智能变电站的设计与实际应用

张懿

【摘要】本文分析了智能变电站自动化系统的构架，提出了区别于传统变电站的主要技术，以及这些技术在220kV云会变的具体应用。然后，介绍了220kV云会变的主要技术特点。最后，对未来的智能变电站的发展做了展望。

【关键词】智能变电站；电子式互感器；智能终端；合并单元

随着我国电网规模的扩大，信息化程度的不断提高，国家电网公司提出了“坚强智能电网”的概念，因此，建立智能化变电站势在必行。

智能变电站以数字化变电站[1]为依托，通过采用先进的传感器、电子、信息、通信、控制、智能分析软件等技术，建立全站所有信息采集、传输、分析、处理的数字化统一应用平台，实现变电站自动运行控制，设备状态检修、运行状态自适应、分布协调控制、智能分析决策等高级应用功能，提高管理和运行水平。

1.智能变电站自动化系统的构架

智能变电站内主要的一、二设备应为智能设备，这是变电站实现数字化的基础。设备间信息传输的方式主要为网络通信方式，取代传统的二次电缆等硬接线。

智能变电站的设备分为三层：站控层，间隔层，过程层。各层之间的联系均采用光缆。

站控层包括站级计算机和人机设备、服务器或路由器等设备。站控层实现变电站的监测控制、报警、操作闭锁、记录和自诊断功能、继电保护整定值变更、故障分析及变电站的远方控制等。

2.智能变电站的主要技术及其应用

本文以220kV云会变为例，简单介绍一下智能变电站的主要技术的介绍及其这些技术在实际案例中的应用。

2.1电子式互感器

智能变电站采用的是电子式互感器[2]。与常规互感器相比较，电子式互感器的优点是安全性高，具有优良的绝缘性能和优越的性价比，暂态特性好，无TA开路、TV短路的危险，互感器的精度与负载无关动态范围大，测量精度高，而且消除了磁饱和和铁磁谐振等问题，同时，它具有体积小、重量轻的特点。其缺点是可靠性不如常规电磁式互感器。

220kV云会变的一次设备采用GIS设备，互感器选用的是有源式电子互感器。

电流互感器为线圈型电子式电流互感器（ECT）。它以电磁式电流互感器为基础，高压侧采用低功率电流互感器和罗可夫斯基线圈采样，经过滤波、积分变换及A/D转换后变成数字信号，再通过电光转换电路将数字信号变为光信号，然后通过光纤将数字光信号传送到与低压侧相连的合并单元。

2.2合并单元

合并单元（MU）是ECT／EVT与保护、测控等设备接口的重要组成部分，主要功能是同步采集多路电子式互感器输出的数字信号，并按照规定格式发送给保护、测控、故障录波、报文记录分析、电能表等设备。

合并单元接入信号包括：电子式互感器输出的数字采样值、智能化一次设备的开关信号、传统互感器的模拟信号等。当未在一个电压等级全部配置电子式互感器、变压器各侧未同时配置电子式互感器时，可在合并单元同时接入数字信号和模拟信号，仅同步后输出至母线保护或变压器保护。合并单元与二次设备之间一般通过光纤相连，按照IEC61850-9-1/2或IEC60044-8的规范进行通信。

220kV云会变采用的是OEMU700系列合并器，为高压侧数据处理系统。合并单元向保护测控装置、故障录波、电能计量等传输的电流、电压采样值通过光纤直连的形式完成，同时合并单元与间隔层其他设备通过以太网连接获取相关GOOSE报文（比如用于同期合闸的闸刀位置）。

2.3智能终端

智能终端又称智能操作箱，是一种智能组件。它与一次设备采用电缆连接，与保护、测控等二次设备采用光纤连接，实现对一次设备的测量、控制等功能。

其原理是接收保护和测控装置通过GOOSE网下发的断路器或刀闸的分、合及闭锁命令，然后转换成相应的继电器硬接点输出。

220kV云会变的220kV部分采用的PCS-222B装置，它是由微机实现的智能操作箱，可与220kV及以上电压等级分相或三相操作的双跳圈断路器配合使用。110kV部分采用的是JFZ-600S装置。上述装置均支持实时GOOSE通信，通过与保护和测控等装置相配合能够实现对断路器、刀闸的分合操作，同时能够就地采集断路器、刀闸等一次设备的开关量信号，满足GOOSE点对点直跳的需求。

3.220kV云会变的技术特点

220kV云会变基本实现了一次设备的智能化、二次设备的数字化、网络结构标准化，并配置了在线监测系统、智能高级应用等功能[3]，其技术特点介绍如下：

3.1二次设备的数字化和网络化

（1）通过电子式互感器、采集器实现二次设备的数字化，将二次设备的模拟量转换为数字量。

（2）通过合并单元实现电子式互感器电流、电压量的采集，并通过GOOSE交换机将二次信号变为基于网络传输的数字化信息。

3.2一次设备的智能化

（1）采用常规一次设备+智能单元方式实现220kV、110kV系统一次设备的智能化，通过智能终端完成断路器、隔离开关等设备的跳合闸回路、位置信号采集回路等。

（2）主变本体非电量信号，如档位、风扇运行状态、重瓦斯、轻瓦斯、油温、绕组温度、压力释放等通过变压器智能终端采集。

3.3通信网络的标准化

（1）网络结构分为站控层、间隔层和过程层，网络系统构成分为站控层网络和过程层网络。

（2）站内分别设置GOOSE网和MMS网。其中GOOSE网为双重化配置，网络形式均采用光纤星形网。保护直接采样，直接跳断路器。

（3）通过按照IEC61850及DL/T860中的系统结构，实现了通信网络的标准化，实现了设备间的互操作性。

3.4一次设备的在线监测

（1）云会变配置有一次设备在线监测系统，主要是对主变、GIS、避雷器、35kV开关柜等高压电气设备进行全面监测，分析诊断各监测参数，进行故障定位、故障预警、远程监测，防止高压电气设备事故的发生。

（2）在线监测系统采用分层分布式结构，由传感器、现场采集单元、智能单元和监测中心服务器组成。

3.5高级应用功能

220kV云会变实现了一键式顺序控制、故障信息分析决策与智能告警、源端维护等高级应用功能。

3.6智能辅助系统

220kV云会变采用统一“智能巡检与安防辅助控制系统”，对传统的图像监控、红外测温、安全预警、火灾报警、消防、照明、给排水和采暖通风系统进行整合，实现传统多个系统的功能。

4.总结

智能变电站系统采用组合式智能电气设备，缩小了开关场占地面积；电子式互感器和光纤网络通信技术取代了传统大量的二次电缆，控制室面积、控制屏个数、屏上端子数等大幅减少，原来基于硬接线的信号联络方式转变为基于光纤网络的软接线方式。先进性、可靠性、智能化将给电网企业带来极大的经济效益。虽然智能变电站技术及产品有待完善，但是它有传统产品不可比拟的许多优点。随着智能变电站的发展和完善，未来智能变电站必将在智能电网中发挥至关重要的作用，将对整个电网的运行和控制产生深远的影响。[科]

【参考文献】

［１］高翔.数字化变电站应用技术[M].北京：中国电力出版社，2008.

［２］程莉.应用于智能变电站的电子式互感器选型分析[J].江苏电机工程，2010，29（4）：62-64.

［３］陈文升，唐宏德.数字化变电站关键技术研究与工程实现[J].华东电力，2009，37（1）124-128.