智能化在變電站的作用

苗斌

（國(guó)家新聞出版廣電總局七二五臺(tái)，山西晉中 031308）

智能化在變電站的作用

苗斌

（國(guó)家新聞出版廣電總局七二五臺(tái)，山西晉中 031308）

目前，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)在改革開(kāi)放的大浪潮之下得到了快速的發(fā)展，但是在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)也出現(xiàn)了在使用過(guò)程中能源短缺的問(wèn)題。通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、智能化技術(shù)的進(jìn)步，智能電網(wǎng)的產(chǎn)生能夠促進(jìn)我國(guó)可再生能源的發(fā)展、實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)的核心。目前，隨著我國(guó)智能化電網(wǎng)技術(shù)的逐步發(fā)展，我國(guó)有希望成為繼美國(guó)之后世界上第二個(gè)將智能電網(wǎng)上升為國(guó)家戰(zhàn)略的國(guó)家。

智能化 變電站 智能化電網(wǎng)

智能化的變電站要求在功能上能夠滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能、MCC、變電站輔助量和傳統(tǒng)以及新報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)，在增加了豐富的數(shù)據(jù)和報(bào)警通知裝置之后，能夠讓操控人員更好的掌握信息。由于傳統(tǒng)的常規(guī)變電站的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中存在難以共享信息、不具備設(shè)備之間的相互操作性、很差的系統(tǒng)擴(kuò)展性、系統(tǒng)的可靠性受到二次電纜的影響等缺點(diǎn)。在很大的程度上制約了變電站的可靠性、實(shí)時(shí)性、經(jīng)濟(jì)性等其他優(yōu)良性質(zhì)的進(jìn)一步的提高。除了智能化的變電站能夠解決傳統(tǒng)控制系統(tǒng)下變電站存在的問(wèn)題，還有就是由于大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求也使得智能化的變電站逐步走向成熟。

1 智能化在變電站中使用的意義

伴隨著智能化電網(wǎng)概念的出現(xiàn)，在建設(shè)智能化電網(wǎng)的過(guò)程中電網(wǎng)的基礎(chǔ)和支撐就是智能化變電站的建造。在現(xiàn)代的傳輸電網(wǎng)中，大部分電網(wǎng)中的大部分傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等一次設(shè)備，以及保護(hù)、測(cè)量、控制等二次設(shè)備，接安裝在變電站中。智能化變電站有著在整個(gè)智能化電網(wǎng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度六大環(huán)節(jié)中的重要的銜接地位。智能化電網(wǎng)中的變換電壓、接受和分配電能、控制電流流向和調(diào)節(jié)電壓的重要設(shè)備就是智能化的變電站，智能化的變電站是整個(gè)智能化電網(wǎng)的“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”三流的匯聚點(diǎn)，對(duì)建設(shè)真正的高品質(zhì)的智能化電網(wǎng)有著不可忽視的重要作用。

在2009年我國(guó)就開(kāi)始計(jì)劃以立足自主創(chuàng)新、以統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)為原則，建設(shè)特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的具有信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化、特征的統(tǒng)一的堅(jiān)強(qiáng)智能化電網(wǎng)。

2 變電站智能化一次設(shè)備

變電站智能化的一次設(shè)備主要指的是整個(gè)智能化變電站的數(shù)據(jù)采集和信息采集的前提設(shè)備。從目前的可研階段來(lái)看，要想實(shí)現(xiàn)變電站智能化一次設(shè)備可以通過(guò)一次設(shè)備本體和智能組兩者進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合來(lái)完成。通過(guò)在施工過(guò)程中采用統(tǒng)一的信息接口，來(lái)實(shí)現(xiàn)融狀態(tài)監(jiān)控、測(cè)控保護(hù)、信息通信等技術(shù)要求，從而使整個(gè)電網(wǎng)的電力流/信息流的一體化，業(yè)務(wù)流一體化的要求得到滿足。

2.1 GIS設(shè)備的基本概念以及特點(diǎn)

GIS全稱是Gas-Insulater Switchgear，是一個(gè)完整的9SF的一個(gè)全封閉組合電器。這種電器主要是由斷路器、母線、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、電流互感器、電壓互感器、避雷針、電纜終端或出線套管等元器件構(gòu)成，具有體積小、技術(shù)性能優(yōu)良的特點(diǎn)。組成9SF氣體的硫和氟都是非?；顫姷脑?，但是9SF氣體卻是一種無(wú)色、無(wú)臭、無(wú)毒易燃燒的惰性氣體，非常的穩(wěn)定。除此之外9SF氣體還擁有著很高的絕緣性能，在均勻的電場(chǎng)下其絕緣性能比在空氣中要高很多，隨著氣壓的增加放電電壓成正比上升，在達(dá)到一定程度后其絕緣程度與變壓油相當(dāng)。

