智能变电站工程实践探讨

摘要： 通过介绍智能变电站发展过程，指出其应用的必要性。从智能变电站的建设原则、二次系统、网络结构、智能设备、联调试验及后续维护等方面分析智能变电站的技术特征。重点介绍智能变电站现场施工调试过程，指出目前存在的问题，探讨解决方法及应对手段。最后，对智能变电站的应用前景进行展望。为智能变电站建设期间问题的解决提供工程实践参考，从而推进变电站智能化建设工作。

Abstract： Through the introduction of intelligent substation development process， the application necessity of it is pointed out.. The technical features of intelligent substation is analyzed from the construction of smart substation， two system principle， network structure， intelligent equipment， testing and follow-up maintenance etc. The site construction and commissioning process is introduced and problems are pointed out. Solutions and measures are discussed. Finally， the application prospect of intelligent substation is discussed. This article provides practical reference for solving the problems during the construction of smart substation， thus promoting the work of construction of smart substation.

关键词： 智能变电站；结构特征；工程实践

Key words： intelligent substation；structure characteristic；engineering practice

中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）36-0050-02

0 引言

目前，智能化已成为变电站发展的主要趋势。美国、欧盟相继提出了智能化电力设备概念并附于实践。国内经过几年的工程实践，也逐步完成了从常规站、综自站、数字化站到智能化站的过渡。根据《2013-2017年中国智能变电站行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》分析，2011年以后所有新建变电站全面按照智能变电站技术标准建设，并且重点对枢纽及中心变电站进行智能化改造。智能变电站是以一次设备智能化、二次设备网络化以及设备对象模型化为基础，采用低碳、环保、可靠、先进、集成的智能设备，建立在IEC61850通讯规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享及互操作，自动完成信息采集、测量、控制、保护和计量等基本功能，并可根据需要支持电网在线监测、智能调节、分析决策、协同互动等高级功能的变电站[1]。智能变电站将对智能电网的建设将起到先驱作用。

1 智能变电站结构特征

1.1 建设原则 智能变电站建设过程中充分体现数字化设计理念，电子式互感器和智能断路器的应用为代表的一次智能设备与三层两网的二次网络结构相结合，设备状态监测技术得到广泛应用。光纤代替电缆，传统回路被通讯网络所取代，极大简化了设计安装调试过程。统一的信息模型，避免了规约转换，充分实现了信息共享可观测性和可控性增强。

1.2 二次系统 智能变电站采用基于三层两网的开放性分层分布式系统，三层是指过程层、间隔层和站控层。过程层设备主要包括光互感器、合并单元、智能终端等，可以实现信息采集及小信号转换的相关功能，包括实时一次电气量转换采集、运行状态在线监测、控制命令的执行等。间隔层包括保护、测控装置、计量仪表、故障录波器等二次设备，能够完成故障逻辑判断、信息显示上传记录等功能[2]。站控层由远动主机、工程师站、交换机、保护故障信息子站和其他功能站构成，作为全站监控管理中心，提供人机联系界面，实现间隔层、过程层设备的管理控制功能，并负责实现与调度中心远方通信。

1.3 网络结构 随着电力系统规模扩大和自动化需求日益提高，光纤技术的飞速发展以及网络技术的深入应用使得智能变电站相对常规站具有更加明显的优势。用光纤作为传输介质代替传统的金属电缆、用网络通讯手段实现模拟量和开关量的输入输出是智能变电站二次网络系统的必然选择。在网络组织方面采用IEC 61850-9-2的组网模式，GOOSE、SV独立组网，在满足IEC 61850功能分布、信息共享要求的同时[3，4]，又避免点对点方式的光纤数量多、布线复杂、维护麻烦的缺点，并且维持了保护双重化原则进行，实现了继电保护采集、跳闸回路的双重化配置，不存在任何交叉。

