摘要：智能化變電站可認為是采用先進、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監(jiān)測等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能的變電站。
一、概述
近年來，智能電網(wǎng)的發(fā)展逐漸成為我電力系統(tǒng)行業(yè)發(fā)展的帶頭龍。為促進電網(wǎng)的發(fā)展，我國家電網(wǎng)提出以下發(fā)展戰(zhàn)略：一個目標，以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強智能電網(wǎng);兩條主線，技術上實現(xiàn)信息化、自動化、互動化管理上實現(xiàn)集團化、集約化、精益化、標準化;三個階段，2009-2010年： 規(guī)劃試點階段，2011-2015年： 全面建設階段，2016-2020年： 引領提升階段;四個體系，電網(wǎng)基礎體系 技術支撐體系，智能應用體系 標準規(guī)范體系;五個內(nèi)涵，堅強可靠、經(jīng)濟高效、清潔環(huán)保、透明開放、友好互動;六個環(huán)節(jié)，發(fā)電輸電 變電 配電 用電 調(diào)度。
智能電網(wǎng)正是今年來發(fā)展下的必然產(chǎn)物，智能電網(wǎng)的建設思路：“三統(tǒng)一”原則，統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標準、統(tǒng)一建設。工作方針：統(tǒng)籌規(guī)劃、統(tǒng)一標準、試點先行、整體推進。
二、建設原則
2.1充分體現(xiàn)數(shù)字化設計理念
2.11一次設備智能化和二次設備網(wǎng)絡化。
2.12使變電站的整體設計、建設、運行成本降低 。
2.2一次設備智能化主要體現(xiàn)在電子式互感器和智能斷路器的應用
2.21有效地減少變電站占地面積和電磁式CT飽和問題。
2.22應用合并器解決數(shù)據(jù)采集設備重復投資問題。
2.23利用網(wǎng)絡替代二次電纜，有效解決二次電纜交直流串擾問題，并簡化了施工。
2.24敞開式斷路器：滅弧能量I2t監(jiān)測、隔離刀閘測溫、在線五防聯(lián)鎖
2.25主變狀態(tài)監(jiān)測
2.3二次設備網(wǎng)絡化主要體現(xiàn)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的三層兩網(wǎng)
2.31站控層、間隔層、過程層
2.32站控層和間隔層以基于IEC61850標準的互聯(lián)互操作為重心，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。
2.33過程層以可靠性和穩(wěn)定性為首要設計原則。
2.4高級應用：集約化、網(wǎng)絡化、智能化的自動化功能
2.41保護測控集成優(yōu)化
2.42在線式一體化五防
2.43程序化控制與系統(tǒng)聯(lián)鎖
2.44設備狀態(tài)監(jiān)測及檢修
2.45事故異常專家分析系統(tǒng)
2.46智能檢測及控制(物聯(lián)網(wǎng))
2.47無人巡視支撐平臺
三、智能變電站技術原則
3.1智能變電站智能設備
3.11具有信息數(shù)字化、功能集成化、結(jié)構(gòu)緊湊化、狀態(tài)可視化等主要技術特征
3.12符合易擴展、易升級、易改造、易維護的工業(yè)化應用要求
3.2智能變電站的設計及建設
3.21應按照DL/T 1092三道防線要求
3.22滿足 DL/T 755三級安全穩(wěn)定標準
3.23滿足GB/T 14285繼電保護選擇性速動性、靈敏性、可靠性的要求。
3.3智能變電站的測量、控制、保護等裝置應滿足GB/T 14285、DL/T 769、DL/T 478、GB/T 13729的相關要求，后臺監(jiān)控功能應參考DL/T 5149的相關要求。
3.4智能變電站的通信網(wǎng)絡與系統(tǒng)應符合DL/T 860標準。
四、智能變電站在當今電網(wǎng)生存的優(yōu)勢
智能變電站是智能電網(wǎng)的重要內(nèi)容，變電領域的發(fā)展重點是智能變電站，智能變電站對智能電網(wǎng)的建設將起到先驅(qū)作用。
智能變電站的主要優(yōu)勢：
• 光纖代替電纜，設計安裝調(diào)試都變得簡單
