智能變電站試點(diǎn)工程關(guān)鍵技術(shù)綜述

宋璇坤 ，閆培麗 ，吳蕾 ，李軍，鄒國輝

（1.國網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，北京市 100052；2.河南省電力勘測設(shè)計(jì)院，鄭州市 450007）

0 引言

2009年5月，國家電網(wǎng)公司提出建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)。按照智能電網(wǎng)建設(shè)“規(guī)劃試點(diǎn)階段”的總體部署，先后安排了2批47座新建智能變電站試點(diǎn)工程的建設(shè)工作［1］。試點(diǎn)工程涉及24個(gè)網(wǎng)、省、直轄市公司，覆蓋從66～750kV 不同電壓等級，包括采用空氣絕緣的敞開式開關(guān)（air insulated switchgear，AIS）、氣體絕緣組合開關(guān)（gas insulated switchgear，GIS）、復(fù)合式開關(guān)（hybrid gas insulated switchgear，HGIS）等設(shè)備的戶外、戶內(nèi)變電站。至2011年底，智能變電站試點(diǎn)工程已經(jīng)竣工投產(chǎn)41座。

智能變電站建設(shè)技術(shù)復(fù)雜、涉及面廣。試點(diǎn)工程廣泛采用了智能化新技術(shù)、新設(shè)備，包括不同原理、不同類型的電子式互感器；不同內(nèi)容、不同參量、不同監(jiān)測方式的設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)；不同電壓等級不同類型的組網(wǎng)方式；變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的集成優(yōu)化；一體化電源系統(tǒng)及智能輔助控制系統(tǒng)等。攻克了從理論研究到工程應(yīng)用全過程的難關(guān)，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)制訂、設(shè)備研制和工程建設(shè)等領(lǐng)域的重大突破，取得了階段性成果。在技術(shù)創(chuàng)新、功能集成、節(jié)約環(huán)保等方面各具特色。本文側(cè)重分析試點(diǎn)工程關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀、存在的問題，便于把握工程技術(shù)特點(diǎn)，提煉技術(shù)成果，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，指導(dǎo)智能變電站的全面建設(shè)及新一代智能變電站示范工程的建設(shè)。

1 智能變電站試點(diǎn)工程關(guān)鍵技術(shù)

1.1 電子式互感器

電子式互感器在智能變電站試點(diǎn)工程中得到了廣泛應(yīng)用。其中電流互感器包括羅氏線圈型、低功率線圈型、全光纖型、磁光玻璃型；電壓互感器包括電容分壓型、電阻分壓型、阻－容分壓型、光學(xué)電壓互感器型［2］。

1.1.1 應(yīng)用情況

試點(diǎn)工程中各種類型的電子式互感器應(yīng)用情況參見表1。

表1 試點(diǎn)工程電子式互感器應(yīng)用情況Tab.1 Applications of electronic transformer in pilot projects

1.1.2 運(yùn)行問題

由于電子式互感器在短時(shí)間的批量應(yīng)用，廠家型號較多，技術(shù)成熟度相對較差，在實(shí)際應(yīng)用中穩(wěn)定性、可靠性相對較低，故障情況如表2所示。

表2 試點(diǎn)工程電子式互感器故障情況Tab.2 Fault conditions of electronic transformer in pilot projects

安裝調(diào)試中存在的問題是電子式互感器輸出精度校驗(yàn)調(diào)試時(shí)，需對互感器校正系數(shù)頻繁配比，造成調(diào)試時(shí)間較長；光學(xué)互感器安裝過程中出現(xiàn)光纖損壞，因光纖需專用設(shè)備熔接，對現(xiàn)場環(huán)境要求高，施工難度大。

1.1.3 效益淺析

電子式互感器具有體積小、暫態(tài)穩(wěn)定性高、安全性好等優(yōu)勢，可避免傳統(tǒng)互感器鐵磁諧振、充油互感器潛在的易燃易爆、六氟化硫氣體泄漏、電流互感器開路導(dǎo)致高壓危險(xiǎn)等固有問題。同時(shí)能夠節(jié)約大量鐵芯、銅線等金屬材料，更符合智能變電站低碳環(huán)保的設(shè)計(jì)理念。

試點(diǎn)工程對電子式互感器造價(jià)進(jìn)行了測算分析，220 kV 及以上電壓等級電子式互感器價(jià)格約為常規(guī)互感器的1.3～4倍；110 kV 電子式互感器約為常規(guī)互感器的1.16～4.7倍。故電壓等級越高，電子式互感器的經(jīng)濟(jì)性越明顯。

現(xiàn)階段，受溫度、振動(dòng)等影響的電子式互感器運(yùn)行的穩(wěn)定性有待考證。

1.2 一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測

1.2.1 應(yīng)用情況

試點(diǎn)工程配置的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測參量較為齊全，主要包括主變／高抗油中溶解氣體、主變鐵芯接地電流、主變／GIS局放、GIS／高壓斷路器SF6密度、斷路器機(jī)械特性、避雷器泄漏電流及動(dòng)作次數(shù)等。

