智能化變電站建設(shè)融合發(fā)展新模式

何旭

摘? 要：眾所周知，變電站是每個(gè)電力系統(tǒng)的重要組成部分，它肩負(fù)著電壓等級(jí)轉(zhuǎn)換與電力輸送等任務(wù)，它掌管著整個(gè)電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)。隨著基礎(chǔ)條件的改善以及應(yīng)用需求的發(fā)展，智能變電站也迎來了新的建設(shè)與設(shè)計(jì)要求。目前，國內(nèi)主要存在兩類變電站，一種是占大比例的傳統(tǒng)變電站，一種是剛剛起步的智能化變電站。文章主要探討了智能變電站的建設(shè)問題，希望能夠進(jìn)一步優(yōu)化國內(nèi)變電站的設(shè)計(jì)圖紙，從根本上提高國內(nèi)變電站的建設(shè)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：智能化;變電站建設(shè);融合發(fā)展

中圖分類號(hào)：TM63? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）35-0045-02

Abstract： As we all know， the substation is an important part of each power system， it shoulders the tasks of voltage grade conversion and power transmission， and it is in charge of the information data of the whole power grid dispatching system. With the improvement of basic conditions and the development of application requirements， intelligent substations have also ushered in new construction and design requirements. At present， there are mainly two types of substations in China， one is the traditional substation which accounts for a large proportion， and the other is the intelligent substation which has just started. This paper mainly discusses the construction of intelligent substations， hoping to further optimize the design drawings of domestic substations and fundamentally improve the construction quality of domestic substations.

Keywords： intelligence; substation construction; integration development

引言

現(xiàn)階段，智能化變電站是國內(nèi)發(fā)展熱點(diǎn)，也是電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化發(fā)展的新路徑。在統(tǒng)一平臺(tái)、信息共享、自動(dòng)化控制的前提之下，通過合理運(yùn)用較為先進(jìn)的、性能全面的、污染度較低的智能設(shè)備，自動(dòng)達(dá)成數(shù)據(jù)搜集、重點(diǎn)測量、故障控制、關(guān)鍵點(diǎn)保護(hù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測等任務(wù)，同時(shí)創(chuàng)設(shè)了電網(wǎng)支持的在線分析、決策、控制及調(diào)適功能于一體的高級(jí)變電站。由此觀之，智能化變電站的建設(shè)是一個(gè)艱難的系統(tǒng)工程。

1 智能化變電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展歷程中，關(guān)于智能化的關(guān)鍵點(diǎn)必然是變電站的智能化發(fā)展。目前，國家電網(wǎng)提出了統(tǒng)一規(guī)劃，計(jì)劃至2020年實(shí)現(xiàn)全面建成統(tǒng)一、堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的總目標(biāo)。

就智能化邊間系統(tǒng)而言，其運(yùn)行結(jié)構(gòu)繼承了分層分布式變電站的優(yōu)勢(shì)，再加上新型傳感器、智能操作箱技術(shù)以及IEC 61850協(xié)議的利用，加速了智能化變電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變化?，F(xiàn)階段，大致可以將自動(dòng)化系統(tǒng)劃分為站控層、間隔層、過程層三層。其中，站控層又包括自動(dòng)化的站級(jí)監(jiān)控、站內(nèi)控制、通信通訊、對(duì)時(shí)等子系統(tǒng)，擁有面向全站設(shè)備的監(jiān)測、控制、告警及信息交互功能，可以完成數(shù)據(jù)收集、監(jiān)視控制、操作閉鎖、電能采集、保護(hù)信息、資源管理等多種任務(wù)。

