常規(guī)變電站智能化改造探討

嚴(yán)俊波

摘 要：智能變電站在智能電網(wǎng)的建設(shè)中具有舉足輕重的作用。文章結(jié)合宜昌110kV西陵變電站相關(guān)內(nèi)容，探討了常規(guī)變電站智能化改造方案，分析智能變電站改造中存在的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：常規(guī)變電站；智能化；改造；問(wèn)題

引言

變電站擁有大量的變電一次和二次設(shè)備，用以切斷或接通電流、改變或者調(diào)整電壓，在電力系統(tǒng)中，變電站是輸電和配電的集結(jié)點(diǎn)，因此，建設(shè)智能電網(wǎng)的重中之重就是要投入大量的智能化變電站，其主要作用就是為電網(wǎng)提供標(biāo)準(zhǔn)的、可靠的節(jié)點(diǎn)支撐。象調(diào)節(jié)器一樣，隨著負(fù)荷的變化來(lái)自動(dòng)增加或減少電量的供應(yīng)，確保節(jié)省能源。智能化變電站的建設(shè)應(yīng)以先進(jìn)的信息化、自動(dòng)化技術(shù)為基礎(chǔ)，滿(mǎn)足電網(wǎng)出現(xiàn)的各種變化要求，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全、可靠、靈活和資源優(yōu)化配置的目標(biāo)。宜昌電網(wǎng)目前有220kV變電站19座，110kV變電站56座，對(duì)這些常規(guī)變電站進(jìn)行智能化改造是建設(shè)智能電網(wǎng)的必要措施。

1 智能變電站概念

采取先進(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)化為根本要求，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)電網(wǎng)運(yùn)行需要達(dá)到實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線(xiàn)分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)功能，具有高度的模型化、標(biāo)準(zhǔn)化和信息化的特點(diǎn)。它由智能化一次設(shè)備（電子式互感器、智能化開(kāi)關(guān)等）和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備分層（過(guò)程層、間隔層、站控層）構(gòu)建，建立在IEC61850標(biāo)準(zhǔn)和通信規(guī)范基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)變電站運(yùn)行操作自動(dòng)化、變電站信息共享化、變電站分區(qū)統(tǒng)一管理、利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能化電網(wǎng)調(diào)度和控制的基礎(chǔ)單元。

2 常規(guī)變電站智能化改造方案

2.1 方案一

在現(xiàn)役變電站中，因?yàn)闅v史原因有不同的廠(chǎng)家，不同的設(shè)備型號(hào)，為了保證不同型號(hào)設(shè)備之間的互聯(lián)和操作，達(dá)到過(guò)程層和間隔層真正實(shí)現(xiàn)IEC 61850的目的，通常常規(guī)設(shè)備被運(yùn)用在過(guò)程層中，間隔層設(shè)備采用電纜硬接線(xiàn)聯(lián)結(jié)方式接入相應(yīng)一次設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用冗余總線(xiàn)型。

間隔層測(cè)控和保護(hù)裝置采用IEC 61850與監(jiān)控后臺(tái)、遠(yuǎn)動(dòng)工作站通信，為了達(dá)到問(wèn)隔層聯(lián)鎖功能，間隔層裝置間的信息交互通過(guò)G00SE來(lái)完成。本方案實(shí)現(xiàn)IEC 61850僅僅在變電站過(guò)程層和間隔層之間，因只是在通信層面作文章，所以綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的變電站只要對(duì)軟件進(jìn)行升級(jí)就行了，變電站智能化改造時(shí)改動(dòng)不會(huì)太大。方案的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)用性和可操作性都較強(qiáng)，當(dāng)前技術(shù)又比較成熟，安全可靠性也高。在宜昌供電公司現(xiàn)役的變電站中具有推廣性，有利于常規(guī)老站的改造。本方案使不同廠(chǎng)家的變電站過(guò)程層和間隔層設(shè)備互聯(lián)、互操作成為可能，實(shí)現(xiàn)了變電站的信息共享。但缺點(diǎn)是過(guò)程層原有的設(shè)備仍然大量運(yùn)用，所以需要大量的二次電纜來(lái)連接設(shè)備。

2.2 方案二

方案二如果不想動(dòng)一次設(shè)備，只是對(duì)設(shè)備本體或附近加裝模擬式輸入合并單元和智能控制單元完成過(guò)程層設(shè)備的智能化；全部取消了間隔層設(shè)備模擬輸入、開(kāi)入和開(kāi)出，僅通過(guò)通信與合并單元、按照G00SE與智能控制單元連接；間隔層、過(guò)程層間完系統(tǒng)采用雙星型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

