對(duì)湖北建設(shè)500 k V智能變電站的思考

劉 鐵，江 淵，王 旭，韓志文

（湖北省電力公司檢修分公司，湖北 武漢430050）

國(guó)內(nèi)外都在大力開展智能電網(wǎng)（Smart Grid）的相關(guān)研究。國(guó)家電網(wǎng)公司提出了立足自主創(chuàng)新，加快建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，具有信息化、自動(dòng)化、數(shù)字化、互動(dòng)化特征的統(tǒng)一的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)。智能變電站是統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)和節(jié)點(diǎn)支撐，是必不可少的建設(shè)內(nèi)容。500 k V智能變電站是主網(wǎng)架建設(shè)的重要一環(huán)，對(duì)其進(jìn)行智能化升級(jí)改造，可以降低運(yùn)維成本，優(yōu)化資源配置，提升運(yùn)行指標(biāo)。

1 智能變電站體系結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

目前在國(guó)內(nèi)變電環(huán)節(jié)有常規(guī)變電站和數(shù)字化變電站兩大模式。常規(guī)變電站存在廠站設(shè)計(jì)調(diào)試復(fù)雜、互操作性差、采集資源重復(fù)、存在多套系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范化不足等問(wèn)題；數(shù)字化變電站存在過(guò)程層設(shè)備穩(wěn)定性和可靠性有待驗(yàn)證、缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、缺乏相關(guān)評(píng)估體系和手段等問(wèn)題。所有這些問(wèn)題影響了變電站生產(chǎn)運(yùn)行的效率，不利于電網(wǎng)安全運(yùn)行水平進(jìn)一步提高。在此前提下，智能變電站應(yīng)運(yùn)而生。智能變電站是變電站自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展的新階段。

《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》（以下簡(jiǎn)稱《導(dǎo)則》）給出的智能變電站（s mart substation）定義為：采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動(dòng)完成信息采集、測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測(cè)等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)功能的變電站?！秾?dǎo)則》將智能變電站體系分為過(guò)程層、間隔層和站控層三個(gè)層次。

與綜自變電站相比，數(shù)字化變電站采用變電站自動(dòng)化IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)用光電互感器取代常規(guī)電磁型互感器，用光纜取代二次電纜，并為一次設(shè)備增加智能接口單元使之具有智能化特征。與數(shù)字化變電站相比，智能變電站在實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備智能化、全站信息數(shù)字化和共享化、支撐智能電網(wǎng)建設(shè)、站內(nèi)狀態(tài)估計(jì)、設(shè)備狀態(tài)可視化、智能告警分析決策等高級(jí)應(yīng)用方面有更高的要求。智能變電站并不要求高度數(shù)字化，例如采用電子式互感器、具備數(shù)字化接口的開關(guān)；基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)通信是它與數(shù)字化變電站的最大共同點(diǎn)。可見，數(shù)字化變電站技術(shù)則是智能變電站發(fā)展的基礎(chǔ)，智能變電站是變電站整體技術(shù)的跨越。

2 湖北500 k V智能變電站發(fā)展規(guī)劃

湖北是我國(guó)第一座500 k V變電站（鳳凰山變電站）的發(fā)源地，擁有長(zhǎng)期的500 k V變電站運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)前也是全國(guó)500 k V變電站最多的省份之一（截至2013年1月，全省運(yùn)維著26座500 k V變電站、開關(guān)站和換流站）。在國(guó)家電網(wǎng)公司建設(shè)智能電網(wǎng)的大背景下，積極開展500 k V智能變電站相關(guān)研究，對(duì)湖北電網(wǎng)的發(fā)展具有重要意義。

《湖北電網(wǎng)智能化規(guī)劃》中對(duì)500 k V智能變電站的規(guī)劃分為三個(gè)階段：

第一階段：規(guī)劃試點(diǎn)階段（2009－2010年）：

此階段沒(méi)有500 k V智能變電站建設(shè)計(jì)劃，但是會(huì)完成應(yīng)城220 k V智能變電站新建試點(diǎn)和魯巷110 k V變電站智能化改造試點(diǎn)，可從這些試點(diǎn)中探索500k V智能變電站的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。

