“點對點”光纜直接接入智能終端實現，采樣值由合并單元采用“點對點”光纜直接接入保護裝置實現。自切開放母差充電保護和母差間相互閉鎖功能等采用GOOSE網絡傳輸方式。

5）110kV母線保護 采用裝在各間隔上的合并單元獲得電壓和電流采樣值。母差保護與各間隔的采樣值回路以及跳閘回路采用“直采直跳”方式，與110kV自切間的相互閉鎖、母差間的失靈啟動等功能，均采用GOOSE網絡傳輸方式。

6）35kV間隔保護 35kV間隔的四合一裝置不僅完成本間隔內的保護和測控功能，而且需要具備面向過程層的采樣值接口和GOOSE接口。采樣接口將本間隔內的電壓和電流采樣值，以IEC 61850－9－2的格式發(fā)布給35kV母差保護、電能表等間隔層設備，而GOOSE接口用以接收35kV母差保護等間隔層設備的GOOSE報文。

7）35kV分段保護 35kV分段的四合一裝置除了完成本間隔內的保護功能和測控功能，還具備面向過程層的采樣值接口以及GOOSE接口。采樣接口將本間隔內的電壓和電流采樣值，以IEC 61850－9－2的格式送給35kV母差保護等間隔層設備，并接收母線合并單元的電壓采樣值，而GOOSE接口則用以與35kV母差保護等間隔層設備交換GOOSE報文。

8）35kV母線保護 35kV母差保護從各饋線開關柜上的四合一裝置獲得電壓和電流采樣值，從主變35kV開關柜上的合并單元獲得電壓和電流采樣值，并發(fā)出GOOSE命令至四合一裝置完成跳閘。35kV母差保護與各開關柜上的四合一裝置采用“點對點”方式通信。

5 智能變電站的設計特點

智能變電站的數字電流、電壓信息是從電流互感器的出口算起，由合并單元進行數字采樣，通過合并作用使得在一個通道上能夠同時發(fā)送不同次級的電流量和電壓量。而常規(guī)電站的相應數字量是從各裝置的A／D轉換輸出算起，并在裝置內進行采樣，1個次級不能與其它次級合并傳輸。可見，智能化的電壓、電流回路較常規(guī)電站的相應回路，在實現復雜的共用采樣值回路上更為安全、簡捷和省時。

在常規(guī)變電站的設計規(guī)范中對電纜、保護裝置的接地和屏蔽等有著嚴格的要求，需要二次設計及施工重點考慮。在智能變電站中采用光纜信息傳輸，具有較大的帶寬而且不受電磁干擾等優(yōu)點，避免了電纜在日常運行中因電磁、電場、線路過電壓、兩點接地等引發(fā)的繼電保護動作問題，使得各層級相關數據的傳輸更加穩(wěn)定和可靠。

智能變電站以網絡化信息共享替代了傳統(tǒng)的二次回路，使得原有的設計圖紙難以指導變電站的二次施工調試。這是因為智能變電站的二次系統(tǒng)采用間隔設計，在以間隔為單位的1套圖紙中，需要通過“二次設備組網聯系圖、過程層GOOSE信息示意圖、過程層SV信息示意圖以及虛端子表”，才能整合成調試人員和檢修人員看得懂的相當于原先常規(guī)電站中提供的“屏后接線圖＋背板接線圖”。在瀘定智能站調試時，施工圖則由調試人員整理后布于屏后，以免出錯。

可見，加快智能變電站二次系統(tǒng)設計工具的軟件開發(fā)迫在眉睫。由設計工具自動生成的光口分配、裝置插件以及由控制塊定義的邏輯關系和物理連接圖，可以使設計人員和施工人員更好地針對虛回路進行表述、理解、接線和檢測，減少信息重復配置和人為差錯，提高工程質量。

6 結語

鑒于目前國內數字化電網的建設水平、智能一次設備的生產水平以及智能變電站在國內試點建設，可以說變電站從常規(guī)到數字化再到智能化，已經向智慧、堅強、特高壓推進，作為智能電網的重要構建部分，顯得更加迫切和重要。

受國內諸多技術因素和技術水平的限制，智能變電站的巡檢設備、帶電檢測設備等非在線監(jiān)測裝置所采集數據，并未完全按照DL／T 860統(tǒng)一建模，采集的數據還不能實時、自動地上傳到一體化信息平臺。

智能變電站的一些新技術和新方案，目前還無法實施，例如：一體化信息平臺的進一步完善、站控層網絡的信息流更加通暢、智能在線監(jiān)測與狀態(tài)檢修的應用、電壓等級保護的下放、智能單元與合并單元的進一步整合等問題，都需要深化研究和加以解決。

隨著堅強智能電網技術的快速發(fā)展，智能變電站技術也將越來越先進，傳統(tǒng)一次、二次設備的概念將發(fā)生重大改變，進而引起管理結構的調整和相關產業(yè)的變動，而智能變電站的運行水平有待進一步完善，管理的力度也將加大。隨著能源利用率的不斷提升，上海電網將發(fā)展得更加堅強、智能、環(huán)保和高效。

［1］翁之浩，陳文升.220kV瀘定智能變電站技術方案［J］.電力與能源，2012，33（5）：452－455.