区域电网中应用智能变电站的探究

区域电网中应用智能变电站的探究

作者：姜炜

来源：《华中电力》2013年第09期

应用具有极高的经济和社会效益。但目前智能变电站在区域电网的应用还处于试验探索阶段，还存在很多尚待解决的问题，因此对其展开研究具有重要的理论和实践意义。 关键词：区域电网；智能变电站；技术方案；设备选型；经济效益；社会效益

智能变电站内数据的采集、传输和控制等过程都实现了智能化，并具有支撑智能电网要求的能力。相较于常规变电站，智能变电站的主要优点在于解决了二次回路的复杂问题、实现了不同厂家设备的相互操作、解决了传统电磁式互感器磁饱和的问题、实现了变电站电气一二次设备的状态检修、解决了控制电缆引起的电磁干扰问题。经过近年来的研究和实践，智能变电站在我国区域电网的应用取得了重要进展，部分省市已经建成110kV-500kV智能变电站，采用设备的国产化率高达90%，使得我国的电力工业水平真正达到国际先进水平。 1. 智能变电站的组成架构

根据IEC61850标准定义，智能变电站自动化系统在逻辑结构上可以分为站控层、间隔层、过程层三个层次，各层次内部和层次之间采用高速数据网络通信，具体说来：

（1）站控层。站控层的主要功能如下：刷新实时数据库，登陆历史数据库，通过两级高速网络汇总全站的实时数据信息；接收调度或控制中心的控制命令，并转过程层和间隔层执行；按照既定规约向调度或控制中心报送有关数据信息；站内人机联系和当地监控功能；在线可编程全站操作闭锁控制功能；对过程层和间隔层诸设备的在线组态、在线维护和在线修改参数等功能；变电站故障记录分析和操作培训功能。

（2）间隔层。间隔层的主要功能如下：实施本间隔的操作闭锁动作、操作同期和其他控制功能；检测汇总本间隔过程层实时数据信息；实施对一次设备的保护控制命令；确定数据采集、统计计算及控制命令的优先级；承上启下的通信功能，确保网络通信的可靠性。 （3）过程层。过程层的主要功能如下：电力运行实时电气量的测量；运行设备的状态参数检测统计；操作控制驱动执行，包括变压器分接头调节控制，断路器、刀闸合分控制，直流电源充放电控制，电容和电抗器投切控制。 2. 区域电网中应用智能变电站的案例分析 2.1智能变电站的设备选型

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本文笔者以A智能变电站为例，来探究区域电网中应用智能变电站的方案和技术要点。A智能变电站内建设两台50MVA有载调压变压器，户内布置，电压等级为110/35/10kV；35kV、10kV为单母线分段接线，采用户内金属铠装手车式开关柜；110kV为内桥接线，采用户内GIS设备。

相较于典型的110kV常规变电站，A智能变电站增加了过程层总线，间隔层设备和过程层设备通过通信网络交换信息，其设备的选型为：

（1）一次设备选型：A智能变电站采用数字接口的电子式互感器，开关设备选用传统设备+智能组件的方案。智能组件包括状态监测单元和智能终端，安装在智能组件柜中。智能组件内所有IED都应接入过程层网络，与站控层网络有信息交互需要的IED，还应接入站控层网络。考虑到35kV和10kV电网为不接地系统的复杂性，它们仍然采用电磁式电压互感器。 （2）二次设备选型：主要二次设备和系统软件选用先进的成熟产品，现在广泛使用的二次设备和系统软件通过技术改造按IEC61850标准改进产品的通信协议，可以满足A智能变电站的要求。

（3）计量设备选型：110kV采用数字接口的电度表，35kV和10kV采用能采集弱电压模拟量的电度表。

2.2 智能变电站的通信系统

（1）站内通信网络结构在逻辑功能上由站控层、间隔层和过程层三层设备组成，并用开放式分布式网络系统实现连接。A智能变电站110kV按间隔分散式配置就地一体化智能装置，集成保护、测控和智能终端功能；10kV按间隔分散式配置就地一体化智能装置，集成保护、测控、智能终端和合并单元功能。各电压等级间按间隔分散式配置数字式电度表。