1.2.2 運(yùn)行問題

試點(diǎn)工程狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)存在的問題體現(xiàn)在：1）內(nèi)置傳感器與一次設(shè)備的壽命匹配問題；2）狀態(tài)監(jiān)測智能電子設(shè)備（intelligent electronic device，IED）與后臺數(shù)據(jù)的傳輸、配合；3）監(jiān)測參量誤差；4）IED 及監(jiān)測傳感器質(zhì)量；5）傳感器與一次設(shè)備接口安裝質(zhì)量；6）狀態(tài)監(jiān)測廠家與一次廠家間的配合等問題。

1.2.3 效益分析

采用電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)，有選擇地對電氣一次設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測，實(shí)時(shí)監(jiān)測運(yùn)行設(shè)備的各種參數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的潛在故障，真正實(shí)現(xiàn)高壓電氣設(shè)備的狀態(tài)檢修，對智能變電站安全可靠運(yùn)行有著重要意義。其效益主要體現(xiàn)在增加設(shè)備可用系數(shù)、提高電網(wǎng)可靠性、減少檢修工作量等方面。

由于試點(diǎn)工程階段許多設(shè)備處于研發(fā)起步階段，試點(diǎn)工程的設(shè)備價(jià)格較高，狀態(tài)監(jiān)測設(shè)備投資約占智能化設(shè)備投資的10.4%～27.0%。且由于部分設(shè)備技術(shù)不夠成熟，質(zhì)量較差，廠家間配合經(jīng)驗(yàn)不足，運(yùn)行成本較高。

1.3 光纜選擇與敷設(shè)

1.3.1 應(yīng)用情況

試點(diǎn)工程配置了過程層設(shè)備，通過合并單元、智能終端實(shí)現(xiàn)就地采集的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，光纜取代了大量的長電纜。配電裝置智能控制柜與二次設(shè)備間采用光纜連接，室內(nèi)屏柜之間的二次設(shè)備采用尾纜連接，柜內(nèi)采用尾纖連接。

1.3.2 運(yùn)行問題

試點(diǎn)工程階段，由于缺少相關(guān)規(guī)程或典設(shè)，光纜選擇及敷設(shè)選擇較為多樣。有采用非鎧裝無金屬光纜，也有采用鎧裝光纜的；有全站光纜均采用槽盒或穿管敷設(shè)的，有僅對非鎧裝光纜和尾纜進(jìn)行槽盒或穿管敷設(shè)的，也有非鎧裝光纜直接敷設(shè)到電纜橋架上的；有對同一起止點(diǎn)光纜進(jìn)行優(yōu)化整合的，也有同一起止點(diǎn)根據(jù)不同功能回路單獨(dú)配置光纜的。多數(shù)存在光纜數(shù)量多、型式不一；光纜的敷設(shè)、熔接等工作界面不清、工藝不規(guī)范等問題。

1.3.3 效益淺析

智能變電站大量銅芯電纜被少量光纜替代，連接介質(zhì)減少。2011年開始，進(jìn)入智能變電站全面建設(shè)階段后，按照通用設(shè)計(jì)對光／電纜進(jìn)行了優(yōu)化整合，更大程度地減少光纜數(shù)量，簡化接線，縮小站內(nèi)電纜溝截面，減少敷設(shè)材料，實(shí)現(xiàn)了電纜溝的優(yōu)化。進(jìn)而降低了工程造價(jià)，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

1.4 組網(wǎng)方式及交換機(jī)配置

1.4.1 應(yīng)用情況

根據(jù)調(diào)研結(jié)果，試點(diǎn)工程中220 kV 及以上變電站自動(dòng)化系統(tǒng)均采用3層設(shè)備2層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分為站控層、間隔層和過程層；110／66 kV 多數(shù)采用3 層2網(wǎng)結(jié)構(gòu)，少數(shù)主接線形式較為簡單的工程采用了3層1網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

330 kV 及以上的試點(diǎn)工程均采用了SV、GOOSE獨(dú)立組網(wǎng)方案。

220 kV 試點(diǎn) 工程采用SV 點(diǎn) 對 點(diǎn)，GOOSE 獨(dú) 立組網(wǎng)方案的占35%，采用SV、GOOSE 共網(wǎng)方案的占41%，采用SV、GOOSE 獨(dú)立組網(wǎng)方案的占24%。

過程層交換機(jī)多數(shù)采用按多間隔共用配置，方案不一。

1.4.2 運(yùn)行問題

試點(diǎn)工程中交換機(jī)存在的主要問題是部分過程層交換機(jī)過載發(fā)熱，故障及報(bào)文錯(cuò)誤。

1.4.3 效益淺析

試點(diǎn)工程階段組網(wǎng)方式多樣，網(wǎng)絡(luò)相對復(fù)雜，過程層交換機(jī)工程首批采用，價(jià)格較高，導(dǎo)致投資較高。

