330 kV常規(guī)變電站智能化改造方案及關(guān)鍵技術(shù)研究

劉冬

（國網(wǎng)陜西省電力公司檢修公司 陜西 西安710065）

近幾年來隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷加速，國家電網(wǎng)公司相繼發(fā)布了 《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》、《變電站智能化改造技術(shù)規(guī)范》等一系列標準[1-2]。智能變電站相關(guān)的電網(wǎng)技術(shù)，電力設(shè)備制造水平有了飛速的發(fā)展，但面對數(shù)量龐大的常規(guī)非智能變電站，如何進行智能化改造成為智能化電網(wǎng)發(fā)展必須克服的難題。本文以國家電網(wǎng)公司相關(guān)導(dǎo)則和規(guī)范為依據(jù)，結(jié)合電力企業(yè)運行、維護需求，對330kV常規(guī)變電站智能化改造方案展開了研究與探索。

1 330 kV常規(guī)變電站現(xiàn)狀

在中國西北地區(qū)，330 kV變電站通常都是樞紐變電站。目前，大部分330 kV變電站已實現(xiàn)了綜合自動化，即采用計算機監(jiān)控系統(tǒng)和微機化繼電保護裝置，但部分常規(guī)站仍然存在無效信號多、監(jiān)控困難，采集資源重復(fù)、系統(tǒng)多源、設(shè)備安裝調(diào)試周期長、設(shè)備互操作性差、人機界面不友好、標準化和規(guī)范化不強等問題。這些都影響了變電站生產(chǎn)運行的效率，不利于電網(wǎng)安全運行水平的進一步提高。

隨著近些年來計算機技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及新型傳感器等技術(shù)的飛速發(fā)展，變電站自動化系統(tǒng)覆蓋的范圍有了極大的擴展，大量的新技術(shù)、新應(yīng)用，使變電站中應(yīng)用系統(tǒng)日益增多。這些新技術(shù)、新應(yīng)用大部分是根據(jù)各自的需求和理解實現(xiàn)的，造成各子系統(tǒng)之間缺乏聯(lián)系和協(xié)同，自成體系，通信接口不一致，信息共享度差，后期維護工作高度依賴廠家。

2 常規(guī)變電站智能化改造的原則

常規(guī)變電站在智能化改造時要以變電站一、二次設(shè)備為數(shù)字化對象，以高效的通訊平臺為基礎(chǔ)，通過標準化數(shù)字化信息，實現(xiàn)不同架構(gòu)下的信息共享和互操作。并以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)測量監(jiān)視、控制保護、信息管理等自動化功能。最終實現(xiàn)智能變電站的重要特征：一次設(shè)備智能化、全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標準化、高級應(yīng)用互動化［4］。

1）常規(guī)變電站智能化改造時，要全面掌握各種新技術(shù)和新設(shè)備的運行風險，在實踐中將常規(guī)變電站自動化和繼電保護技術(shù)等平移到智能化變電站中，在確保安全可靠的前提下充分發(fā)揮IEC61850國際標準的優(yōu)勢，必須能靈活、快捷地適應(yīng)新標準新技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)異構(gòu)信息的有效融合。

2）變電站智能化改造時，要盡量避免設(shè)備的重復(fù)設(shè)置，實現(xiàn)功能、信息和資源的整合和優(yōu)化。

3）變電站智能化改造時，要根據(jù)工程的實際情況來制定科學合理的改造方案，并采用逐步漸進的思路進行試點，有計劃地采取從中低壓到高壓逐步試點的風險控制措施，確保變電站日后的高效穩(wěn)定運行。

4）變電站智能化改造時，一次設(shè)備的設(shè)計要考慮智能化原則，通過配備相應(yīng)的智能單元和實現(xiàn)就地數(shù)字化來降低誤差率；二次網(wǎng)絡(luò)的改造要考慮可靠性原則，采用必要的備份并使用恰當?shù)耐ㄓ嵎绞健?/p>

3 330kV變電站智能化改造的方案

3.1 改造工程介紹

本文以南郊330 kV變電站為例來研究其智能化改造的方案。該330 kV變電站有240 MVA主變3臺，電壓等級為330 kV、110 kV、35 kV， 運行 330 kV線路 6條、110 kV線路16條、35 kV無功補償設(shè)備3組，年轉(zhuǎn)供電量約30億 kw·h。