（2）站内通信网络配置原则为：全站网络采用高速以太网组成，通信规约采用DL/T860标准；仅在站控层设置网络，GOOSE、SMV、SNTP、MMS共网传输，采用双网星型结构；按照Q/GDW383-2009《智能变电站技术导则》对保护装置采样的要求，向保护装置传输的采样信号应直接采样。

（3）通信光缆或电缆代替设备间的原有控制和信号电缆。二次设备室内网络通信介质采用屏蔽双绞线，通向户外的通信介质采用光缆；采样值和保护GOOSE等可靠性要求较高的信息传输采用光纤。

3. 区域电网中应用智能变电站的效益分析 3.1 区域电网中应用智能变电站的经济效益

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首先，区域电网中应用智能变电站，能够极大地降低设备的退出次数和退出时间，提高设备的使用效率；减少自动化设备数量，对二次接线进行简化，从而提高系统的可靠性；避免信号传输和处理带来的附加误差，提高保护、测量和计量系统的精度；方便设备的维护和更新，提高运维人员的工作效率；便于变电站的扩建和自动化系统的扩展。

其次，区域电网中应用智能变电站，通过使用光纤作为传输介质来极大地节省耗材；通过采用电子式互感器来降低对环境的污染；通过计量系统误差来决定电子互感器的精度，从而将中间环节降至最低；通过数字电量管理来降低运行维护成本。

最后，区域电网中应用智能变电站，其全数字计量系统不受传输距离的影响，因此不用考虑进行线损补偿；其互感器、电能表、传输系统等整个计量系统可以校验并实现自检和告警功能。

3.2 区域电网中应用智能变电站的技术效益

（1）电子式电流互感器不存在二次开路，电子式电压互感器不存在二次短路，因此可以避免因电流互感器二次开关、电压互感器二次短路而造成的人员伤亡、用户失电及设备损失等事故。

（2）除电源回路和非电量保护外，智能变电站没有电缆二次接线，只有相应的二次逻辑回路，较常规变电站更为简单，光纤维护量较小，而且光纤数字回路具有完善的自检功能，运行维护比较方便。此外，智能变电站为一体化建设，采样点唯一且实现数字化传输，保护调试时仅需仅需逻辑测试，因此可以极大地降低调试工作量。

（3）电子式互感器和智能单元的使用，使得智能变电站干扰源大幅降低，没有二次回路接地问题。智能变电站采用光纤和数字式电表，不存在模拟传输损耗造成的二次压差和电度表本身的采样误差，较常规电能表更为准确，同时电子式互感器无过载和饱和，避免了传统测量互感器负载因超过电流互感器变比而引起计量表和实际负荷之间的计量误差。 4. 讨论

目前智能变电站在区域电网中的应用处于实验运行阶段，还仍然存在诸多问题，如光电式互感器极性接线正确与否无法在现场进行确定，只有在投运带电后才能确定；保护校验复杂，在变电站运行中对单间隔保护校验难度较大；光电电流互感器变比偏大等。但毋庸置疑地，智能变电站在区域电网中的应用势在必行，这就需要我们不断开发所需配套产品，对已有产品进行完善，并研究制定智能变电站设计、建设、维护、管理和运行的各种规范，为智能变电站在区域电网的推广应用奠定坚实的基础。 参考文献：

[1]梁健波.变电站综合自动化五防系统功能应用[J].武汉工业学院学报，2008，27（2）.

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[2]陈树勇，宋书芳，等.智能电网技术综述[J].电网技术，2009，33（8）.

[3]陈建民，周健，蔡霖.面向智能电网愿景的变电站二次技术需求分析[J].华东电力，2008，36（11）. 作者简介：

姜炜（1982年10月-），男，本科，福建福州人，工程师，研究方向为变电运行；邮编：350001