变电站的智能化建设及应用

摘要：本文将主要针对变电站智能化的基本结构及特点、变电站智能化一次设备、数字化变电站与IEC61850以及变电站智能化安全预警体系进行简要分析，仅供参考。

关键词：变电站：智能化建设；特点

中图分类号：F407文献标识码： A

一、变电站智能化的基本结构及特点

1、集中式系统结构

集中式一般采用功能较强的计算机并扩展其I／O接口，集中采集变电站的模拟量和数量等信息，集中进行计算和处理，分别完成微机监控、微机保护和自动控制等功能。由前置机完成数据输入输出、保护、控制及监测等功能，后台机完成数据处理、显示、打印及远方通讯等功能。此类结构对监控主机的性能要求较高，且系统处理能力有限，开发手段少，系统在开放性、扩展性和可维护性等方面较差，抗干扰能力不强。

2、分布式系统结构

按变电站被监控对象或系统功能分布的多台计算机单功能设备，将它们连接到能共享资源的网络上实现分布式处理。其结构的最大特点是采用主、从CPU协同工作方式，各功能模块如智能电子设备（IntelligentElectronicDevice，IED）之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，将变电站自动化系统的功能分散给多台计算机来完成。各功能模块(通常是多个CPU)之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，选用具有优先级的网络系统较好地解决了数据传输的瓶颈问题，提高了系统的实时性。其方便系统扩展和维护，局部故障不影响其他模块正常运行。该模式在安装上可以形成集中组屏或分层组屏两种系统组态结构，较多地使用于中、低压变电站。但目前，还存在在抗电磁干扰、信息传输途径及可靠性保证上的问题等。

3、分散（层）分布式结构

分散（层）分布式结构采用“面向对象”设计。所谓面向对象，就是面向电气一次回路设备或电气间隔设备，间隔层中数据、采集、控制单元(I/O单元)和保护单元就地分散安装在开关柜上或其他一次设备附近，相互间通过通信网络相连，与监控主机通信。

二、变电站智能化一次设备

1、GIS设备的基本概念及特点

GIS是SFe全封闭组合电器英文的缩写，全称为Gas-InsulaterSwitchgear。SFs全封闭组合电器体积小，技术性能优良，它是由断路器、母线、隔离开关、接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、电缆终端或出线套管等元件组成。它是金属筒为外壳导电杆和绝缘件封闭在内部并充入一定压力的SF6气体，其绝缘性能灭弧性能都比空气好得多，全封闭组合电器一般户内布置较好，也可使用在户外。

组成SF6气体的硫和氟都是非常活泼的元素，但SF6气体却是一种惰性气体，为无色、无臭、无毒不燃烧的极其稳定的气体。SF6绝缘性能非常好，在1个大气压时与空气相比，其放电电压为空气间隙的2.5-3倍。在均匀电场下，SF6具有比空气高的绝缘性能，而且随着气压的增加，放电电压成正比上升，在3个大气压下SF6气体的工频绝缘强度与变压器油相当。但SF6气体在电弧高温下与水分子和空气等杂质反应可能产生一些有毒物质，从而腐烛断路器内部结构材料并威胁人员安全。

2、GIS的特点

2.1维护工作量小，检修间隔时间长

由于是全封闭断路器，且采用SF6气体作为灭弧介质，触头JH常操作负荷电流，对触头几乎没有什么影响，即便开断故障电流，对触头烧损甚微。制造厂规定其检修间隔可达20年。规定在额定负荷电流下操作2000次才需要解体检修。在故障情况下，断路器触头的烧损显然与故障电流的大小及切断的次数有关。SF6全封闭断路器的日常维护工作量小，仅需定期(1-5年)进行操作机构检查、故障诊断，GISSF6气体微水量测定，操作回路、油回路及油压小开关的检查。

2.2GIS的银合金外壳

许多GIS使用银合金外壳，使用绍合金外壳的特点是，重量轻(约低于钢材重量的1/2)，其相应的土建及安装工作量小。培合金系非磁性材料，可减少祸流发热；招合金本身表面形成一层氧化膜抗腐蚀能力比其他金属强。