GIS具有很多的特點(diǎn)使得其能夠在智能化變電站的智能化一次設(shè)備中得以采用，其主要的特點(diǎn)有以下幾個(gè)：其一，節(jié)省占地面積及空間，作為一種新型的器件GIS具有很好的體積能夠很好的節(jié)省使用時(shí)候的占地面積以及戰(zhàn)地空間等問(wèn)題；其二，運(yùn)行可靠性能高，由于9SF封裝電器的帶電部分封裝在了金屬外殼中，因此不會(huì)因?yàn)槭艿轿鄯x、潮濕、各種惡劣天氣的影響而導(dǎo)致短路或者接地事故的發(fā)生；其三，維護(hù)工作量小，檢修間隔時(shí)間比較長(zhǎng)，由于GIS器件的全封閉特點(diǎn)，所以能夠長(zhǎng)時(shí)間保證器件的安全性能，長(zhǎng)時(shí)間使器件工作有較長(zhǎng)的檢修時(shí)間間隔；其四，抗干擾能力較好，GIS的金屬外殼配置能夠很好的起到接地屏蔽作用，消除無(wú)線電干擾和靜電感應(yīng)，有利于高壓配置以及保證人身安全。

2.2 電子式互感器的概念及特點(diǎn)

由于傳統(tǒng)的電磁式互感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，體積龐大等缺點(diǎn)，所以在隨著電網(wǎng)電壓等級(jí)提高的過(guò)程當(dāng)中難以滿足電力系統(tǒng)安全運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的要求；在電力系統(tǒng)的測(cè)控和保護(hù)設(shè)備朝著微機(jī)化、一體化、智能化方向發(fā)展的過(guò)程中，已經(jīng)不再需要互感器發(fā)出的大功率的信號(hào)了；在電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、光纖通訊技術(shù)快速發(fā)展的過(guò)程中，新型的電子式的電流互感器，電子式的電壓互感器，電子式的電壓電流互感器已經(jīng)陸續(xù)的在各級(jí)電力系統(tǒng)中投入使用了。

電子式互感器是通過(guò)小電壓模擬量輸出或者數(shù)字信號(hào)電壓輸出為輸出方式的互感器。因?yàn)檫@種互感器中包含很多的電子器件所以稱之為電子互感器。電子互感器與傳統(tǒng)的電磁互感器相比其優(yōu)勢(shì)在于：其一，能夠精準(zhǔn)的完全隔離高低電壓，使得安全性能得到很大的提高；其二，不存在鐵磁飽和，鐵磁諧振的現(xiàn)象；其三，頻率響應(yīng)寬，頻率范圍大精度高；其四，無(wú)污染，無(wú)噪聲，節(jié)能環(huán)保；其五，適應(yīng)電網(wǎng)系統(tǒng)自動(dòng)化，數(shù)字化，智能化，網(wǎng)絡(luò)化的需求。

3 變電站智能二次系統(tǒng)

變電站的智能二次系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)整個(gè)變電站系統(tǒng)的測(cè)量，控制，保護(hù)工作。在整個(gè)二次系統(tǒng)中主要包括了：主變保護(hù)配置、測(cè)控裝置、10kV線路、接地變、母分保護(hù)、合并智能單元、集中計(jì)量裝置、遠(yuǎn)動(dòng)通信裝置、規(guī)約轉(zhuǎn)換器等裝置用來(lái)完成對(duì)整個(gè)變電站的系統(tǒng)監(jiān)控、測(cè)量、保護(hù)工作。

3.1 主變保護(hù)配置

在實(shí)際進(jìn)行變電站變壓器保護(hù)的過(guò)程中為了能夠達(dá)到能夠更好的對(duì)變壓器進(jìn)行必要的保護(hù)需要進(jìn)行雙套保護(hù)配置，主要是通過(guò)主、后備保護(hù)一體化的保護(hù)配置方式來(lái)進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的保護(hù)的。由于變電站的保護(hù)裝置采用了如上所說(shuō)的雙套保護(hù)配置，整個(gè)變電站各側(cè)的合并單元和智能終端也采用相應(yīng)的雙套配置。

在通常的110kV以及以下級(jí)別的變壓器中經(jīng)常使用UDT-531變壓器保護(hù)測(cè)控裝置。這種變壓器的保護(hù)測(cè)控裝置能夠選配非電量保護(hù)和測(cè)控功能，各種不同的接線方式的變壓器的保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)都可以通過(guò)這種變壓器的保護(hù)測(cè)控裝置得到實(shí)現(xiàn)。UDT-531采用的是模塊化編程方式，可利用專業(yè)的配置工具，根據(jù)使用用戶的實(shí)際需求對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的編程，來(lái)改變其功能。一般來(lái)說(shuō)其保護(hù)功能主要有三類分別是：其一，電氣量保護(hù)，具體包括比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)、增量差動(dòng)保護(hù)、差流速斷保護(hù)、相間后備保護(hù)、接地零序保護(hù)、不接地零序保護(hù)、充電保護(hù)；其二，非電量保護(hù)，具體包括：本體重瓦斯、調(diào)壓重瓦斯、本體輕瓦斯、調(diào)壓輕瓦斯、壓力釋放、溫度過(guò)高、冷卻器全停、油位異常、油溫異常、繞組溫度；其三，異常警告，主要包括：過(guò)負(fù)荷警告、有載調(diào)壓閉鎖、啟動(dòng)冷風(fēng)、零序過(guò)壓警告、TA異常警告、TV異常警告、裝置自檢。