隨著智能電網(wǎng)全面建設(shè)的推進(jìn)，交換機(jī)的批量應(yīng)用，價(jià)格將大幅下降。

1.5 保護(hù)及保護(hù)測控裝置集成

1.5.1 應(yīng)用情況

試點(diǎn)工程中330 kV 及以上電壓等級保護(hù)測控裝置均獨(dú)立配置。

2個(gè)500 kV 變電站、17個(gè)220 kV 變電站共19個(gè)工程，其中9個(gè)工程220 kV 電壓等級采用了保護(hù)測控裝置集成技術(shù)，采用率為47.37%。

1個(gè)330 kV、15個(gè)220 kV 及17個(gè)110 kV 變電站共33個(gè)工程，其中30個(gè)工程110 kV 電壓等級采用了保護(hù)測控裝置集成技術(shù)，采用率為90.91%。

17個(gè)110 kV 變電站中有16個(gè)工程采用了主變后備保護(hù)測控一體化裝置，采用率為94.12%。2個(gè)66 kV 變電站全部采用了主變后備保護(hù)與測控裝置集成技術(shù)。

1.5.2 運(yùn)行問題

從試點(diǎn)工程反饋的運(yùn)行情況來看，保護(hù)測控集成裝置總體運(yùn)行情況較好，問題主要存在于以下方面：1）220 kV 及以上系統(tǒng)采用保護(hù)測控一體化裝置，由于保護(hù)的雙重化配置，導(dǎo)致測控功能的被動(dòng)雙重化，由此帶來了監(jiān)控后臺的雙數(shù)據(jù)源處理問題。絕大多數(shù)廠家的后臺處理雙遙信信息時(shí)，采用了“不同的遙信全接收，冗余的遙信取A 套”的原則，第2套遙信信息意義不大。絕大多數(shù)工程僅第1套保測一體裝置含控制功能；2）采用保測一體裝置后，由于招標(biāo)分標(biāo)不同，監(jiān)控后臺與保測一體裝置往往不是同一廠家，2個(gè)廠家設(shè)計(jì)理念和習(xí)慣不同，會(huì)出現(xiàn)不兼容問題。

1.5.3 效益淺析

采用保護(hù)測控集成裝置，減少了設(shè)備及接口數(shù)量，不僅節(jié)省了設(shè)備投資，也為組柜方案、交換機(jī)端口數(shù)量、光纜優(yōu)化及減少變電站建筑面積創(chuàng)造了有利條件。

1.6 合并單元

1.6.1 應(yīng)用情況

試點(diǎn)站中均采用了合并單元，布置方式分為室內(nèi)布置與就地布置。41個(gè)試點(diǎn)變電站中，合并單元采用室內(nèi)布置方式總共有15個(gè)；采用就地布置方式有28個(gè)（存在同一個(gè)站采用2種布置方式的情況）。

1.6.2 運(yùn)行問題

合并單元存在的問題主要有：1）不同廠家合并單元間以及合并單元與保護(hù)、監(jiān)控等裝置的配合兼容；2）電子式互感器、采集器與合并單元抗干擾；3）合并單元就地安裝時(shí)環(huán)境的適應(yīng)性；4）互感器－合并單元系統(tǒng)檢測及校驗(yàn)等問題。

1.6.3 效益淺析

采用合并單元后，各間隔所需的電流、電壓信號可通過合并單元共享，對常規(guī)CT＋合并單元的技術(shù)方案，可減少CT 二次繞組數(shù)量；保護(hù)、測控裝置只需通過光纜或尾纜即可從合并單元采集所需模擬量信號，同一個(gè)間隔保護(hù)、測控、計(jì)量、錄波裝置不需單獨(dú)拉電纜，不僅簡化接線，而且可以節(jié)省大量的電纜硬接線，節(jié)約成本。

1.7 智能終端

1.7.1 應(yīng)用情況41個(gè)試點(diǎn)站中均采用了智能終端，實(shí)現(xiàn)開關(guān)量采集的就地?cái)?shù)字化。

1.7.2 運(yùn)行問題

智能終端存在的主要問題有：1）智能終端就地化后運(yùn)行環(huán)境較為惡劣，溫度較高，易造成裝置死機(jī)或損壞，影響裝置壽命；2）個(gè)別變電站2套智能終端之間的相互閉鎖重合閘、事故總信號、手跳放電、控制回路斷線信號等功能不完備，影響保護(hù)及測控功能的實(shí)現(xiàn)；3）智能終端虛端子的配置和數(shù)量缺少規(guī)范，設(shè)計(jì)及調(diào)試工作量大；不同廠家的智能終端自產(chǎn)的合成信號在數(shù)量、功能上均不相同，部分廠家智能終端虛端子設(shè)置功能缺失（如缺少母聯(lián)手合送母差的虛端子等），亟需規(guī)范［3］。