3.2 智能化改造的方案需求

依據(jù)國家電網(wǎng)公司《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》相關(guān)內(nèi)容和要求，330 kV南郊變電站智能化改造需對一次主設(shè)備和二次設(shè)備、自動化、信息通信類設(shè)備、輔助類設(shè)備進行智能化改造，主要滿足以下需求。

1）主設(shè)備實現(xiàn)智能化：安裝變壓器、高壓斷路器在線監(jiān)測裝置，并開發(fā)智能組件，實現(xiàn)高壓場就地布置；安裝35 kV智能組合開關(guān)；研發(fā)、安裝全站避雷器在線監(jiān)測裝置。為狀態(tài)檢修、輸變電狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)服務(wù)。

2）建設(shè)完成標準統(tǒng)一的通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化平臺：供各子系統(tǒng)進行統(tǒng)一、標準化、規(guī)范化的數(shù)據(jù)存取訪問及向調(diào)度系統(tǒng)進行上送。實現(xiàn)全站信息統(tǒng)一建模、統(tǒng)一標準、縱向貫通、橫向集成、功能互濟[3]。

3）輔助系統(tǒng)智能化：實現(xiàn)電子圍欄、空調(diào)、門禁、火警、積水、戶外柜溫濕度、煙感、溫感等輔助系統(tǒng)智能監(jiān)控。為智能化的運行巡視、無人值班提供基礎(chǔ)。

3.3 智能化改造的方案

針對常規(guī)變電站目前一次設(shè)備技術(shù)和二次設(shè)備技術(shù)融合比較困難的現(xiàn)狀，根據(jù)智能化改造的方案需求。南郊330 kV變電站智能化改造方案采用“三層兩網(wǎng)”的分層設(shè)計思路，三層分別是指站控層、間隔層和過程層，兩網(wǎng)分別是指的是過程層網(wǎng)絡(luò)和站控層網(wǎng)絡(luò)。

3.4 智能化改造方案的實施及技術(shù)

3.4.1 一次設(shè)備智能化改造的實施

對常規(guī)變電站一次設(shè)備進行智能化改造時，首先是確保實現(xiàn)數(shù)字化，減少模擬量的傳輸。在設(shè)備的改造具體方案設(shè)計中，作為替代傳統(tǒng)電流互感器和電壓互感器設(shè)備部分選用電子式電壓互感器、電子式電流互感器和電子式電流電壓互感器。

具體說來，采用電子式互感器+合并單元組件來替代原來的電磁式互感器+現(xiàn)場端子箱。電子式互感器和合并單元組件的配置原則是：當電子式互感器或合并單元發(fā)生問題時，不會導(dǎo)致保護的誤動或拒動。

330 kV設(shè)備對已達設(shè)計使用壽命的柱式開關(guān)及刀閘進行更換，更換為滿足智能化要求的設(shè)備，并對主變等設(shè)備進行智能化改造，安裝智能組件單元。

110 kV和35 kV受設(shè)備運行壽命和整體改造難度的限制，采用整體更換的方案，更換為滿足智能化要求的GIS氣體絕緣全封閉組合電器，并采用相應(yīng)的電子式電壓互感器、電子式電流互感器和電子式電流電壓互感器。

3.4.2 一次設(shè)備智能化技術(shù)解析

3.4.2.1 變壓器智能組件技術(shù)

變壓器智能組件采用主、子智能電子設(shè)備（IED）方式進行設(shè)備狀態(tài)信息的采集和處理。主IED安置在一次設(shè)備附近的智能匯控柜中，其功能相當于前置服務(wù)器，其主要任務(wù)是根據(jù)各智能監(jiān)測組件的監(jiān)測數(shù)據(jù)和結(jié)果對一次設(shè)備進行綜合故障診斷和狀態(tài)評估。子IED負責匯總分項傳感單元上傳的監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、初步處理和判斷，其數(shù)據(jù)可供主IED使用也可直接供站控層子系統(tǒng)訪問。

3.4.2.2 開關(guān)設(shè)備智能組件技術(shù)