第二階段：全面建設(shè)階段（2011－2015年）

結(jié)合湖北“十二五”電網(wǎng)規(guī)劃，從2012年開始，新建500 k V智能化站4座，改造在運(yùn)500 k V變電站4座。

第三階段：引領(lǐng)提升階段（2016－2020年）

新建500 k V智能化站10座，改造在運(yùn)500 k V變電站9座。

3 湖北500k V智能變電站建設(shè)展望

智能變電站是智能電網(wǎng)的基本環(huán)節(jié)。目前湖北電網(wǎng)500 k V變電站尚不能完全滿足智能電網(wǎng)發(fā)展的要求，需要積極進(jìn)行500 k V智能變電站的新建試點(diǎn)，以積累相關(guān)的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維管理經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)還應(yīng)積極研究常規(guī)變電站的智能化改造，以全面推進(jìn)湖北500 k V智能變電站建設(shè)工作。

（1）500 k V智能變電站的新建

2013年即將投運(yùn)的柏泉變電站將是華中地區(qū)第一座新建的500 k V智能變電站。新建500 k V智能變電站時(shí)，湖北應(yīng)在安全可靠的基礎(chǔ)上采用技術(shù)先進(jìn)的智能一次設(shè)備、智能二次設(shè)備及電子式互感器，建立一個(gè)“三層兩網(wǎng)”的結(jié)構(gòu)體系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸處理的數(shù)字化、共享化；而且可以考慮建立統(tǒng)一的在線監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)，對(duì)關(guān)鍵設(shè)備實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修，提高檢修效率；同時(shí)，在技術(shù)允許的條件下應(yīng)優(yōu)化設(shè)備配置，實(shí)現(xiàn)功能的集成整合，對(duì)于現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)條件不滿足的高級(jí)應(yīng)用功能，應(yīng)預(yù)留其遠(yuǎn)景功能接口。

在技術(shù)細(xì)節(jié)上，新建500 k V智能變電站應(yīng)具備綜合分析設(shè)備狀態(tài)的功能，和將分析結(jié)果與其他相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行信息交互的能力，并逐步提高自診斷的快速性和準(zhǔn)確性，擴(kuò)展設(shè)備的自診斷范圍。智能組件可根據(jù)實(shí)際需要靈活配置，但需滿足控制網(wǎng)絡(luò)化、狀態(tài)可視化和測(cè)量數(shù)字化的基本功能，在滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，智能組件可集成保護(hù)、計(jì)量等功能。500 k V智能變電站的繼電保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)遵循雙重化配置原則，采用電子式互感器時(shí)，應(yīng)針對(duì)電子式互感器的特點(diǎn)，優(yōu)化相關(guān)的繼電保護(hù)算法，提高保護(hù)性能。

（2）500k V常規(guī)變電站的智能化改造

由于湖北當(dāng)前還沒(méi)有500 k V數(shù)字化變電站，所運(yùn)營(yíng)的21所500 k V交流變電站均為常規(guī)變電站，所以常規(guī)變電站的智能化改造將是湖北500 k V智能變電站發(fā)展的必經(jīng)之路。通過(guò)改造力求實(shí)現(xiàn)一次主設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)，信息傳輸網(wǎng)絡(luò)化，信息建模標(biāo)準(zhǔn)化，高級(jí)功能和輔助系統(tǒng)智能化。

常規(guī)變電站典型結(jié)構(gòu)見圖1。通常采用二次電纜連接一次設(shè)備與保護(hù)、計(jì)量、測(cè)控、錄波等二次設(shè)備。保護(hù)動(dòng)作信號(hào)通過(guò)電纜傳輸?shù)綔y(cè)控、錄波裝置。測(cè)控裝置直接連接站內(nèi)局域網(wǎng)，保護(hù)、計(jì)量等裝置一般通過(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置集中聯(lián)網(wǎng)，保護(hù)、錄波器連接到故障信息子站。子站、遠(yuǎn)動(dòng)、電量采集分別通過(guò)專用通道與各自管理部門直連。