間隔層主要包括保護(hù)、故障、錄波、計(jì)量等子系統(tǒng)。一般情況下，它存在于每個(gè)間隔層的配置接口處，實(shí)現(xiàn)一個(gè)間隔數(shù)據(jù)后的二次使用，滿足智能傳感器、自動(dòng)控制器、遠(yuǎn)程輸入、遠(yuǎn)程輸出之間的通信需求。特別是控制站里面的監(jiān)控系統(tǒng)遭到外力刺激或設(shè)備損毀的條件下，該系統(tǒng)依然能夠保持獨(dú)立自主的內(nèi)部控制機(jī)能，層內(nèi)的設(shè)備不會(huì)失去控制，并保持相關(guān)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，嚴(yán)格意義上來說，它屬于一種二次保護(hù)措施。過程層則是包括變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電流電壓互感器等一次設(shè)備及其所屬的智能組件以及部分獨(dú)立的智能電子設(shè)備。這一層的主要職能是實(shí)時(shí)記錄電氣量數(shù)據(jù)、監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、執(zhí)行控制命令等一系列任務(wù)。

2 智能化變電站融合發(fā)展新模式的建設(shè)意義

2.1 良好的低碳環(huán)保效果

正式開始建設(shè)新型的變電站時(shí)，其實(shí)不僅僅要考慮變電站的智能化發(fā)展可能性，更需要考慮變電站模式變更所帶來的負(fù)面影響，特別是環(huán)境方面的不利影響。就智能型變電站的建設(shè)方案來講，工人們通過分析新型光纖電纜的優(yōu)勢(shì)，發(fā)現(xiàn)它不僅能夠替代早期的通信電纜，克服信息傳輸能力不足的缺陷，而且降低了通信電纜的應(yīng)用數(shù)量，進(jìn)一步簡化了設(shè)計(jì)圖紙，從根本上減少了安裝調(diào)試工作量。與此同時(shí)，數(shù)字量輸入與輸出模塊的合理應(yīng)用，進(jìn)一步調(diào)整了整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中的硬件結(jié)構(gòu)，創(chuàng)設(shè)了電子式傳感器的合理化運(yùn)用路徑。而電子式傳感器的大面積應(yīng)用，不僅打破了早期傳感器的應(yīng)用弊端，而且有效增強(qiáng)了數(shù)據(jù)觀測的可控性。由此可見，不論是哪一項(xiàng)目的改善和設(shè)備的取代，都降低了原始耗能數(shù)值，提升了能源之間的轉(zhuǎn)化效率，減少了基礎(chǔ)建設(shè)與系統(tǒng)運(yùn)行的投入成本。當(dāng)然，就目前的技術(shù)來說，還不能算是非常完美，某種程度上還是會(huì)對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生一定的影響，但是相比于早期的變電站來說，其不良影響的程度大有改善。

2.2 良好的交互性

當(dāng)前比較常用的智能化變電站的建設(shè)模式主要有三種，即過渡型、實(shí)用型、理想型。首先，從過渡型的角度看，智能化變電站的站控層和間隔層已經(jīng)實(shí)現(xiàn)智能化，而過程層仍然采用常規(guī)電磁型互感器。這一模式的優(yōu)點(diǎn)是信息和通信符合最新的國際標(biāo)準(zhǔn)，既能實(shí)現(xiàn)信息與數(shù)據(jù)的共享，又具備良好的交互操作性，很大程度上減少了二次電纜。另外，該模式還能通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)部分傳統(tǒng)的保護(hù)與控制職能，且二次設(shè)備兼具傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)和現(xiàn)代技能，實(shí)踐性極強(qiáng)，特別適合正在改造或者仍然延用老式設(shè)備的變電站。不過，這一模式下的第三層并未實(shí)現(xiàn)模擬化及智能化的數(shù)據(jù)采集。 其次，從實(shí)用型的角度看，智能化變電站主要運(yùn)用了電子式互感器，站控層與間隔層實(shí)現(xiàn)了全部智能化，過程層也實(shí)現(xiàn)了基本智能化。這一模式的優(yōu)點(diǎn)是過程層的海洋數(shù)據(jù)滿足實(shí)時(shí)共享需求，能夠節(jié)省電纜的利用量，能夠簡化二次接線工程。不過，過程層里面的依次設(shè)備并未到達(dá)智能化標(biāo)準(zhǔn)，說明當(dāng)前國內(nèi)應(yīng)用電子互感器的技術(shù)并不成熟，且該技術(shù)的普及成本較高，大規(guī)模的建設(shè)與利用壓力較大。最后，從理想型的角度看，變電站里面的三層都實(shí)現(xiàn)了智能化發(fā)展目標(biāo)，而且是完全智能化。這一模式的優(yōu)點(diǎn)是測量、監(jiān)視、控制的高度智能化，不僅徹底克服了二次電纜接線的復(fù)雜難題，而且很大程度上降低了智能化發(fā)展的成本投入，還進(jìn)一步提高了電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性，是未來發(fā)展的重要方向?？偠灾?，智能化的變電站相比于早期的變電站已經(jīng)有了很大程度的提升。它可以滿足信息的采集與分析需求，可以將數(shù)據(jù)信息精確無誤的回饋給電網(wǎng)，可以與上級(jí)系統(tǒng)始終保持靈活的互動(dòng)關(guān)系，還可以為整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)提供安全穩(wěn)定的運(yùn)行保障。