2 智能设备

2.1 智能终端 智能终端作为智能开关的过渡产品，主要为传统断路器或变压器提供GOOSE接口。在开关场安装智能终端，实现对断路器、隔离开关、刀闸等设备的状态采集和分合控制功能。在变压器端子箱内安装智能终端，则可实现变压器本体保护与测控功能，采集档位、温度、非电量等状态，控制风扇和档位，并可对断路器进行操作。

2.2 合并单元 合并单元主要用于接收互感器采样数据、时钟同步及守时、采样值输出及设备自检及指示。合并单元配合传统互感器使用时，合并单元自身配置的交流插件，可以进行模数转换，采用标准规约输出。合并单元配合电子式互感器使用时，前端可同时接入多路电子式互感器的采集器信号，经同步后采用标准规约输出[5]。

2.3 智能终端柜 智能终端柜为在户外安装的智能终端、合并单元等设备相对良好的工作环境，并提供必要的防护，保证设备可靠运行。智能终端柜对外部环境具有隔离功能，常见双层柜体设计，可在一定程度减少温度、灰尘、湿度及电磁干扰的影响。其工作原理主要是通过置于柜内的温湿传感器，当柜内温湿度达到设定值时，传感控制器启动加热器和位于柜内顶部的风扇，采用交换降温法，将外部空气过滤后自机柜下层吸入柜内，同时将热气从机柜上部排出柜外。

2.4 网络分析仪 网络分析仪主要由报文记录设备及分析主机构成，可以将MMS通信网络、GOOSE通信网络和SMV采样值通信网络内各智能设备间的传输报文记录下来，并对记录的报文进行解析，从而实现对某一时刻网络通讯状态进行再现，为故障分析提供依据[6]。此外，网络分析仪可及时发现二次设备信号传输异常，对由于通讯异常引起的变电站运行故障进行分析。

3 施工调试

智能变电站调试过程大致可分为三个步骤，首先，确定厂家及工程实施方案，确定总体设计方案，制定调试计划，规划好具体的时间节点。其次，由集成商收集各厂家ICD文件，设计院提供一次主接线图、网络布局图、光纤联络图和设计虚端子图（由设计院提供）等，完成全站SCD文件的配置。最后，搭建现场网络环境，完成后台库设计，实现装置的正确跳闸、遥测采样、遥控、遥信上送、对时等。

由于智能变电站仍处于新兴阶段，建设过程中仍存在了一些问题，主要表现在智能设备验收规范不完善，过程层GOOSE和SV信息流传输的可靠性、合并单元同步性能以及网络系统通信性能有待进一步测试，站内设备检修试验方法及相关检测仪器需同步更新，变电站投运后的维护管理、人员分工需合理规划。上述问题的解决需要电力运行维护部门、设计院、设备生产厂家、试验机构等单位协同配合，利用已有智能变电站施工、试验、运行、维护等各阶段的宝贵经验，逐步完善智能站建设过程中的各项工作。

4 结论

智能变电站在未来电网发展中将起着越来越重要的支撑作用。目前，智能变电站建设已取得了一定的成绩，随着电力设备智能化及二次系统网络化在其中应用的不断深入，新设备、新工艺、新材料不断涌现，这都必将推动智能变电站的进一步发展。但是，在智能站建设过程中，集成统一信息平台的构建尚未完成，电力设备的集成技术以及系统的构件技术仅处于初步应用阶段，需要不断发展完善。对于智能设备、新型保护、网络通信的实时性、可靠性要求，以及全站开放的控制策略的研究还有待进一步深入。作为智能电网建设中的核心组成部分，在智能变电站的建设过程中必须打破以往的专业界限，将先进的电力设备、通信、网络、计算机、控制技术互相融合，才能最终达到资源优化配置的目标，实现智能变电站易集成、易扩展、易升级、易改造、易维护的工业化应用要求。

参考文献：

[1]庞红梅，李淮海，张志鑫等.110kV智能变电站技术研究状况[J].电力系统保护与控制，2010，38（6）：146-150.

[2]Q/GDW 383.2009，智能变电站技术导则[S].国家电网公司，2009.

[3]林宇锋.智能电网技术体系探讨[J].电网技术，2009，33（12）：8-14.