1.7.3 效益淺析

應(yīng)用智能終端可簡化二次回路，利用光纜代替大量控制電纜，減少有色金屬消耗。智能終端是實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備智能化的關(guān)鍵，試點(diǎn)站工程為遠(yuǎn)期一二次設(shè)備融合提供了技術(shù)基礎(chǔ)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

1.8 計(jì)量表計(jì)

1.8.1 應(yīng)用情況

部分試點(diǎn)站中采用了數(shù)字式電能表和保護(hù)測控計(jì)量一體化裝置。

試點(diǎn)站中計(jì)量裝置模擬量采集主要包括以下3種方式：1）常規(guī)互感器直接接入方式；2）點(diǎn)對點(diǎn)直接采樣方式；3）網(wǎng)絡(luò)采樣方式。

根據(jù)調(diào)研，41個(gè)試點(diǎn)工程中，有30個(gè)工程采用方式1；32個(gè)工程采用了方式2；15個(gè)工程采用了方式3（同一個(gè)站在不同電壓等級有采用不同的模擬量采集方式）。

1.8.2 運(yùn)行問題

智能變電站中計(jì)量表計(jì)存在的主要問題有：1）由于試點(diǎn)階段缺少相關(guān)規(guī)范和通用設(shè)計(jì)，各工程配置方案多樣；2）數(shù)字式電能表檢測、檢定、校驗(yàn)不完善；3）數(shù)字式電能表信息傳輸不規(guī)范；4）互感器－合并單元－數(shù)字式電能表系統(tǒng)以及保護(hù)測控計(jì)量多合一裝置精度差；5）電壓切換／并列與3／2及橋型接線和電流接入問題。

1.8.3 效益淺析

采用數(shù)字式電度表后，光纜代替了電纜硬接線，減少了有色金屬消耗；采用保護(hù)測控計(jì)量多合一裝置，可減少電能表數(shù)量及柜內(nèi)空間占用，降低成本。

1.9 智能控制柜

1.9.1 應(yīng)用情況

41個(gè)試點(diǎn)站全部配置了安裝于配電裝置區(qū)的智能控制柜，智能控制柜溫控方式主要有3種：風(fēng)扇、熱交換器和空調(diào)。

對于配電裝置區(qū)智能控制柜，19個(gè)變電站采用了風(fēng)扇方式，采用率為46%；13個(gè)變電站采用了熱交換器方式，采用率為32%；9個(gè)變電站采用了空調(diào)方式，采用率為22%。

對于主變智能控制柜，15個(gè)變電站采用了風(fēng)扇方式，采用率為37%；14個(gè)變電站采用了熱交換器方式，采用率為34%；12個(gè)變電站采用了空調(diào)方式，采用率為29%［4］。

1.9.2 運(yùn)行問題

根據(jù)試點(diǎn)站的調(diào)研情況，智能控制柜的主要問題集中在溫控效果、防護(hù)措施、柜體設(shè)計(jì)、配線和布置的規(guī)范性上，主要體現(xiàn)在：1）智能控制柜散熱方式的選擇沒有依據(jù)；2）智能控制柜尺寸和制造缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；3）部分變電站由于本地氣候特殊性，智能控制柜防塵防雨性能不足；4）提供智能 控制柜的GIS廠家與二次設(shè)備廠家配合不佳；5）柜內(nèi)航空插頭、光纖配線架、繞纖盤、光纜固定方式等缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，亟需規(guī)范；6）GIS招標(biāo)技術(shù)規(guī)范中缺少散熱方式及容積要求，無法對GIS廠家提出對智能控制柜的要求。

1.9.3 效益淺析

智能控制柜是二次設(shè)備下放后可靠工作的保障，是實(shí)現(xiàn)減少控制電纜用量、降低有色金屬消耗、減小電纜溝面積等目標(biāo)的基本前提，其可靠性直接影響二次設(shè)備的安全運(yùn)行，是智能變電站建設(shè)不可或缺的重要的基礎(chǔ)性設(shè)備。

1.10 一體化電源

1.10.1 應(yīng)用情況

智能變電站一體化電源最主要的技術(shù)特征是將交流電源系統(tǒng)、直流電源系統(tǒng)、逆變電源系統(tǒng)、通信電源系統(tǒng)統(tǒng)一設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)變電站交流控制電源的集中供電和統(tǒng)一的監(jiān)控管理；整合全站的蓄電池組，取消傳統(tǒng)不間斷電源（uninterruptible power supply，UPS）和通信電源的蓄電池及其充電單元和監(jiān)測單元，減少建設(shè)成本和運(yùn)行維護(hù)成本［5］。

試點(diǎn)工程共有3種方案，采用通信、二次整合蓄電池，一體化監(jiān)控方案的共有34個(gè)工程；采用通信、二次整合蓄電池，非一體化監(jiān)控方案的有2個(gè)工程；采用通信、二次獨(dú)立蓄電池，一體化監(jiān)控的有5個(gè)工程，多集中在330 kV 及以上工程。

