基于智能变电站的运行维护分析

【摘要】本文首先介绍智能变电站技术特点，针对某110kV智能变电站设备检修、在线监测和实时分析诊断技术等方面提出了建议，以便能够对智能变电站的发展和电网的稳定运行提供参考。

【关键词】110kV；智能变电站；IEC61850；运行维护

1.智能变电站概念

智能变电站就是使变电站的所有信息采集、传输、处理、输出过程由过去的模拟信息全部转换为数字信息，并建立与之相适应的通信网络和系统。实现智能变电站的基本要求是设备之间的通信是以数字方式传递及共享信息。随着一次开关设备等逐渐向智能化单元方向发展，电子式电压电流互感器技术日趋成熟，网络技术在自动化系统中广泛应用，变电站通信网络和系统协议IEC61850标准正式颁布，智能变电站的应用推广已经具备了相应的条件。

2.智能变电站简介

智能变电站是指按照IEC61850标准分站控层、间隔层、过程层构建，采用IEC61850数据建模和通信服务协议，过程层采用电子式互感器等具有数字化接口的智能一次设备，以网络通信平台为基础，实现了变电站监测信号、控制命令、保护跳闸命令的数字化采集、传输、处理和数据共享，可实现网络化二次功能、程序化操作、智能化功能等的变电站。

智能变电站系统与传统的变电站相比具有以下显著特征：

1）二次设备网络化：取消控制电缆，二次设备间用通信网络交换采样数据、运行状态和控制命令等信息。

2）一次设备智能化：采用数字输出的电子式互感器、智能开关（或传统开关配智能终端）等智能一次设备，设备信息采用光纤传输，实现对其的智能化控制。

3）运行管理自动化：包括自动故障分析系统、设备健康状态监测系统和程序化控制系统等自动化系统，提升运行管理自动化水平，减少运行维护的难度和工作量。

某110kV智能变电站改造工程采用完全采用了该种智能变电站结构模式，保护测控装置采用集中式来实现，按照变电站结构来配置保护测控装置，采用双套集中式保护测控装置。

110kV线路两条，采用单母线，采用110kV线路双集中式保护测控装置；35kV双母线分段，一段母线采用双套集中式保护测控装置；10kV双母线分段，一段母线采用双套集中式保护测控装置；主变两台，一台主变采用双套集中式保护装置。10kV侧完全采用电子式互感器，35kV侧、110kV侧采用原来传统电压电流互感器，通过电压电流转换装置转换；GPS对时系统采用IEEE1588对时方式，冗余配置，一台采用北斗接收信号装置，一台采用GPS接收信号装置，两台之间实现冗余切换；过程层采用IEC61850-9-2数据传输协议和GOOSE网络报文；站控层站控层与间隔层保护测控等设备采用IEC61850-8-1通信协议。全站采用的是三网合一的方式，也及GOOSE网、SMV网、对时网三网合一的组网方式。

3.运行维护分析

3.1修试工作

智能变电站具有操作智能化特点，主要体现在设备操作智能化，新型高压断路器二次系统是采用微机、电力电子技术和新型传感器构造，其主要特点包括：

1）执行单元采用微机控制及电力电子技术代替常规机械结构的辅助开关和辅助继电器，按电压波形控制跳、合闸角度，精确控制跳、合闸的时间，减小暂态过电压幅值。

2）断路器内部的微机可直接处理设备信息并独立执行本地功能，而不依赖于变电站级的控制系统。

3）非常规传感器采用微机技术，可独立采集运行数据并早期检测设备缺陷和故障。

4）具有自检功能，可监视断路器设备的一次和二次系统，发现缺陷时能及时报警，并为状态检修提供参考。断路器系统的智能性由微机控制的二次系统、IED和相应的智能软件来实现，保护和控制命令可以通过光纤网络到达非常规变电站的二次回路系统，从而实现与断路器操作机构的数字化接口。

因此将来智能开关的修试工作如交流耐压试验、绝缘电阻的测量等必须考虑到这些精密二次设备的存在，稍有不慎很可能造成设备损坏。而且评价开关的好坏不仅由传统的绝缘试验和机械试验参数决定，还要考虑其中二次设备的控制、监视、数据传输速率和正确性等指标。

