黃云龍　張新雨　侯雪冬

摘要：作為智能電網(wǎng)系統(tǒng)中各電壓等級的重要樞紐，智能變電站技術(shù)的發(fā)展、創(chuàng)新對推動智能電網(wǎng)技術(shù)的進步與革新具有非常重要的作用。本文對智能變電站的技術(shù)特點進行簡單的概括和總結(jié)，對智能變電站的建設(shè)、驗收、運行和維護等關(guān)鍵點進行分析，在與傳統(tǒng)變電站、數(shù)字化變電站等各階段變電站的對比中，提出智能變電站的優(yōu)勢和研究注意事項，為更好地開展智能變電站的運行、維護和檢修工作提供了理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；智能變電站；電力系統(tǒng)

0 引言

“智能電網(wǎng)”目前是電力系統(tǒng)發(fā)展的最前沿，是具有前瞻性和革命性的電網(wǎng)系統(tǒng)，是今后世界電網(wǎng)發(fā)展的主要方向。

智能變電站作為連接智能電網(wǎng)中不同電壓等級的智能設(shè)備的樞紐，在智能電網(wǎng)中具有核心地位，其中智能變電站技術(shù)的發(fā)展決定了智能電網(wǎng)技術(shù)的突破與發(fā)展。

從電網(wǎng)層面看，智能變電站增強了變電站自動化系統(tǒng)的整體信息化程度，增強了與電力系統(tǒng)整體的協(xié)調(diào)能力；從站域?qū)用婵?，其智能化表現(xiàn)在集成應(yīng)用的能力上，有別于傳統(tǒng)的綜合變電站的繼電保護自動化設(shè)備及通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，智能變電站更加智能化與集成化，更便于統(tǒng)一管理。智能變電站基于IEC61850規(guī)約的標(biāo)準體系，采用了電子互感器等先進的互感器和其他智能化一次設(shè)備，利用光纖組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備，可以實現(xiàn)智能裝置之間的自動操作和各類信息的分享，為電網(wǎng)安全、穩(wěn)定的發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。

1 智能變電站的基本概念

智能變電站采用先進、可靠、集成、網(wǎng)絡(luò)化、可持續(xù)性的智能設(shè)備，要求以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準化為標(biāo)準，能自動完成一次設(shè)備、繼電保護裝置和自動化設(shè)備狀態(tài)信息數(shù)據(jù)的采集、分析、監(jiān)測、控制、發(fā)送報警信息等基本功能，而且可以收集網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，分析整體的電網(wǎng)狀態(tài)，實現(xiàn)自動控制、智能通信等智能化的變電站。

2 智能變電站的優(yōu)勢

智能變電站是在常規(guī)變電站的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其中常規(guī)變電站經(jīng)過不斷創(chuàng)新和發(fā)展已經(jīng)逐步體現(xiàn)出智能化的基礎(chǔ)，如數(shù)字化變電站已經(jīng)具有相應(yīng)的智能化基礎(chǔ)，智能變電站在數(shù)字變電站的基礎(chǔ)上有所創(chuàng)新和改進。相對于常規(guī)變電站來說，智能變電站的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：

（1）常規(guī)變電站立足于本站的邏輯，統(tǒng)一站內(nèi)一次設(shè)備與二次設(shè)備的標(biāo)準，特別是站內(nèi)通信系統(tǒng)可以做到在站內(nèi)能建立一次設(shè)備和二次設(shè)備的聯(lián)系，滿足站內(nèi)的監(jiān)視與控制要求。而智能變電站著眼于地區(qū)電網(wǎng)的需求，統(tǒng)一整個電網(wǎng)的通信規(guī)約，使不同的變電站之間可以做到互動，而更重要的是可以將不同變電站的信息傳輸?shù)秸{(diào)控中心和指揮中心，滿足整體電網(wǎng)水平上的監(jiān)測與控制，可以提高整體電網(wǎng)的安全水平。

（2）數(shù)字變電站的前瞻性為智能變電站技術(shù)的發(fā)展鋪平了道路。數(shù)字變電站已經(jīng)不滿足于站內(nèi)的一致性，在原有變電站設(shè)備的基礎(chǔ)上統(tǒng)一各設(shè)備通信傳輸?shù)亩丝冢共煌瑥S家的不同設(shè)備具有統(tǒng)一性、可替換性。利用以太網(wǎng)對站內(nèi)的一次設(shè)備和二次設(shè)備進行整合，而對不同站之間制定統(tǒng)一的設(shè)備端口，為智能化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