1.10.2 運(yùn)行問題

在投運(yùn)的試點(diǎn)站一體化電源在運(yùn)行過程中，整體運(yùn)行情況較好，但也存在一些問題，主要有：1）個(gè)別工程ATS設(shè)備不穩(wěn)定；2）一體化電源監(jiān)控與監(jiān)控后臺通信不兼容。

1.10.3 效益淺析

與常規(guī)站用電源系統(tǒng)相比，采用一體電源的效益主要表現(xiàn)在：

（1）交、直流以及UPS電源由同一廠家供貨，通信蓄電池與直流蓄電池整合，使采購成本降低。

（2）由于智能蓄電池巡檢儀的使用，蓄電池不必定期整體更換，僅需更換存在隱患的個(gè)體，成本降低。

（3）一體化設(shè)計(jì)減少了人工巡檢的工作量，因此減少了運(yùn)行維護(hù)成本。

1.11 其他二次系統(tǒng)

1.11.1 時(shí)間同步系統(tǒng)試點(diǎn)站工程中站控層時(shí)間同步方式選擇較為統(tǒng)一，絕大多數(shù)站采用SNTP網(wǎng)絡(luò)對時(shí)。對于間隔層和過程層，部分站選擇1588對時(shí)，部分站選擇IRIG－B碼對時(shí)，采用1588對時(shí)的站較多。

采用1588對時(shí)需要配置支持IEC61588的交換機(jī)，價(jià)格較高；且各裝置對時(shí)依賴交換機(jī)，如果交換機(jī)故障或掉電，此交換機(jī)連接的各裝置同時(shí)丟失對時(shí)信號。

1.11.2 輔控系統(tǒng)

智能輔助控制系統(tǒng)由圖像監(jiān)視子系統(tǒng)、周界防范子系統(tǒng)、門禁子系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警子系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)組成，通過輔控后臺主機(jī)實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)之間與消防、暖通、照明等的聯(lián)動(dòng)控制。

41個(gè)試點(diǎn)變電站工程中，采用了智能照明的有21個(gè)站，環(huán)境監(jiān)測與空調(diào)／風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng)的有30個(gè)站，視頻聯(lián)動(dòng)有25個(gè)，水泵接入輔控系統(tǒng)的有15個(gè)站。

1.12 高級應(yīng)用功能

1.12.1 應(yīng)用情況

高級應(yīng)用功能是區(qū)別智能變電站與常規(guī)變電站的核心所在，是實(shí)現(xiàn)變電站“智能”的關(guān)鍵，包括運(yùn)行監(jiān)視、輔助決策、調(diào)節(jié)控制、維護(hù)管理等類。試點(diǎn)工程高級應(yīng)用功能差異較大，應(yīng)用深度和廣度也有區(qū)別。從總體上看，各試點(diǎn)工程中均已具備智能告警、故障綜合分析、順序控制等高級應(yīng)用功能中的基本功能，其他高級應(yīng)用功能則根據(jù)工程的實(shí)際配置選擇采用。

1.12.2 運(yùn)行問題

站域備自投、過負(fù)荷閉鎖在個(gè)別110 kV 等級智能變電站試點(diǎn)工程中已有應(yīng)用，低頻低壓減負(fù)荷和過負(fù)荷聯(lián)切尚處于研究試點(diǎn)階段。源端維護(hù)、優(yōu)化調(diào)節(jié)控制、分布式狀態(tài)估計(jì)除了廠站端要配置相應(yīng)的模塊外，主站端的系統(tǒng)也要有相應(yīng)的配置功能，因此應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐闹髡鞠到y(tǒng)的條件有選擇地實(shí)施。

1.12.3 效益淺析

智能變電站搭建的一體化信息平臺具備了全面和標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為高級應(yīng)用功能提供了有力的支撐?？芍苯用嫦蛴脩粜枨?，面向變電站的運(yùn)行、檢修、調(diào)試、管理等多方面，提高變電站的運(yùn)行管理水平，提高變電站維護(hù)的自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)變電站運(yùn)行的實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策及與電網(wǎng)的協(xié)同互動(dòng)，為各級電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行及電力設(shè)備全壽命周期綜合優(yōu)化管理奠定了基礎(chǔ)。

2 智能變電站試點(diǎn)工程效益分析

2.1 建設(shè)成本

試點(diǎn)工程采用了大量的新設(shè)備、新技術(shù)。合并單元、智能終端、交換機(jī)、狀態(tài)監(jiān)測等設(shè)備處于研發(fā)階段，未批量應(yīng)用，設(shè)備購置費(fèi)用較高；同時(shí)由于采用光纖網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，光纖熔接及設(shè)備調(diào)試等新技術(shù)，工作量增加，二次設(shè)備安裝調(diào)試費(fèi)用也有所上漲［6］。

試點(diǎn)工程中330 kV 以上及66 kV 工程數(shù)量較少，因此，對17個(gè)220 kV 變電站和17個(gè)110 kV 變電站初步設(shè)計(jì)靜態(tài)投資進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，與常規(guī)站建設(shè)投資對比如表3所示。

