智能化变电站建设（专业论文）

摘要：智能化变电站可认为是采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。

一、概述

近年来，智能电网的发展逐渐成为我电力系统行业发展的带头龙。为促进电网的发展，我国家电网提出以下发展战略：一个目标，以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强智能电网;两条主线，技术上实现信息化、自动化、互动化管理上实现集团化、集约化、精益化、标准化;三个阶段，2009-2010年： 规划试点阶段，2011-2015年： 全面建设阶段，2016-2020年： 引领提升阶段;四个体系，电网基础体系 技术支撑体系，智能应用体系 标准规范体系;五个内涵，坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动;六个环节，发电输电 变电 配电 用电 调度。

智能电网正是今年来发展下的必然产物，智能电网的建设思路：“三统一”原则，统一规划、统一标准、统一建设。工作方针：统筹规划、统一标准、试点先行、整体推进。

二、建设原则

2.1充分体现数字化设计理念

2.11一次设备智能化和二次设备网络化。

2.12使变电站的整体设计、建设、运行成本降低 。

2.2一次设备智能化主要体现在电子式互感器和智能断路器的应用

2.21有效地减少变电站占地面积和电磁式CT饱和问题。

2.22应用合并器解决数据采集设备重复投资问题。

2.23利用网络替代二次电缆，有效解决二次电缆交直流串扰问题，并简化了施工。

2.24敞开式断路器：灭弧能量I2t监测、隔离刀闸测温、在线五防联锁

2.25主变状态监测

2.3二次设备网络化主要体现在系统结构的三层两网

2.31站控层、间隔层、过程层

2.32站控层和间隔层以基于IEC61850标准的互联互操作为重心，实现数据共享。

2.33过程层以可靠性和稳定性为首要设计原则。

2.4高级应用：集约化、网络化、智能化的自动化功能

2.41保护测控集成优化

2.42在线式一体化五防

2.43程序化控制与系统联锁

2.44设备状态监测及检修

2.45事故异常专家分析系统

2.46智能检测及控制(物联网)

2.47无人巡视支撑平台

三、智能变电站技术原则

3.1智能变电站智能设备

3.11具有信息数字化、功能集成化、结构紧凑化、状态可视化等主要技术特征

3.12符合易扩展、易升级、易改造、易维护的工业化应用要求

3.2智能变电站的设计及建设

3.21应按照DL/T 1092三道防线要求

3.22满足 DL/T 755三级安全稳定标准

3.23满足GB/T 14285继电保护选择性速动性、灵敏性、可靠性的要求。

3.3智能变电站的测量、控制、保护等装置应满足GB/T 14285、DL/T 769、DL/T 478、GB/T 13729的相关要求，后台监控功能应参考DL/T 5149的相关要求。

3.4智能变电站的通信网络与系统应符合DL/T 860标准。

四、智能变电站在当今电网生存的优势

智能变电站是智能电网的重要内容，变电领域的发展重点是智能变电站，智能变电站对智能电网的建设将起到先驱作用。

智能变电站的主要优势：

• 光纤代替电缆，设计安装调试都变得简单

• 模拟量输入回路和开关量输入输出回路都被通信网络所取代，二次设备硬件系统大为简化

• 统一的信息模型，避免了规约转换，信息可以充分共享

• 可观测性和可控性增强，产生新型应用：如状态监测、站域保护控制

主要体现在以下几个方面：引进了电子式互感器、合并单元智能终端、交换机等新装置;采用了IEC 61850标准、IEEE 1588新标;其中继电保护系统、通信网络结新体系结;同时研发了一些新功能。

而智能变电站本质优点主要体现在：过程设备数字化，主要为电子式互感器/合并单、智能终;信息传输的网络化，主要为IEC 61850标及网络通信技术。

五、电子式互感器/合并单元，智能终端

5.1电子式互感器/合并单元：

5.1.1传统电磁式互感器的缺点：绝缘问题：绝缘困难，含油有爆炸危险，造价高;测量准确问题：含铁芯，具有非线性特性，存在饱和问题，不能反映系统故障时非周期性分量;频带响应特性较差，频带窄;信号输出问题：模拟电信号(1A/5A，100V/57.7V);运行安全问题：电压互感器不能短路，电流互感器不能开路，电压互感器存在铁磁谐振问题。

5.1.2电子式互感器/合并单元主要技术参数

•传感原理的变化：变压器原理 VS 光学原理等

•有源：强电/弱电变换，高压侧需要电源

•无源：电/光变换，高压侧无需电源

•电子式互感器的配置：线路EVT可按三相配置

•合并单元的作用：采集、同步、共享

•合并单元的配置：基本按照互感器组配置

5.2智能终端

5.2.1智能终端的主要功能：一次设备的数字接口：

1)接收保护动作信息/分合闸信号/控制信接收各种对一次设备的操作命令。

2)上传开关刀闸位置信号

5.2.2智能终端应具备的附加功能

• 智能控制功能

– 系统故障时快速开断，其它情况低速开断，提高寿命

– 选相分闸：各相在各自的电流过零点依次分闸，提高开断能力

– 集成检同期和自动重合闸功能(试探—à自适应)