2.3抗震性能好

GISSF6全封闭电器，很少有瓷套管之类的脆性元件，设备的高度和重心较敞开式电器要低得多，且本身的金属结构具有足够抗受外力的强度，因而抗震性能好。

2.4抗干扰性能好

由于金属外壳接地的屏蔽作用，能消除无线电干扰、静电感应，同时亦没有偶尔触及带电体的危险，有利于高压配电装置的设备及人身安全。当然，GISSF6全封闭组合电器，对材料性能、加工精度和装配工艺要求很高，对SF6气体的纯度和微水含量有较为严格的要求，断路器本身金属消耗量大、造价较高，但随着电压等级的增加，与敞开式电器相比，由于敞开式整个配电装置的金属消耗量大，因此全封闭组合电器造价及金属消耗量问题就不突出了。

三、数字化变电站与IEC61850

数字化变电站的重要特征是功能分散、数据共享，因此对通信提出了非常严格的要求。IEC61850标准由于面向对象并且包含对过程层的模型描述，因此成为最适合数字化变电站使用的标准。IEC61850标准规定了三层两网的体系结构(三层是指站控层、间隔层、过程层；两网是指以三层设备为节点的两层网络，即站控层网络和过程层网络)。其中，过程层网络由于承担着变电站模拟量、开关量的实时传输，因此必须建立起高效、可靠、开放的网络才能满足需求。目前，过程层网络的主要拓扑结构有SV和GOOSE均点对点传输；SV点对点、GOOSE组网模式；SV和GOOSE共网传输这3种，但这3种拓扑有优缺点。

四、变电站一体化信息平台高级应用的开发

智能化变电站高级应用的实质是输入一输出响应系统。目前智能化变电站的在线监测系统高级应用多是在原先变电站综合自动化的基础上开发的。但国内试点建设的智能化变电站的高级应用皆为二次系统集成商开发，其需求往往是由设计部门提出的，而不是由运行、检修、试验等部门提出的。合理的做法应该是根据供电企业各个部门的整体需求，在一体化信息平台上建立一个基于跨平台数据的高级应用。

目前，不宜刻意为体现智能而开发智能化变电站的高级应用，而智能变电站就其发展趋势而言，可靠、简单即智能。智能化变电站的高级应用目前才刚起步，应在现有自动化水平和信息水平的条件下，为了满足某些实际工作的需求，开发出适当的软件模块或者插件。而信息的多渠道、信息来源的广泛，更有利于综合分析和判断，因此现在做一些基于综合数据的高级应用是有意义的。

五、变电站智能化安全预警体系

1、指标和功能

智能化的安全预警终端具有数据处理和采集的功能，包括通信采集功能：非法入室、入侵电缆沟小动物、非法入院、门禁、明火、烟雾以及空调发生异常时进行报警等。遥测量采集功能:电缆温度、室内湿度以及温度等。检测功能主要包括:运行设备状态监测、空调运行状态监测、各种设备是否处于绝缘状态的检测等。

2、遥控或空接点输出

遥控或空接点输出主要包括两种功能,一个是为空接点提供输出，一个是对排气扇、警示灯进行控制或者遥控。采集模拟量把传感器输出的信号经由保持采样、滤波、放大信号以及选择多路开关通道等采集，对数字进行滤波，通过检查量表对测量值进行计算，再显示或者上传数据。

3、测量遥信

采用光电藕合芯片对通信量的输入进行隔离，以防外界干扰的串入。输入外部的遥信量需要一对常闭或者常开开关作为空接点的辅助措施，在无人看守变电站中的智能化安全预警体系中提供15伏的电源进行隔离供电。中央处理器扫描通信量的时间为160ms，再配合软件中的去抖动法对其进行预测计算。

4通信串口

可以选择波特率为4800bps[5]、1200bps、6000bps以及2400bps的串口。数据格式主要是二进制码、数据位八位、无校验以及停止一位，起始一位等。在进行循环串口按部颁运动的时候对遥测数据、遥信数据(十六进制)进行发送，大约发送一次报文的时间为一秒。

结束语

变电所智能化对于实现电网运行管理现代化和调度自动化，提高电网的安全性和经济性起到了很大的促进作用，它将大大加强电网的一次和二次系统的效能和可靠性，对保证电网安全稳定运行具有重要意义。

参考文献

[1]康凯.农村电网智能化建设的思考[J].中小企业管理与科技(中旬刊),2014,02:277-278.

[2]梁业青.智能变电站一次设备智能化的探讨和展望[J].科技广场,2014,02:79-83.

[3]田鹏.变电站智能化技术的综合运用[J].科技视界,2014,03:260.

[4]张继勋.如何对变电站进行智能化运用[J].科技视界,2014,03:272.