2.3 高度可靠性

智能化變電站不僅需要滿足電能質(zhì)量需求，而且需要滿足用戶利用電能的基本需求，即安全性、穩(wěn)定性、可靠性。融合新模式的智能變電站相比于早期的變電站不僅具有較強(qiáng)的可靠性，而且具備較強(qiáng)的自我恢復(fù)、自我診斷能力。由于具備上述技能，變電站能夠在很大程度上降低供電故障問題，也能在故障發(fā)生的第一時(shí)間進(jìn)行快速診斷及處理，很大程度上降低了故障的事實(shí)影響，提升了電網(wǎng)高質(zhì)量運(yùn)行效率。比如說，保護(hù)裝置組網(wǎng)跳閘方式建設(shè)模式，這一模式就能夠有效提升電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。此外，目前部分地區(qū)嘗試采用直采直跳新模式。對(duì)于這一模式來說，基礎(chǔ)運(yùn)營主要依靠光纖引導(dǎo)，通過光纖能將保護(hù)裝置的出口引入終端當(dāng)中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能化的管理和應(yīng)用?？梢蕴嵘龜?shù)據(jù)采樣和跳閘傳輸?shù)臄?shù)據(jù)安全性。況且，該辦法主要運(yùn)用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸方式，所以即使出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障情況，也不會(huì)影響到保護(hù)裝置的跳閘出口。另外，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸模式，能夠克服延時(shí)誤動(dòng)和閉鎖現(xiàn)象。但是，這一模式仍然受到一些電網(wǎng)技術(shù)約束。比如說，該模式對(duì)于保護(hù)裝置的硬件設(shè)備要求非常高，為了滿足這一條件增加了現(xiàn)場施工的隱形工作量。況且，相比于傳統(tǒng)模式來說，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸方式需要更多的光纜接線，除了會(huì)增加現(xiàn)場工人的工作量之外，還會(huì)影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。由此觀之，新模式的融入并不是在方方面面都能夠提高變電站的運(yùn)行效率。

3 智能化變電站建設(shè)發(fā)展新趨勢(shì)

3.1 智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化

由上文可知，未來發(fā)展階段里智能變電站的首選發(fā)展方向就是設(shè)備高度智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化。通過進(jìn)一步提高設(shè)備的智能化程度，新設(shè)備在少量功能代碼的前提下，當(dāng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配置甚至適調(diào)保護(hù)功能。通過進(jìn)一步提高二次設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)化、功能模塊化程度，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)不同廠商設(shè)備之間的隨意互換，而且能夠直接更換相關(guān)設(shè)備的插件，有助于全面簡化變電站的設(shè)計(jì)與基礎(chǔ)建設(shè)工作，有助于全面提升相關(guān)設(shè)備的管理效率與利用效率。