表3 智能站試點(diǎn)工程與常規(guī)站工程建設(shè)投資對比表Tab.3 Investment comparison between pilot project of smart substation and conventional substation

2.2 運(yùn)行成本

運(yùn)行成本包括維修、站用電、巡視、值守、就地操作等費(fèi)用。

現(xiàn)階段，智能變電站新增了合并單元、智能終端、交換機(jī)等二次設(shè)備；由于智能變電站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)還未趨于穩(wěn)定，各廠家設(shè)備短時(shí)間內(nèi)不斷更新，產(chǎn)品成熟度相對不高，故障率相對較高；就地智能控制柜的散熱設(shè)備需定期維護(hù)、除灰和更換。故現(xiàn)階段二次設(shè)備維修成本相對較高。

智能變電站通過狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)，減少了設(shè)備維修次數(shù)和時(shí)間，從而節(jié)約了一次設(shè)備維修成本。

隨著順控等高級應(yīng)用技術(shù)的逐步應(yīng)用，調(diào)控一體化系統(tǒng)的建設(shè)，智能變電站巡視、值守、就地操作的費(fèi)用相對常規(guī)站會(huì)降低。

綜上所述，現(xiàn)階段智能變電站的建設(shè)及運(yùn)行維護(hù)成本都有所上升，隨著智能化技術(shù)的深度應(yīng)用和不斷成熟，會(huì)逐漸趨于下降趨勢，最終與常規(guī)站運(yùn)維費(fèi)用比較會(huì)相對降低。

3 關(guān)鍵技術(shù)評價(jià)與推廣建議

根據(jù)智能變電站試點(diǎn)工程建設(shè)的實(shí)際情況，通過對現(xiàn)有智能變電站的相關(guān)設(shè)備和技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行評價(jià)，對主要智能化技術(shù)今后的推廣提出以下建議：

（1）電子式互感器長期運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性還有待于進(jìn)一步檢驗(yàn)，應(yīng)跟蹤運(yùn)行情況不斷改進(jìn)。

（2）狀態(tài)監(jiān)測參量中變壓器油中溶解氣體、鐵芯接地電流監(jiān)測、油溫監(jiān)測、SF6密度監(jiān)測等技術(shù)已相對成熟，可以推廣；變壓器和斷路器局放IED 應(yīng)用效果有待檢驗(yàn)，應(yīng)繼續(xù)試點(diǎn)應(yīng)用，暫不推廣；變壓器套管介損、斷路器機(jī)械特性監(jiān)測等技術(shù)尚待成熟，可以繼續(xù)試用。

（3）試點(diǎn)工程在“三網(wǎng)合一”和GOOSE 網(wǎng)絡(luò)跳合閘方面均有應(yīng)用，可選擇110 kV 變電站推廣使用。

（4）信息一體化及高級功能應(yīng)用基本具備推廣條件，應(yīng)在推廣使用的同時(shí)，繼續(xù)提升變電站信息一體化水平。

（5）繼續(xù)推廣一體化電源系統(tǒng)、新建智能變電站配置智能輔助控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)圖像監(jiān)控、火災(zāi)報(bào)警、消防、照明、采暖通風(fēng)、環(huán)境監(jiān)測等系統(tǒng)的智能聯(lián)動(dòng)控制。

（6）推廣光纜優(yōu)化整合，在中低電壓等級推廣智能終端、合并單元一體化技術(shù)。

（7）對已投運(yùn)試點(diǎn)站的直采網(wǎng)跳、網(wǎng)采網(wǎng)跳與1588對時(shí)技術(shù)繼續(xù)積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

（8）繼續(xù)推進(jìn)一二次設(shè)備的融合技術(shù)研發(fā)。

4 措施和建議

4.1 設(shè)備方面

（1）試點(diǎn)站中電子式互感器及采集器容易被操作時(shí)產(chǎn)生的VFTO 干擾甚至損壞，提高電子式互感器－采集器抗干擾能力及精度仍是下一階段的重要工作。

（2）對于數(shù)字（光纖）接口計(jì)量表計(jì)，亟需完善接口標(biāo)準(zhǔn)、檢定及校驗(yàn)方法，形成數(shù)字計(jì)量表計(jì)檢驗(yàn)儀器規(guī)范。

（3）多數(shù)廠家交換機(jī)過熱問題比較普遍，需考慮裝置散熱問題。

（4）對已投運(yùn)的采用網(wǎng)絡(luò)跳閘方案的變電站進(jìn)行詳細(xì)了解，對網(wǎng)絡(luò)跳閘的正確率、信息傳輸速度等形成統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

（5）對于智能控制柜，提高其環(huán)境調(diào)節(jié)能力，降低對散熱裝置的維護(hù)工作量和維護(hù)頻率，降低運(yùn)行成本，制定開門檢修時(shí)的防雨措施。