而智能變電站極大地促進了數(shù)字變電站的發(fā)展，建立了光纖組網(wǎng)的概念，不僅提高了速度，而且方便了安裝與維護，更重要的是在統(tǒng)一各設(shè)備端口的基礎(chǔ)上提出了統(tǒng)一大網(wǎng)絡(luò)的概念，更好地實現(xiàn)了對一次設(shè)備、二次設(shè)備的監(jiān)視與控制，更方便與不同變電站之間的互動，更好地實現(xiàn)調(diào)控中心、指揮中心等遠程監(jiān)測與控制。

3 智能變電站的層級結(jié)構(gòu)

智能變電站宜采用“三層兩網(wǎng)結(jié)構(gòu)”，由站控層、間隔層和過程層三層組成，兩層網(wǎng)絡(luò)分別連接過程層設(shè)備與間隔層設(shè)備、間隔層設(shè)備與站控層設(shè)備。

3.1 過程層設(shè)備

過程層設(shè)備包括一次設(shè)備，如主變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、接地隔離開關(guān)、電流互感器、電壓互感器、避雷器、電容器等和智能終端、合并單元等智能設(shè)備，其主要是為了實現(xiàn)以下目的：一次設(shè)備的狀態(tài)，如分合狀態(tài)、電流、電壓等數(shù)據(jù)；運行設(shè)備狀態(tài)的實時監(jiān)測；不同設(shè)備的功能實現(xiàn)。

3.2 間隔層設(shè)備

間隔層設(shè)備包括繼電保護裝置、測控裝置、監(jiān)控系統(tǒng)裝置、網(wǎng)絡(luò)通信裝置及其他智能接口設(shè)備等，實現(xiàn)各個間隔數(shù)據(jù)的共享功能。

間隔層的主要功能：優(yōu)化各類數(shù)據(jù)指令的發(fā)出；對由不同裝置傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行在線初步分析；防誤閉鎖；網(wǎng)絡(luò)通信；監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)并進行有效控制。

3.3 站控層設(shè)備

站控層設(shè)備包括監(jiān)控機、路由器、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)交換機、服務(wù)器、通信數(shù)據(jù)交換機、網(wǎng)絡(luò)記錄分析系統(tǒng)、同步對時裝置、遠方控制系統(tǒng)等，對智能變電站內(nèi)的一次設(shè)備和二次設(shè)備進行監(jiān)測、控制，必要時進行向遠方傳輸報警信息，并形成相應(yīng)報文。其主要實現(xiàn)對站內(nèi)上網(wǎng)信息進行實時合并、分析；實現(xiàn)遠方控制；實現(xiàn)遠方對繼電保護裝置等設(shè)備程序的遠方修改；可對全站防誤閉鎖參數(shù)進行在線修改；自動分析變電站的各類故障，可以進行反事故演習(xí)；共享各類規(guī)定至上級單位；可實現(xiàn)人機互動。

4 智能變電站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

目前，國網(wǎng)北京市電力公司220kV智能變電站主要采用三層兩網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包括直采直跳、過程層SV不組網(wǎng)的形式。站控層采用雙星型冗余網(wǎng)絡(luò)，站控層實現(xiàn)MMS網(wǎng)絡(luò)、GOOSE網(wǎng)絡(luò)、SNTP網(wǎng)絡(luò)合并，用以傳輸MMS報文和GOOSE報文；過程層GOOSE網(wǎng)絡(luò)220kV和110kV分開組網(wǎng)，均采用雙星型拓撲結(jié)構(gòu)。35kV及10kV將測控裝置就地安置在開光柜內(nèi)。保護采樣和跳閘采用光纖點對點方式，保護裝置與合并單元通信采用IEC61850-9-2規(guī)約，與智能終端采用GOOSE規(guī)約。站控層采用SNTP對時，間隔層和過程層采用B碼對時。

4.1 過程層網(wǎng)絡(luò)