3.2 測(cè)控裝置

變電站的間隔層測(cè)控單元主要是由SHR5000變電站系統(tǒng)的間隔層產(chǎn)品UDC-501A來(lái)承擔(dān)的。其主要的測(cè)控功能包括如下四點(diǎn)：

遙測(cè)：標(biāo)準(zhǔn)配置為5組四項(xiàng)電壓及四項(xiàng)電流。在整個(gè)遙控測(cè)量過(guò)程中遙測(cè)數(shù)據(jù)有變化量越限上送和循環(huán)上送兩種上送方式。當(dāng)遙控測(cè)量得到的數(shù)據(jù)越限時(shí)，立即上傳越限數(shù)據(jù)，越限的門檻值是由定值而設(shè)計(jì)的。于此正好相反，循環(huán)上送的上送周期是可以調(diào)整的。

在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中，遙控測(cè)得的數(shù)據(jù)包括：相電流、相電壓、線電壓、有功功率、視在功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、頻率、電壓序分量、電流序分量、電流諧波畸變率、電壓諧波畸變率、頻率、電度等物理量。測(cè)量得到的數(shù)據(jù)分為兩表法和三表法進(jìn)行整體的輸入。

3.3 遠(yuǎn)動(dòng)通信設(shè)備

整個(gè)智能化變電站的通信主要是由遠(yuǎn)動(dòng)通信設(shè)備UDD-501來(lái)完成的，這個(gè)裝置能夠完成整個(gè)變電站監(jiān)控單元、繼電器保護(hù)等設(shè)備相關(guān)信息的，向調(diào)度端和集控站的傳送，同時(shí)也能夠接受調(diào)度端和集控站的控制命令，并且將控制命令向變電站的智能設(shè)備進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

該設(shè)備獨(dú)立于整個(gè)變電站的后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，既可以采用單機(jī)模式進(jìn)行工作也可以采用雙機(jī)熱備模式進(jìn)行工作。

在整個(gè)智能化變電站中遠(yuǎn)程通信設(shè)備顯得格外的重要，能夠進(jìn)行信息的交互控制，真正的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化、互聯(lián)化，在無(wú)人值班的變電站中突顯了它重要的調(diào)度功能。

3.4 規(guī)約轉(zhuǎn)換器

UDN-501規(guī)約轉(zhuǎn)化器在智能化變電站中用于多種測(cè)量裝置、繼電保護(hù)等智能電子設(shè)備與地方監(jiān)控、遠(yuǎn)方通信和故障信息等遠(yuǎn)程通信裝置。其主要的工作模式為：將傳統(tǒng)的遙信、遙測(cè)、電度量和故障信息等進(jìn)行轉(zhuǎn)換然后上傳，在完成主站的控制命令之后進(jìn)行下行轉(zhuǎn)換和發(fā)送功能。

UDN-501為了能夠更好的進(jìn)行規(guī)約化轉(zhuǎn)換和信息的預(yù)處理，以間隔為單位接入傳統(tǒng)的規(guī)約設(shè)備當(dāng)中。讓后進(jìn)行傳統(tǒng)的規(guī)約數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換工作。可將繼電器上送的擾動(dòng)數(shù)據(jù)、非COMTRADE標(biāo)準(zhǔn)的錄波文件轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的COMTRADE文件，并對(duì)本間隔歷史數(shù)據(jù)做合適的存儲(chǔ)。

4 結(jié)語(yǔ)

智能化電網(wǎng)的設(shè)計(jì)建造有助于通過(guò)促進(jìn)可再生能源的開(kāi)發(fā)利用、實(shí)現(xiàn)低碳節(jié)能的核心理念來(lái)達(dá)到在一定程度上解決中國(guó)和世界所面臨的能源危機(jī)的問(wèn)題。伴隨著智能化電網(wǎng)概念隨之而生的另一個(gè)概念就是智能化變電站的產(chǎn)生，智能化變電站的設(shè)計(jì)建造是整個(gè)智能化電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)和重要的支撐，同時(shí)也是智能化電網(wǎng)改造的核心問(wèn)題所在。所以通過(guò)對(duì)智能化變電站的研究可以加速智能化電網(wǎng)的研究。

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