• 状态监视与状态检修

– 跳闸回路的完好性，弹簧储能，气体压力，线圈监视等

– 状态评估/故障预报/检修计划

六、IEC 61850标准

6.1 IEC 61850标准

IEC61850是国际电工委员会(IEC)TC57工作组制定的《变电站通信网络和系统》系列标准，是基于网络通信平台的变电站自动化系统唯一的国际标准。IEC61850规范了数据的命名、数据定义、设备行为、设备的自描述特征和通用配置语言，使不同智能电气设备间的信息共享和互操作成为可能。不仅规范保护测控装置的模型和通信接口，而且还定义了电子式CT、PT、智能化开关等一次设备的模型和通信接口。

IEC61850不仅仅是一个单纯的通信规约，而且是数字化变电站自动化系统的标准，指导了变电站自动化的设计、开发、工程、维护等各个领域。IEC61850是国际电工委员会(IEC)TC57工作组制定的《变电站通信网络和系统》系列标准，是基于网络通信平台的变电站自动化系统唯一的国际标准。IEC61850规范了数据的命名、数据定义、设备行为、设备的自描述特征和通用配置语言，使不同智能电气设备间的信息共享和互操作成为可能。不仅规范保护测控装置的模型和通信接口，而且还定义了电子式CT、PT、智能化开关等一次设备的模型和通信接口。

IEC61850不仅仅是一个单纯的通信规约，而且是数字化变电站自动化系统的标准，指导了变电站自动化的设计、开发、工程、维护等各个领域。所谓互操作性,即同一厂家或不同厂家的多个IED要具有交换信息并使用这些信息进行协同操作的能力。互操作性具体是指能够工作在同一个网络上或者通信通路上共享信息和命令的能力,这里还有智能电子装置(IEDS)的互换性,由一个制造厂的装置可以用另一个制造厂的装置所代替而不用造成改变系统中其他元件。IEC61850标准:通过对变电站自动化系统中的对象统一建模，采用面向对象技术和独立于网络结构的抽象通信服务接口，增强了设备之间的互操作性，可以在不同厂家的设备之间实现无缝连接，实现完全互操作。

特点：信息分层(站控层、间隔层、过程层;面向对象建模和信息自我描述，适应开放互操作性要求;采用抽象通信服务接口，适应通信网络技术迅猛发展;传输采样测量值;快速传输变化值(GOOSE)

七、总结

智能化变电站作为变电站的发展方向，主要解决现有变电站可能存在的以下问题：传统互感器的绝缘、饱和、谐振等;长距离电缆、屏间电缆;通信标准等。

智能化变电站与传统变电站相比，主要需对过程层和间隔层设备进行升级，将一次系统的模拟量和开关量就地数字化，用光纤代替现有的电缆连接，实现过程层设备与间隔层设备之间的通信。

数字化建设的优点：

1、IEC61850的应用带来变电站物理结构和调试的变化和优点：

数据的共享通过网络交换完成，解决了传统变电站智能装置间难以实现的信息共享和互操作性; IEC61850标准采用了最新的网络通信技术，借助于高带宽、高效率的网络通信平台，改变了过去按点孤立传送信息的模式，使信息按对象整体传送，不仅使通信更有效率，也使信息更加全面，为变电站实现网络化、信息化奠定了基础。同时网络化的通信平台简化了二次回路的设计，减少了二次电缆的使用，使变电站的建设更经济，更环保。

IEC61850解决了过去变电站内、变电站与远方调度中心间存在的多种协议不一致带来的调试困难、容易出错、难以维护的问题，为变电站自动化系统整体实现无缝通信奠定了基础，采用IEC61850标准的设备之间互操作性好，调试维护难度低。

IEC61850标准还通过了工程配置的标准化，提高工程调试的安全性、可靠性，可以有效缩短工程调试的周期。数字化站系统集成商根据SSD文件和各厂家ICD文件，通过SCD配置工具生成变电站的数据文件SCD文件，后台监控支持SSD文件生成一次接线图和联闭锁关系，各个厂家使用SCD文件生成CID文件、GOOSE文本、SMV文本直接下载，不需要二次修改配置，提高了数字化站实施的效率和正确率。

2、由于全站取消了所有控制电缆和信号电缆，代之以光纤，大大节省了有色金属并便于施工;

3、由于采用了智能终端和GIS智能控制技术，节约了大量的电缆;

由于智能化变电站信息平台是开放的统一的，可以避免设备的重复投入，比如测量TA、保护TA、计量TA、差动TA等多组互感器现在只需要一组电子式互感器就可以解决;

4、智能化一次设备布置紧凑，减少了占地面积;采用智能一次设备所有功能均可遥控实现，通信系统传输的信息更完整，通信的可靠性和实时性都大幅度提高;

5、智能化变电站安装调试简便，大大缩短了建设周期;数字化变电站非常方便实现设备在线检测，为实现状态检修创造了条件，它将大大提高了设备的使用效率，缩短停电时间，带来良好的经济效益。

参考文献：

【1】国家电网公司2011年新建变电站设计补充规定的通知.2011，(3)

【2】国家电网科〔2010〕530号(关于印发《智能变电站继电保护技术规范》的通知).

【3】国网公司企业标准Q/GDW383-2009《智能变电站技术导则》