3.2 保護(hù)裝置微型化、配置層級(jí)化

通過技術(shù)升級(jí)和硬件設(shè)備升級(jí)，受設(shè)備包括保護(hù)裝置已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了輕微化與單片機(jī)化，可以直接安裝在智能型一次設(shè)備預(yù)留的接口上面，不僅能夠減少應(yīng)用設(shè)備的數(shù)量和占用面積，而且能夠減少二次回路當(dāng)中的多余線路，進(jìn)而減少路內(nèi)故障以及故障產(chǎn)生次數(shù)，進(jìn)一步完善保護(hù)層的基礎(chǔ)配置?？傮w上看，保護(hù)裝置的升級(jí)有助于形成區(qū)域及廣域保護(hù)網(wǎng)，有助于形成第一道電網(wǎng)防線、第二道電網(wǎng)防線與第三道電網(wǎng)防線之間的穩(wěn)定交流條件，有助于形成更嚴(yán)密的電網(wǎng)安全環(huán)境。

3.3 通信網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一化

在新的模式之下，站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)有望快速形成統(tǒng)一運(yùn)作方式，即形成簡化的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在這樣的條件下，不需要進(jìn)一步區(qū)分過程層與站控層，就能夠快速實(shí)現(xiàn)層內(nèi)、域內(nèi)的保護(hù)任務(wù)，進(jìn)而獲取統(tǒng)一的數(shù)據(jù)。這樣一來，不僅能夠減少傳輸延時(shí)或多層傳遞耗時(shí)現(xiàn)象，而且能夠避免其他環(huán)節(jié)的故障問題，還能夠降低二次故障的出現(xiàn)率。

3.4 檢修管理智能化

就目前的情況來看，若想實(shí)現(xiàn)高度的智能化，必須充分了解并分析現(xiàn)有的檢測壓板，并在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步加強(qiáng)設(shè)備保護(hù)和檢修功能。當(dāng)裝置出現(xiàn)缺陷或者需要進(jìn)一步校對(duì)時(shí)，可以合理利用相關(guān)的輔助設(shè)備或硬件，快速激活自動(dòng)控制或檢修體系以及數(shù)據(jù)計(jì)算等功能。與此同時(shí)，搜集故障數(shù)據(jù)，并將信息發(fā)送至保護(hù)模塊，進(jìn)一步激活保護(hù)設(shè)備，促使其快速布置保護(hù)任務(wù)或防護(hù)任務(wù)，盡量形成一個(gè)比較全面的設(shè)備管理、保護(hù)條件。這樣一來，不僅可以減少人工作業(yè)的任務(wù)量，而且能夠減少工作時(shí)間，提升工作效率和工作精準(zhǔn)率。

4 結(jié)束語

伴隨科研成果的不斷涌現(xiàn)以及技術(shù)的不斷更迭，電網(wǎng)步入智能化發(fā)展道路的趨勢(shì)越來越明顯，并且有望成為全球電網(wǎng)未來發(fā)展的大趨勢(shì)。而對(duì)于智能電網(wǎng)的建設(shè)問題來說，智能變電站既是核心又是基礎(chǔ)，所謂“核心”是指它是現(xiàn)代電網(wǎng)系統(tǒng)安全性、高效性、便捷性的支撐，所謂“基礎(chǔ)”是指它是整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)中的基礎(chǔ)組成部分。在未來，我們?nèi)匀灰珜?dǎo)變電技術(shù)的更新?lián)Q代，更要積極融合新的發(fā)展理念和新模式去改變傳統(tǒng)變電站建設(shè)觀念。

參考文獻(xiàn)：

[1]范炎炎.智能變電站中壓開關(guān)柜智能化及改進(jìn)[J].通訊世界，2020，27（01）：211-212.

[2]范超琦，劉俊麟，姜濤，等.智能化變電站建設(shè)中的技術(shù)管理分析[J].通訊世界，2019，26（04）：203-204.

[3]楊浚鐸.分析110kV智能化變電站建設(shè)技術(shù)[J].智庫時(shí)代，2018（52）：132+137.