對(duì)于常規(guī)500 k V變電站的智能化改造，可加裝具備模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的合并單元，或更換常規(guī)互感器為電子式互感器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集數(shù)字化；根據(jù)一次設(shè)備的具體情況，加裝外置式的智能組件，實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)類設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化控制；針對(duì)變壓器、斷路器等重要一次設(shè)備，加裝智能在線監(jiān)測(cè)單元。無(wú)論是過(guò)程層的改造，還是間隔層與站控層改造中涉及到一次設(shè)備控制和繼電保護(hù)系統(tǒng)的情況，都必須嚴(yán)格制定改造計(jì)劃和方案，做好安全措施和事故預(yù)案，保證過(guò)渡階段自動(dòng)化系統(tǒng)安全運(yùn)行，“不得因智能化改造使變電站的安全可靠水平下降”。

圖1 常規(guī)變電站典型結(jié)構(gòu)

常規(guī)變電站改造后典型結(jié)構(gòu)見圖2。現(xiàn)有過(guò)程層與間隔層之間通過(guò)回路電纜或直連光纜直接采樣、直接測(cè)量、直接控制、直接跳閘等方式不予改造；間隔層設(shè)備采用DL／T 860標(biāo)準(zhǔn)直接聯(lián)網(wǎng)與站控層通信；站控層采用一體化平臺(tái)與電力數(shù)據(jù)網(wǎng)相連。

圖2 常規(guī)變電站智能化改造后典型結(jié)構(gòu)

（3）高級(jí)應(yīng)用和信息系統(tǒng)的建設(shè)

500 k V智能變電站高級(jí)應(yīng)用方面，應(yīng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)可視化、狀態(tài)檢修、故障信息綜合分析決策、順序控制及與外界其他系統(tǒng)互動(dòng)等功能，有效減少運(yùn)行維護(hù)成本、提高系統(tǒng)和設(shè)備運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。其中，500 k V智能變電站中的變壓器、斷路器等主設(shè)備的設(shè)備狀態(tài)應(yīng)接入系統(tǒng)，以便隨時(shí)監(jiān)視，為今后實(shí)現(xiàn)變電站全壽命周期管理提供必要的數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐；在故障或發(fā)生電力系統(tǒng)事故的情況下，系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)各類信息，自動(dòng)提供事故分析報(bào)告并給出事故處理預(yù)案，以便迅速判定事故原因并采取相應(yīng)措施。此外，500 k V智能變電站應(yīng)構(gòu)建一體化的信息系統(tǒng)，對(duì)所有輔助系統(tǒng)進(jìn)行智能化整合，作為所有輔助系統(tǒng)的集成，高級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)各輔助系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)，統(tǒng)一報(bào)警界面等功能。

4 當(dāng)前需要開展的研究方向

當(dāng)前湖北500 k V智能變電站建設(shè)中比較突出的問(wèn)題有：

（1）500 k V智能變電站試點(diǎn)工作開展較慢；（2）所采用的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備制造商大都關(guān)注于自動(dòng)化系統(tǒng)本身，對(duì)變電站綜合應(yīng)用及與電網(wǎng)互動(dòng)的高級(jí)應(yīng)用考慮較少甚至沒(méi)有考慮；（3）標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)相對(duì)滯后，不能滿足500 k V智能變電站的發(fā)展要求。

在此情況下，湖北應(yīng)積極調(diào)研全國(guó)500 k V智能變電站項(xiàng)目的建設(shè)情況，結(jié)合湖北柏泉500 k V智能變電站的新建，以及前期應(yīng)城500 k V智能變電站新建和110 k V魯巷變電站智能化改造試點(diǎn)等項(xiàng)目的建設(shè)，組織力量進(jìn)行500 k V智能變電站的相關(guān)研究。研究方向應(yīng)著重體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