過程層網(wǎng)絡(luò)包括sV和GOOSE網(wǎng)絡(luò)，主要功能是實現(xiàn)開關(guān)量的上傳及分合閘控制、防誤閉鎖等以及多功能測控裝置、故障錄波的網(wǎng)絡(luò)采樣。過程層組網(wǎng)方式分為網(wǎng)采網(wǎng)跳、直采直跳（GOOSE和SV共網(wǎng)）、直采直跳（GOOSE合SV分網(wǎng)）方式。

以220kV未來城站為例，其站內(nèi)自動化過程層以SV+GOOSE兩網(wǎng)合一的方式組網(wǎng)，按照220kV、110kV分別劃分，均采用星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，兩套SV+GOOSE網(wǎng)絡(luò)在物理上相互獨立，不配置獨立的主變過程層網(wǎng)絡(luò)，主變SV+GOOSE信息按電壓等級分別接入220kV、110kV過程層網(wǎng)絡(luò)。220kV過程層SV+GOOSE網(wǎng)絡(luò)按雙套物理獨立的單網(wǎng)配置；110kV過程層除主變間隔按雙套物理獨立的單網(wǎng)配置外，其余間隔過程層SV+GOOSE網(wǎng)絡(luò)按單網(wǎng)配置。

4.2 間隔層網(wǎng)絡(luò)

間隔層網(wǎng)絡(luò)采用雙重化以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)和其他設(shè)備間的通信傳輸，并傳輸MMS報文、GOOSE報文。

4.3 站控層網(wǎng)絡(luò)

站控層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用雙重化星型以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在間隔層和過程層之間通信，傳輸MMS報文、GOOSE報文。對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進行分類合并處理，并設(shè)置優(yōu)先級，用以實現(xiàn)不同的功能，同時利用網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)設(shè)備的防誤閉鎖功能。

5 智能變電站設(shè)備及系統(tǒng)介紹

5.1 合并單元

合并單元是對一次設(shè)備的電壓和電流狀態(tài)進行合并處理，并按照特定的格式傳輸?shù)较嚓P(guān)設(shè)備的裝置，其可以作為互感器的附屬設(shè)備安裝，也可以作為獨立裝置就地安置。

5.2 智能終端

智能終端為智能變電站中的智能設(shè)備，可以選擇就地安置，是一次設(shè)備和繼電保護裝置、測控裝置等二次設(shè)備的樞紐，一般用電纜與一次設(shè)備相連，用光纖與二次設(shè)備相連，既可以將一次設(shè)備的狀態(tài)通過特定格式信息傳輸?shù)蕉卧O(shè)備層，又可以將二次設(shè)備下達的分、合閘等控制命令傳輸?shù)揭淮卧O(shè)備，實現(xiàn)雙方功能的可靠運行。

5.3 電子式電流互感器

電子式電流互感器是新型的智能裝置，由幾個電壓互感器和幾個電流互感器組成，可以連接傳輸系統(tǒng)和二次轉(zhuǎn)換器，將電氣量按照特定的格式傳輸至二次設(shè)備，用以實現(xiàn)繼電保護、測控等功能，在數(shù)字接口的情況下一組電子式互感器可以共用一臺合并單元完成此功能。

5.4 一體化電源系統(tǒng)

一體化電源系統(tǒng)整合了普通交、直流電源系統(tǒng)，對交流系統(tǒng)模塊、直流系統(tǒng)模塊、不間斷電源系統(tǒng)等進行整合配置，形成一體化裝置，通過交、直流電源總監(jiān)控模塊將站用電源各子系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)化，實現(xiàn)站用電源的信息共享，建立數(shù)字化電源信息共享平臺；將信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為符合DL/T860標(biāo)準的數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)。

5.5 智能輔助控制系統(tǒng)

智能變電站可采用智能輔助控制系統(tǒng)，能對視頻監(jiān)控、技防布控、消防報警、主變水噴霧、門禁控制、廠房照明控制、電伴熱、通風(fēng)、SF6及含氧量的實時監(jiān)控等系統(tǒng)進行智能化控制，實時監(jiān)控各類數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)及視頻信號，分類存儲各類信息并進行匯總、分析、統(tǒng)計等處理。智能輔助系統(tǒng)通過DL/T860接口將重要信息上傳至站內(nèi)變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)。