• 模擬量輸入回路和開關量輸入輸出回路都被通信網(wǎng)絡所取代，二次設備硬件系統(tǒng)大為簡化
• 統(tǒng)一的信息模型，避免了規(guī)約轉(zhuǎn)換，信息可以充分共享
• 可觀測性和可控性增強，產(chǎn)生新型應用：如狀態(tài)監(jiān)測、站域保護控制
主要體現(xiàn)在以下幾個方面：引進了電子式互感器、合并單元智能終端、交換機等新裝置;采用了IEC 61850標準、IEEE 1588新標;其中繼電保護系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡結(jié)新體系結(jié);同時研發(fā)了一些新功能。
而智能變電站本質(zhì)優(yōu)點主要體現(xiàn)在：過程設備數(shù)字化，主要為電子式互感器/合并單、智能終;信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡化，主要為IEC 61850標及網(wǎng)絡通信技術。
五、電子式互感器/合并單元，智能終端
5.1電子式互感器/合并單元：
5.1.1傳統(tǒng)電磁式互感器的缺點：絕緣問題：絕緣困難，含油有爆炸危險，造價高;測量準確問題：含鐵芯，具有非線性特性，存在飽和問題，不能反映系統(tǒng)故障時非周期性分量;頻帶響應特性較差，頻帶窄;信號輸出問題：模擬電信號(1A/5A，100V/57.7V);運行安全問題：電壓互感器不能短路，電流互感器不能開路，電壓互感器存在鐵磁諧振問題。
5.1.2電子式互感器/合并單元主要技術參數(shù)
•傳感原理的變化：變壓器原理 VS 光學原理等
•有源：強電/弱電變換，高壓側(cè)需要電源
•無源：電/光變換，高壓側(cè)無需電源
•電子式互感器的配置：線路EVT可按三相配置
•合并單元的作用：采集、同步、共享
•合并單元的配置：基本按照互感器組配置
5.2智能終端
5.2.1智能終端的主要功能：一次設備的數(shù)字接口：
1)接收保護動作信息/分合閘信號/控制信接收各種對一次設備的操作命令。
2)上傳開關刀閘位置信號
5.2.2智能終端應具備的附加功能
• 智能控制功能
– 系統(tǒng)故障時快速開斷，其它情況低速開斷，提高壽命
– 選相分閘：各相在各自的電流過零點依次分閘，提高開斷能力
– 集成檢同期和自動重合閘功能(試探—à自適應)
• 狀態(tài)監(jiān)視與狀態(tài)檢修
– 跳閘回路的完好性，彈簧儲能，氣體壓力，線圈監(jiān)視等
– 狀態(tài)評估/故障預報/檢修計劃
六、IEC 61850標準
6.1 IEC 61850標準
IEC61850是國際電工委員會(IEC)TC57工作組制定的《變電站通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)》系列標準，是基于網(wǎng)絡通信平臺的變電站自動化系統(tǒng)唯一的國際標準。IEC61850規(guī)范了數(shù)據(jù)的命名、數(shù)據(jù)定義、設備行為、設備的自描述特征和通用配置語言，使不同智能電氣設備間的信息共享和互操作成為可能。不僅規(guī)范保護測控裝置的模型和通信接口，而且還定義了電子式CT、PT、智能化開關等一次設備的模型和通信接口。
IEC61850不僅僅是一個單純的通信規(guī)約，而且是數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的標準，指導了變電站自動化的設計、開發(fā)、工程、維護等各個領域。IEC61850是國際電工委員會(IEC)TC57工作組制定的《變電站通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)》系列標準，是基于網(wǎng)絡通信平臺的變電站自動化系統(tǒng)唯一的國際標準。IEC61850規(guī)范了數(shù)據(jù)的命名、數(shù)據(jù)定義、設備行為、設備的自描述特征和通用配置語言，使不同智能電氣設備間的信息共享和互操作成為可能。不僅規(guī)范保護測控裝置的模型和通信接口，而且還定義了電子式CT、PT、智能化開關等一次設備的模型和通信接口。