（1）智能設(shè)備應(yīng)用研究。采用滿足國(guó)家電網(wǎng)公司《高壓設(shè)備智能化技術(shù)導(dǎo)則》要求的外置式智能組件、控制器等智能化裝置和設(shè)備，對(duì)500 k V變電站的電力變壓器、GIS、斷路器、隔離開關(guān)、避雷器等設(shè)備進(jìn)行智能化改造試點(diǎn)；完成測(cè)控一體化、繼電保護(hù)等相應(yīng)二次設(shè)備的應(yīng)用及評(píng)估。

（2）變電設(shè)備高級(jí)智能應(yīng)用的研究。與相關(guān)設(shè)備供應(yīng)商積極合作，針對(duì)已有的500 k V變電設(shè)備開展智能應(yīng)用研究，開發(fā)滿足自身需要的各類高級(jí)智能應(yīng)用。同時(shí)主動(dòng)吸收和引進(jìn)國(guó)內(nèi)外最新研究成果，進(jìn)行各類最新的高級(jí)智能應(yīng)用在500 k V變電站中試點(diǎn)運(yùn)用的探討。

（3）500 k V智能變電站運(yùn)維模式研究。通過(guò)開展設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和全壽命周期管理體系研究，初步建立適應(yīng)智能電網(wǎng)的設(shè)備狀態(tài)檢修體系，結(jié)合調(diào)控一體化，探索變電設(shè)備運(yùn)行維護(hù)的集約化管理。

（4）智能化設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系研究。制定標(biāo)準(zhǔn)以支持變電站設(shè)備狀態(tài)檢修、運(yùn)行狀態(tài)自適應(yīng)、實(shí)時(shí)全景監(jiān)測(cè)、自動(dòng)運(yùn)行控制、智能分析決策等功能實(shí)現(xiàn)。開展智能化設(shè)備通信與控制、傳感器接口、智能組件技術(shù)指標(biāo)及檢驗(yàn)要求等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究。

5 結(jié) 語(yǔ)

智能變電站作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，是智能電網(wǎng)底層支撐的關(guān)鍵點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)和前提。目前，500 k V智能變電站的研究與建設(shè)工作正進(jìn)入全面建設(shè)的階段，在湖北建設(shè)500 k V智能變電站，一定要結(jié)合自身特點(diǎn)，在一些具有發(fā)展優(yōu)勢(shì)的領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新性研究，以體現(xiàn)湖北自己的特色。按照三個(gè)階段的戰(zhàn)略設(shè)想，可以預(yù)見在不久的將來(lái)，湖北500 k V變電站將邁上新一級(jí)的技術(shù)臺(tái)階，不僅實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站主要設(shè)備狀態(tài)量的可視化和程序化操作，擁有支撐設(shè)備實(shí)時(shí)評(píng)估與決策、智能表計(jì)、故障信息集中管理等功能；而且具備設(shè)備信息和運(yùn)行維護(hù)策略與電力調(diào)度全面互動(dòng)的接口條件，滿足無(wú)人值班及區(qū)域集中監(jiān)控管理模式的要求；同時(shí)還將形成智能變電站風(fēng)險(xiǎn)控制檢修體系，優(yōu)化設(shè)備檢修模式，滿足智能變電站內(nèi)設(shè)備全壽命周期管理的要求。

［1］ 劉振亞.國(guó)家電網(wǎng)公司2009年年中會(huì)議上的講話［Z］.國(guó)家電網(wǎng)報(bào)，2009－07－21.

［2］ 張文亮，劉壯志，王明俊，等.智能電網(wǎng)的研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2009，33（13）：10－11.

［3］ 湖北省電力公司.湖北電網(wǎng)智能化規(guī)劃［R］.2010.

［4］ Q／GDW 383－2009，智能變電站技術(shù)導(dǎo)則［S］.

［5］ Q／GDW Z 410－2010，高壓設(shè)備智能化技術(shù)導(dǎo)則［S］.

［6］ Q／GDW Z 414－2010，變電站智能化改造技術(shù)規(guī)范［S］.