全部通過(guò)數(shù)字化連接，取消了大量點(diǎn)對(duì)點(diǎn)硬接線(xiàn)連接。常規(guī)PT、CT和一次設(shè)備與間隔層設(shè)備相連通過(guò)模擬式輸入合并單元和智能控制單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。充分運(yùn)用數(shù)字化變電站的理念和技術(shù)，從而達(dá)到更新?lián)Q代的目的。這符合當(dāng)前變電站的發(fā)展要求和水平，特別適用一些運(yùn)行二十年左右的老站。本方案主要優(yōu)點(diǎn)是：無(wú)須更換一次設(shè)備，資金投入小，易于大范圍進(jìn)行改造。即便將來(lái)升級(jí)，只需將數(shù)字式輸入合并單元替換掉原有的模擬式輸入就行了，其他設(shè)備無(wú)需更換，變電站數(shù)字化水平較高。但缺點(diǎn)是由于仍采用常規(guī)的PT、CT，互感器磁飽和和鐵磁諧振問(wèn)題無(wú)法解決，一次和二次設(shè)備電氣無(wú)法達(dá)不到理想的隔離；常規(guī)斷路器的智能監(jiān)視和控制功能還遠(yuǎn)未達(dá)到要求，通過(guò)智能控制單元與間隔層設(shè)備相聯(lián)，僅僅是實(shí)現(xiàn)了信號(hào)遠(yuǎn)傳和開(kāi)關(guān)的遠(yuǎn)控功能。

2.3 方案三

方案三把數(shù)字化技術(shù)運(yùn)用到變電站各層。下大力氣更換過(guò)程層中一次設(shè)備（如互感器更換成非常規(guī)性），對(duì)測(cè)量、監(jiān)視和控制裝置全部實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化。

與方案一、方案二不同的是，因?yàn)樾率交ジ衅鞯膽?yīng)用，一二次側(cè)物理隔離完全實(shí)現(xiàn)了，大大提高了裝置的可靠性和安全性，根除了常規(guī)互感器存在的問(wèn)題，動(dòng)態(tài)余度增大，測(cè)量精度提高了；智能斷路器真正實(shí)現(xiàn)了一次設(shè)備的智能監(jiān)視和智能控制，設(shè)備故障率和誤動(dòng)率下降，電網(wǎng)變得更堅(jiān)強(qiáng)了，狀態(tài)檢修也更方便，因?yàn)樽冸娬径坞娎|驟降，系統(tǒng)電磁兼容性能提高，設(shè)備占地面積減少，建設(shè)成本也相繼降低；最大限度地實(shí)現(xiàn)了信息共享和系統(tǒng)集成，是今后智能化變電站的最終發(fā)展方向。

3 智能變電站改造存在的問(wèn)題

3.1 智能化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的研究正在從一次設(shè)備到二次設(shè)備全面發(fā)展。目前研究的關(guān)鍵集中在一次設(shè)備方面，諸如智能化斷路器、非常規(guī)互感器、狀態(tài)檢測(cè)等技術(shù)與設(shè)備的研究與開(kāi)發(fā)。其中主要存在的問(wèn)題包括：研究開(kāi)發(fā)過(guò)程中不同專(zhuān)業(yè)協(xié)作需要加強(qiáng)。

3.2 電力系統(tǒng)能否安全穩(wěn)定運(yùn)行取決于繼電保護(hù)裝置的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。繼電保護(hù)裝置在采集相關(guān)數(shù)據(jù)時(shí)，必須要保證數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和采集的速度，但保護(hù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集速率（每秒為600 1000點(diǎn)）與監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集速率（每秒1點(diǎn)）兩者相差太大，且一個(gè)要波形的變化量和瞬時(shí)值，一個(gè)要有效值。要想解決這個(gè)問(wèn)題，就得增加一個(gè)專(zhuān)門(mén)處理速率不相同的采集系統(tǒng)，這樣做實(shí)際意義不太，也很難做得到這一點(diǎn)。

3.3 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中的模型不全面、定義不明確及國(guó)內(nèi)廠(chǎng)家在邏輯節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展中存在差異；變電站事故自動(dòng)處理分析等高級(jí)應(yīng)用方面還沒(méi)有重大突破?，F(xiàn)階段智能化變電站技術(shù)應(yīng)用存在的問(wèn)題和難點(diǎn)主要包括：缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，試驗(yàn)設(shè)備、檢測(cè)方法、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程還是薄弱環(huán)節(jié)；建設(shè)模式存在較大差異；信息標(biāo)準(zhǔn)模型需要細(xì)化；一次設(shè)備智能化進(jìn)程進(jìn)展緩慢；產(chǎn)品檢測(cè)手段不足、配套的評(píng)估體系及方法不具備等。

4 結(jié)束語(yǔ)

宜昌110kV西陵變電站今年即將進(jìn)行智能化變電站改造，該站PT/CT仍采用傳統(tǒng)的PT/CT，而不采用電子式互感器，但其輸出通過(guò)合并單元進(jìn)行智能化。并將110kV合并單元、110kV智能終端安裝在戶(hù)外柜內(nèi)，110kV主變保護(hù)及測(cè)控、線(xiàn)路保護(hù)及測(cè)控、公用保護(hù)及測(cè)控單元集中安裝在主控制室。10kV部分采用合并單元、智能終端、保護(hù)、測(cè)控一體化單元，就地安裝在10kV開(kāi)關(guān)柜內(nèi)。智能化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)是嶄新的、通信網(wǎng)絡(luò)化、功能集成化、分布式的保護(hù)與控制系統(tǒng)，它除能夠完成現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的保護(hù)、監(jiān)控等功能外，還能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)信息分層、分流交換自動(dòng)化，能真正實(shí)現(xiàn)信息資源的共享，和上級(jí)系統(tǒng)及下級(jí)系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)。智能化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)一旦真正實(shí)現(xiàn)，必將進(jìn)一步推動(dòng)智能電網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展，提高智能電網(wǎng)的運(yùn)行管理水平。

參考文獻(xiàn)

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