IEC61850不僅僅是一個單純的通信規(guī)約，而且是數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的標準，指導了變電站自動化的設計、開發(fā)、工程、維護等各個領域。所謂互操作性,即同一廠家或不同廠家的多個IED要具有交換信息并使用這些信息進行協(xié)同操作的能力?；ゲ僮餍跃唧w是指能夠工作在同一個網(wǎng)絡上或者通信通路上共享信息和命令的能力,這里還有智能電子裝置(IEDS)的互換性,由一個制造廠的裝置可以用另一個制造廠的裝置所代替而不用造成改變系統(tǒng)中其他元件。IEC61850標準:通過對變電站自動化系統(tǒng)中的對象統(tǒng)一建模，采用面向?qū)ο蠹夹g和獨立于網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的抽象通信服務接口，增強了設備之間的互操作性，可以在不同廠家的設備之間實現(xiàn)無縫連接，實現(xiàn)完全互操作。
特點：信息分層(站控層、間隔層、過程層;面向?qū)ο蠼：托畔⒆晕颐枋觯m應開放互操作性要求;采用抽象通信服務接口，適應通信網(wǎng)絡技術迅猛發(fā)展;傳輸采樣測量值;快速傳輸變化值(GOOSE)
七、總結(jié)
智能化變電站作為變電站的發(fā)展方向，主要解決現(xiàn)有變電站可能存在的以下問題：傳統(tǒng)互感器的絕緣、飽和、諧振等;長距離電纜、屏間電纜;通信標準等。
智能化變電站與傳統(tǒng)變電站相比，主要需對過程層和間隔層設備進行升級，將一次系統(tǒng)的模擬量和開關量就地數(shù)字化，用光纖代替現(xiàn)有的電纜連接，實現(xiàn)過程層設備與間隔層設備之間的通信。
數(shù)字化建設的優(yōu)點：
1、IEC61850的應用帶來變電站物理結(jié)構(gòu)和調(diào)試的變化和優(yōu)點：
數(shù)據(jù)的共享通過網(wǎng)絡交換完成，解決了傳統(tǒng)變電站智能裝置間難以實現(xiàn)的信息共享和互操作性; IEC61850標準采用了最新的網(wǎng)絡通信技術，借助于高帶寬、高效率的網(wǎng)絡通信平臺，改變了過去按點孤立傳送信息的模式，使信息按對象整體傳送，不僅使通信更有效率，也使信息更加全面，為變電站實現(xiàn)網(wǎng)絡化、信息化奠定了基礎。同時網(wǎng)絡化的通信平臺簡化了二次回路的設計，減少了二次電纜的使用，使變電站的建設更經(jīng)濟，更環(huán)保。
IEC61850解決了過去變電站內(nèi)、變電站與遠方調(diào)度中心間存在的多種協(xié)議不一致帶來的調(diào)試困難、容易出錯、難以維護的問題，為變電站自動化系統(tǒng)整體實現(xiàn)無縫通信奠定了基礎，采用IEC61850標準的設備之間互操作性好，調(diào)試維護難度低。
IEC61850標準還通過了工程配置的標準化，提高工程調(diào)試的安全性、可靠性，可以有效縮短工程調(diào)試的周期。數(shù)字化站系統(tǒng)集成商根據(jù)SSD文件和各廠家ICD文件，通過SCD配置工具生成變電站的數(shù)據(jù)文件SCD文件，后臺監(jiān)控支持SSD文件生成一次接線圖和聯(lián)閉鎖關系，各個廠家使用SCD文件生成CID文件、GOOSE文本、SMV文本直接下載，不需要二次修改配置，提高了數(shù)字化站實施的效率和正確率。
2、由于全站取消了所有控制電纜和信號電纜，代之以光纖，大大節(jié)省了有色金屬并便于施工;
3、由于采用了智能終端和GIS智能控制技術，節(jié)約了大量的電纜;
由于智能化變電站信息平臺是開放的統(tǒng)一的，可以避免設備的重復投入，比如測量TA、保護TA、計量TA、差動TA等多組互感器現(xiàn)在只需要一組電子式互感器就可以解決;
4、智能化一次設備布置緊湊，減少了占地面積;采用智能一次設備所有功能均可遙控實現(xiàn)，通信系統(tǒng)傳輸?shù)男畔⒏暾?，通信的可靠性和實時性都大幅度提高;
5、智能化變電站安裝調(diào)試簡便，大大縮短了建設周期;數(shù)字化變電站非常方便實現(xiàn)設備在線檢測，為實現(xiàn)狀態(tài)檢修創(chuàng)造了條件，它將大大提高了設備的使用效率，縮短停電時間，帶來良好的經(jīng)濟效益。
參考文獻：
【1】國家電網(wǎng)公司2011年新建變電站設計補充規(guī)定的通知.2011，(3)
【2】國家電網(wǎng)科〔2010〕530號(關于印發(fā)《智能變電站繼電保護技術規(guī)范》的通知).
【3】國網(wǎng)公司企業(yè)標準Q/GDW383-2009《智能變電站技術導則》
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