（6）狀態(tài)監(jiān)測方面，廠家應(yīng)提高產(chǎn)品質(zhì)量和精度，提高調(diào)試水平，IED 應(yīng)提供通用格式數(shù)據(jù)，以便接入監(jiān)控系統(tǒng)廠家綜合應(yīng)用服務(wù)器。

（7）各廠家對運(yùn)行、操作習(xí)慣及規(guī)約理解不一致，設(shè)備仍存在兼容性問題，統(tǒng)一各廠家間虛端子接口，應(yīng)提出國網(wǎng)或地區(qū)電網(wǎng)內(nèi)統(tǒng)一的虛端子類型和數(shù)量。

4.2 招標(biāo)及造價(jià)控制方面

（1）考慮到電子式互感器—采集器—合并單元間規(guī)約有可能為私有規(guī)約，使用電子式互感器時(shí)，互感器、采集器和合并單元最好為同一廠家產(chǎn)品。

（2）針對智能化技術(shù)的發(fā)展方向，制定合理的設(shè)備分包方案。

（3）可借鑒110 kV 變電站經(jīng)驗(yàn)，對220 kV 及以上電壓等級變電站也采用二次總集成商的招標(biāo)模式?？梢越档驮O(shè)備造價(jià)，減少各方配合及設(shè)備聯(lián)調(diào)時(shí)工作量和運(yùn)輸量，保證站內(nèi)各設(shè)備間的兼容性，減少運(yùn)行人員需要熟悉的設(shè)備品牌和型號。

（4）建議GIS／主變技術(shù)規(guī)范中加入傳感器類型、數(shù)量及規(guī)約選項(xiàng)，內(nèi)置傳感器由GIS／主變廠家提供，保證設(shè)備密封性和絕緣［7］。

（6）由于集中招標(biāo)時(shí)間和里程碑進(jìn)度問題，光纜、電纜招標(biāo)往往先于施工圖，型號和長度無法把握。建議光纜、電纜仍由設(shè)計(jì)院在施工圖結(jié)束后開列準(zhǔn)確的電纜清冊，通過施工單位采購。

4.3 設(shè)計(jì)方面

現(xiàn)階段各監(jiān)控、保護(hù)廠家開發(fā)自有的配置軟件，系統(tǒng)集成由系統(tǒng)集成商完成，設(shè)計(jì)院僅進(jìn)行虛端子設(shè)計(jì)，完成后交給系統(tǒng)集成商來制作SCD 和CID 文件。虛端子設(shè)計(jì)采用的軟件多為 Excel 或AutoCAD，效率低且易出錯(cuò)，設(shè)計(jì)及校核工作量很大。絕大多數(shù)設(shè)計(jì)院并沒有設(shè)計(jì)輸出SCD 文件的能力，無統(tǒng)一的配置軟件。因此，亟需開發(fā)一款適合設(shè)計(jì)人員使用的、對各裝置廠家設(shè)備配置文件兼容性較好的通用配置軟件，并對設(shè)計(jì)人員進(jìn)行培訓(xùn)，提升設(shè)計(jì)階段效率及設(shè)計(jì)質(zhì)量。

4.4 施工調(diào)試方面

目前，電子式互感器、合并單元、計(jì)量表計(jì)的調(diào)試復(fù)雜，無法在現(xiàn)場校驗(yàn)系統(tǒng)整體精度，亟需研發(fā)相關(guān)校驗(yàn)測試設(shè)備。

針對智能變電站現(xiàn)場施工工作量大、調(diào)試復(fù)雜等問題，應(yīng)向“工廠化預(yù)制、裝配式建設(shè)”的智能變電站建設(shè)方向發(fā)展。

4.5 運(yùn)行維護(hù)方面

目前網(wǎng)內(nèi)多數(shù)檢修及維護(hù)隊(duì)伍對智能變電站中的交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通過光纖傳輸測量的保護(hù)測控裝置了解程度不足，缺乏網(wǎng)絡(luò)、交換機(jī)知識，且缺少必備的測試儀及檢驗(yàn)工具，導(dǎo)致目前二次設(shè)備檢修、維護(hù)、故障消除等工作嚴(yán)重依賴廠家。隨著智能變電站進(jìn)入全面建設(shè)階段，廠家難以提供及時(shí)的維修維護(hù)。對系統(tǒng)內(nèi)檢修及維護(hù)隊(duì)伍實(shí)現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)培訓(xùn)，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)知識，配置適應(yīng)智能變電站的保護(hù)、網(wǎng)絡(luò)測試儀及檢驗(yàn)工具，提高檢修水平。

4.6 標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、法規(guī)方面

電子式互感器及數(shù)字式電能表的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)無法進(jìn)行溯源，也缺少檢定或檢驗(yàn)所依據(jù)的規(guī)程及相關(guān)檢定認(rèn)證機(jī)構(gòu)對于儀器設(shè)備的檢定證書，貿(mào)易結(jié)算用電子式互感器及數(shù)字式電能表也就無法進(jìn)行合理、合法的溯源檢定，所以現(xiàn)階段關(guān)口表仍使用常規(guī)表計(jì)，需根據(jù)接線方式配置電壓并列或切換設(shè)備。提高互感器—合并單元—數(shù)字式電能表計(jì)量系統(tǒng)精度，同時(shí)推進(jìn)相關(guān)計(jì)量法規(guī)的更新，推廣數(shù)字式電能表的應(yīng)用，仍是下一步的重要工作［8］。