5.6 繼電保護故障信息管理功能

在智能變電站設(shè)計時，可以統(tǒng)一對繼電保護故障信息管理功能進行設(shè)計，繼電保護故障信息系統(tǒng)與各繼電保護自動化裝置和故障錄波裝置進行數(shù)據(jù)共享和交流，記錄各繼電保護裝置及故障錄波裝置的開關(guān)動作信號、設(shè)備運行狀態(tài)信號，利用內(nèi)置的分析軟件在站內(nèi)對事故進行初步分析。

5.7 測控裝置

測控裝置有自檢及自診斷功能，裝置異常及交、直流消失等有報警信號，裝置本身應(yīng)有LED狀態(tài)信號。測控裝置通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對一次設(shè)備的控制和防誤閉鎖。

110kV及以下保護測控裝置宜一體化配置，220kV及以上保護、測控裝置宜分別配置。測控裝置按間隔獨立配置，主變間隔按各側(cè)電壓等級單獨配置，母線間隔按每段母線單獨配置，根據(jù)公用信息量接入需求配置1-2套公用測控裝置。測控實現(xiàn)的功能有向智能終端發(fā)送斷路器、刀閘遙控分合指令，接收智能終端斷路器、刀閘位置、控制回路斷線、機構(gòu)本體信號、智能終端告警及閉鎖等信息，接收合并單元測量電流、電壓及同期電壓SV采樣等。

6 智能變電站的繼電保護

6.1 繼電保護設(shè)備現(xiàn)場巡視項目和要求

現(xiàn)場運行人員應(yīng)定期對繼電保護系統(tǒng)的各設(shè)備、回路進行巡視，并做好記錄，其中包括運行環(huán)境、外觀、壓板及把手狀態(tài)、時鐘、裝置面板指示燈狀態(tài)、差流、定值區(qū)、裝置通信狀況、打印機工況以及戶外繼電器和端子箱（含匯控柜、智能組件柜等）的防雨、防潮、防凍、防塵等措施。

6.2 繼電保護裝置的技術(shù)要求

（1）保護裝置應(yīng)利用自身的對時系統(tǒng)實現(xiàn)保護功能的準確性和速動性。

（2）保護裝置采用單網(wǎng)傳輸、直采直跳方式，并實現(xiàn)同步功能。

（3）繼電保護裝置利用直采直跳方式與本間隔智能終端進行通信；繼電保護裝置之間的聯(lián)鎖、失靈啟動等信息宜采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸方式。

（4）保護裝置應(yīng)采取防止輸入的雙A/D數(shù)據(jù)異常時誤動作措施。

（5）智能變電站應(yīng)該采取防止繼電保護裝置誤動作的措施。

（6）保護裝置應(yīng)具備檢查通信中斷、異常等狀態(tài)和報警功能。

（7）保護裝置應(yīng)具備MMs接口。保護裝置傳輸給顯示系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為一次值供工作人員參考。

（8）為了滿足遠方控制的要求，繼電保護裝置除了檢修硬壓板為硬壓板外，其余功能壓板應(yīng)當(dāng)采用軟壓板。

（9）當(dāng)檢修硬壓板投入時，監(jiān)控后臺應(yīng)該接收到檢修信號。

（10）保護裝置應(yīng)分析、處理合并單元上送的數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)生異常時及時發(fā)出報警信號，并在異?；謴?fù)之前解除被閉鎖的保護功能，不閉鎖與該異常數(shù)據(jù)無關(guān)的保護功能。

（11）繼電保護設(shè)備應(yīng)支持遠方召喚至少最近八次錄波報告的功能。

（12）繼電保護裝置應(yīng)當(dāng)自動傳輸斷路器的狀態(tài)變化、異常信息、保護動作信息。

（13）配置網(wǎng)絡(luò)打印機，通過站控層網(wǎng)絡(luò)打印全站保護裝置的定值、告警、動作報告。

7 結(jié)論

本文主要介紹了智能變電站在智能電網(wǎng)中的重要作用，闡述了智能變電站三層兩網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)配置。通過對比，提出了智能變電站的優(yōu)勢和發(fā)展方向，作為智能電網(wǎng)的發(fā)展重點，其發(fā)展空間非常大，但是對運行和維護人員提出了更高的要求和更新的挑戰(zhàn)。