智能变电站中的数字化一次设备，目前能够形成产品的主要电子式互感器，主要包括高压部分的采集器单元、传输数据（包括提供电源）的光纤以及低压部分的合并单元等3个部分。电子式互感器产品有罗氏原理电子式互感器和纯光学电子式互感器，其工作原理与传统互感器有很大的差别，所以试验的项目和方法已经完全不同。修试工作如绕组直流电阻测量、极性检查、校核励磁特性曲线、误差试验等试验的方法和实验设备都完全不同，而且有些试验项目已经不存在，另外还要再添加一些实验项目。

3.2继保校验

传统继电保护测试技术难以适应于智能变电站继电保护装置测试，智能变电站是由智能化一次设备和网络化二次设备分层构建、建立在IEC-61850通信规范基础之上、能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。一次设备采集信息后，就地转换为数字量，通过光缆上传测控保护装置，然后传至后台监控系统，监控系统和保护装置对一次设备的控制也是通过光缆传输数字信号实现其功能。传统继电保护装置的保护功能测试，模拟量输入、开关量输入输出均是通过物理接线连接的。测试人员利用继电保护测试仪输出电流电压等模拟信号到继电保护装置的模拟量输入回路，同时也可以输出开关量到保护装置的开关量输入回路，保护经过故障计算后满足动作判据输出跳闸命令，驱动出口继电器，使继电器的触点闭合，测试仪的开关量输入模块可以监视保护装置的动作触点，这样构成测试系统，测试人员可以很方便地考核保护逻辑的正确性及继电保护的性能指标等是否合格。

随着IEC61850标准的提出及电子式电压互感器（EVT）、电子式电流互感器（ECT）技术的发展，EVT和ECT可直接输出数字量信号，变电站中的开关量信号也直接变为数字化开关量信号。保护装置通过网络采集电子互感器的数字量信号，还可采集智能操作单元的数字化开关量信号，并能对智能操作单元实现数字控制。智能变电站继电保护装置的特点决定了传统的输出电压、电流等模拟信号量的继电保护测试装置无法完成对采集数字信号量的数字化保护装置的测试工作，需要采用数字化测试装置完成智能变电站继电保护装置的检测工作。

3.3运行监视和故障分析

开关设备和二次设备之间有开关位置信号、开关控制信号等信息需要传输，在传统变电站中，这些信息均是以模拟方式通过控制电缆进行传输，所以形成了变电站内电缆沟、电缆层中庞大的二次电缆群。这些电缆中的故障很可能造成站内五遥出错，更严重的可能引起保护误动或者拒动，但是在智能变电站中，由于所有的这些二次电缆将被光纤以太网代替，即过程层与间隔层之间、间隔层与变电站层之间都是通过光纤以太网相连接，网络可以很方便地以问答的方式进行自我检测，及时发现故障，同时双环网的应用将极大地增强其可靠性。

在目前的220～500kV站中一般装设专门的故障录波仪，但由于其要录多个回路的电压电流量，所以二次接线相当复杂。智能变电站中各装置交换的信息都按照统一的协议通过光纤以太网传输，通过网络接口就可以非常方便的在网络上设置具有故障录波功能的设备，不仅可以记录电压电流量还可以记录各种控制信息，也可以直接将其集成在综合自动化系统后台中。

另外，新型传感器和微机相配合，独立采集运行数据，可早期检测设备缺陷和故障。连续自我检测和监视开关设备的一次和二次系统，在缺陷变为故障之前发出报警信号，为状态检修提供参考，这就要求运行人员能够辨别所有的报警信号，对后台的信息处理也会变得复杂。而且对智能变电站的各项试验还没有一个相对应的标准规范，对试验结果没有相应的判断依据，还需要积累经验，增加了故障分析处理的难度。

4.结束语

综上所述，智能变电站的运行维护与常规变电站的存在很大不同，作为运行单位必须加强新知识的培训，加快对新设备、新技术的消化和吸收。才能适应智能电网的发展。

参考文献

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