智能變電站采用了輔助控制系統(tǒng)以及狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，多數(shù)地區(qū)正在建設(shè)新的輔控主站以及狀態(tài)監(jiān)測主站。主站竣工前，部分地區(qū)需將變電站內(nèi)視頻監(jiān)控系統(tǒng)接入原有的視頻監(jiān)控主站，由于主站系統(tǒng)較老，某些視頻格式無法接入，需要配置特定型號的硬盤錄像機(jī)或者較老的模擬式攝像機(jī)，才能接入，在現(xiàn)階段招標(biāo)模式下，設(shè)計(jì)方無法指定設(shè)備品牌，造成設(shè)計(jì)方、運(yùn)行方、廠家協(xié)調(diào)配合工作量很大。因此，現(xiàn)階段亟需規(guī)范輔控主站、狀態(tài)監(jiān)測主站系統(tǒng)的規(guī)約考慮及設(shè)備的兼容性［9］。

4.7 配套管理制度建設(shè)方面

智能化技術(shù)的深度使用，必須有相適應(yīng)的管理制度。站內(nèi)信息及設(shè)備的高度集成整合需要主站端的配套調(diào)整，需要運(yùn)行、調(diào)度、基建及物資部門高度統(tǒng)一。各部門應(yīng)做好協(xié)調(diào)工作，按照“統(tǒng)一規(guī)劃，協(xié)調(diào)建設(shè)”的建設(shè)理念，總結(jié)已有工程及運(yùn)行維護(hù)管理經(jīng)驗(yàn)，配套建設(shè)相適應(yīng)的管理制度。

5 結(jié)語

智能變電站試點(diǎn)工程在技術(shù)上全面執(zhí)行《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》［2］、Q／GDW 393《110（66）～220 kV智能變電站設(shè)計(jì)規(guī)范》、Q／GDW 394《330～750 kV智能變電站設(shè)計(jì)規(guī)范》及《智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范》［4］等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并針對不同電壓等級、不同地域的工程特點(diǎn)，全方位試點(diǎn)采用了一次設(shè)備智能化、電子式互感器、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)配置、通信網(wǎng)絡(luò)配置、一體化電源等技術(shù)。實(shí)踐證明，其技術(shù)發(fā)展方向是正確的。

隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷推進(jìn)，對智能變電站的建設(shè)提出新的更高的需求。通過對已投運(yùn)的41個(gè)新建智能變電站試點(diǎn)工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，深入探索前沿技術(shù)，創(chuàng)造了新一代智能變電站的建設(shè)模式。通過檢測檢驗(yàn)的電子式感器的采用、層次化保護(hù)控制系統(tǒng)的構(gòu)建、組網(wǎng)方案的優(yōu)化、“工廠化預(yù)制、裝配式建設(shè)”的建設(shè)模式的實(shí)施、按站采用二次總集成商的招標(biāo)方式等，深度優(yōu)化了設(shè)計(jì)方案，有效控制了工程造價(jià)，達(dá)到了“系統(tǒng)高度集成、結(jié)構(gòu)布局合理、裝備先進(jìn)適用、經(jīng)濟(jì)節(jié)能環(huán)保、支撐調(diào)控一體”的建設(shè)目標(biāo)。

［1］國家電網(wǎng)公司.智能變電站試點(diǎn)工程評價(jià)報(bào)告［R］.北京：國家電網(wǎng)公司，2011.

［2］國家電網(wǎng)公司.Q／GDW383—2009智能變電站技術(shù)導(dǎo)則［S］.北京：中國電力出版社，2009.

［3］國家電網(wǎng)公司.Q／GDW Z410—2010 高壓設(shè)備智能化技術(shù)導(dǎo)則［S］.北京：中國電力出版社，2010.

［4］國家電網(wǎng)公司.Q／GDW441—2010 智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國電力出版社，2010.

［5］國家電網(wǎng)公司.國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計(jì)：110（66）～750 kV 智能變電站部分（2011年版）［M］.北京：中國電力出版社，2010.

［6］劉有為，鄧彥國，吳立遠(yuǎn).高壓設(shè)備智能化方案及技術(shù)特征［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2010，34（7）：1－4.

［7］王勇，曹保定，姜濤.電子式互感器合并單元的快速數(shù)據(jù)處理［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2009，33（1）：87－91.

［8］李仲青，周澤昕，黃毅，等.數(shù)字化變電站繼電保護(hù)適應(yīng)性研究［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2011，35（5）：210－215.

［9］國網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院.變電站二次系統(tǒng)整合方案研究報(bào)告［R］.北京：國網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，2011.