開關(guān)設(shè)備智能組件采用保護、測控、狀態(tài)監(jiān)測、計量、合并單元、智能終端一體化技術(shù)，實現(xiàn)開關(guān)設(shè)備的間隔內(nèi)保護、測控、互感器采樣值傳輸及跨間隔控制等功能，其結(jié)構(gòu)見圖1。智能組件安裝在傳統(tǒng)開關(guān)設(shè)備附近或本體機構(gòu)箱內(nèi)，通過專用電纜或光纜與開關(guān)設(shè)備二次機構(gòu)或傳感器連接。智能組件對外只需要接入交直流電源，通過光纜分別接入變電站站控層（站控層設(shè)備訪問）和過程層網(wǎng)絡(luò)（供跨間隔保護、錄波、計量等設(shè)備信息交互）。

圖1 開關(guān)設(shè)備智能組件機構(gòu)框圖Fig.1 High voltage circuit breaker Intelligent component of organization chart

3.4.3 二次微機保護智能化改造的實施

綜合南郊變電站的實際情況，330 kV部分仍然采用測控和保護裝置分開配置，主變部分采用測控和保護分開配置，110 kV和35 kV部分因設(shè)備全部更換采用測控和保護裝置整體配置，圖2為二次微機保護智能化改造后的結(jié)構(gòu)圖。

圖2 微機保護智能化改造后結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Microcomputer relay protection device graph structure of intelligent transformation

3.4.4 通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化改造的實施

經(jīng)過智能化改造的各個電壓等級設(shè)備，其智能控制柜中需布置光纖配線架，用于和設(shè)備本體的光纖網(wǎng)線架和間隔層的光纖配線架相連接；智能控制柜布置航空插頭接口模式，設(shè)備本體和智能控制柜全部通過航空插頭來進行插接。在選擇網(wǎng)絡(luò)通信速率時，需綜合考慮到現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)流量和骨干網(wǎng)絡(luò)的狀況；在設(shè)計交換機配置方案時，根據(jù)IEC61850標準的相關(guān)要求，對過程層通信網(wǎng)絡(luò)采用了面向間隔、功能、位置和單一總線等4種方案。

3.4.5 輔助系統(tǒng)的智能化

根據(jù)IEC61850標準的相關(guān)要求，通過廠商設(shè)備的擴展接口實現(xiàn)電子圍欄、空調(diào)、門禁、火警、積水、戶外柜溫濕度、煙感、溫感等輔助系統(tǒng)信號量的標準化傳輸，實現(xiàn)智能監(jiān)控。為智能化的運行巡視、無人值班提供基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

相較于常規(guī)330 kV變電站，智能化變電站大幅度提高了通信系統(tǒng)的性能，提升了計量、保護和測量系統(tǒng)的精度，提高了變電站的整體安全運行水平;在線監(jiān)測設(shè)備的大量使用，智能化組件的運用減少了運行人員的工作量，并提升了檢修效率，降低了生產(chǎn)成本；因此對常規(guī)變電站進行智能化改造具有十分重要的現(xiàn)實意義。

［1］Q/GDW 383-2009智能變電站技術(shù)導(dǎo)則［S］.北京：國家電網(wǎng)公司，2009.

［2］Q/GDWZ414-2010變電站智能化改造技規(guī)范［S］.北京：國家電網(wǎng)公司，2010.

［3］國家電網(wǎng)公司.“十二五”電網(wǎng)智能化規(guī)劃報告［R］.北京：國家電網(wǎng)公司，2010。

［4］張維,陳磊.智能變電站一次設(shè)備智能化 [J].經(jīng)營管理者，2011（23）：428-429.ZHANG Wei,CHEN Lei.Intelligent substation intelligent primary equipment[J].management,2011(23):428-429

［5]馬飛.數(shù)字化變電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)[J].電工技術(shù)，2010(5)：32-33.MA Fei.Digital substation equipment condition monitoring system[J].Electric Technology,2010(5):32-33.

［6］劉曦,戴瑞海,陳磊.110 kV常規(guī)變電站智能化改造模式的探討 [J].浙江電力，2012(1)：14-17,27.LIU Xi,DAI Rui-hai,CHEN Lei.110kV conventional substation intelligent transformationmode of[J].Zhejiang Electric Power,2012(1):14-17,27.

[7]Ingram M,Ehlers R.Toward effective substation automation[J].Power and Energy Magazine,IEEE.2007,5(3):67-73.