智能變電站技術(shù)特點(diǎn)的研究

1智能變電站的概念

根據《智能變電站技術(shù)導則》的定義，智能變電站是采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設備，以全站信息數字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò )化、信息共享標準化為基本要求，自動(dòng)完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監測等基本功能，并可根據需要支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調節、在線(xiàn)分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高級功能的變電站。它基于IEC61850標準，體現了集成～ 體化、信息標準化、協(xié)同互動(dòng)化的特征。

1.1數字化變電站涵義

數字化變電站是由智能化一次設備和網(wǎng)絡(luò )化二次設備按過(guò)程層、間隔層、站控層三層結構體系分層構建，建立在符合國際標準的IEC61850通信規范基礎之上，能夠實(shí)現變電站內智能電氣設備問(wèn)信息共享和互操作的現代化變電站。數字化變電站使傳統變電站的所有信息采集、傳輸、處理、輸出過(guò)程由過(guò)去的模擬信息全部轉換為數字信息，并建立與之相適應的通信網(wǎng)絡(luò )和系統。數字化變電站強調實(shí)現手段的數字化，而智能電網(wǎng)的建設，對變電站自動(dòng)化系統的一次設備智能化、高級應用、對智能電網(wǎng)的支撐等功能提出了新的要求，數字化變電站技術(shù)是智能變電站的技術(shù)基礎，智能變電站是變電站整體技術(shù)的跨越和未來(lái)變電站發(fā)展的方向。

1.2 智能變電站內涵

智能變電站的設計及建設應遵循“統一規劃、統一標準、統一建設”的原則，應按照DL/T1092三道防線(xiàn)要求，滿(mǎn)足DIJl755三級安全穩定標準;滿(mǎn)足GB廠(chǎng)I、14285繼電保護選擇性、速動(dòng)性、靈敏性、可靠性的要求;遵守《電力二次系統安全防護總體方案》。實(shí)現高壓設備運行狀態(tài)信息采集功能的接收、執行指令，反饋執行信息，實(shí)現保護宿主高壓設備功能的邏輯元件(即測量、控制、保護等單元)應滿(mǎn)足相應行業(yè)標準;建立包含電網(wǎng)實(shí)時(shí)同步運行信息、保護信息、設備狀態(tài)、電能質(zhì)量等各類(lèi)數據的標準化信息模型，滿(mǎn)足基礎數據的完整性及一致性的要求。其采集的變電站數據不僅包含實(shí)時(shí)穩態(tài)、暫態(tài)、動(dòng)態(tài)數據，還要有信息模型、設備在線(xiàn)監測、視頻等數據。

智能變電站是比數字化變電站更先進(jìn)的應用，智能變電站的重要特征體現為“智能性”，即設備智能化與高級智能應用的綜合。

2 智能變電站技術(shù)特點(diǎn)

2.1 智能變電站體系結構

智能變電站系統分為3層：過(guò)程層、間隔層、站控層，如圖1所示。過(guò)程層包含由一次設備和智能組件構成的智能設備、合并單元和智能終端，完成變電站電能分配、變換、傳輸及其測量、控制、保護、計量、狀態(tài)監測等相關(guān)功能。根據國網(wǎng)相關(guān)導則、規范的要求，保護應直接采樣，對于單間隔的保護應直接跳閘，涉及多間隔的保護(母線(xiàn)保護)宜直接跳閘。

智能組件是靈活配置的物理設備，可包含測量單元、控制單元、保護單元、計量單元、狀態(tài)監測單元中的一個(gè)或幾個(gè)。

間隔層設備一般指繼電保護裝置、測控裝置、故障錄波等二次設備，實(shí)現使用一個(gè)間隔的數據并且作用于該問(wèn)隔一次設備的功能，即與各種遠方輸入/輸出、智能傳感器和控制器通信。

站控層包含自動(dòng)化系統、站域控制系統、通信系統、對時(shí)系統等子系統，實(shí)現面向全站或一個(gè)以上～次設備的測量和控制功能，完成數據采集和監視控制(SCA—DA)、操作閉鎖以及同步相量采集、電能量采集、保護信息管理等相關(guān)功能。

站控層功能應高度集成，可在一臺計算機或嵌入式裝置實(shí)現，也可分布在多臺計算機或嵌入式裝置中。

2.2 智能一次設備

高壓設備是電網(wǎng)的基本單元，高壓設備智能化(或稱(chēng)智能設備)是智能電網(wǎng)的重要組成部分，也是區別傳統電網(wǎng)的主要標志之一。利用傳感器對關(guān)鍵設備的運行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監控、進(jìn)而實(shí)現電網(wǎng)設備可觀(guān)測、可控制和自動(dòng)化是智能設備的核心任務(wù)和目標?！陡邏洪_(kāi)關(guān)設備智能化技術(shù)條件》、《油浸式電力變壓器智能化技術(shù)條件》對～次設備智能化做了相關(guān)規定。在滿(mǎn)足相關(guān)標準要求的情況下，可進(jìn)行功能一體化設計，包括以下三個(gè)方面：① 將傳感器或/,u執行器與高壓設備或其部件進(jìn)行一體化設計，以達到特定的監測或/,u控制目的;② 將互感器與變壓器、斷路器等高壓設備進(jìn)行一體化設計，以減少變電站占地面積;③ 在智能組件中，將相關(guān)測量、控制、計量、監測、保護進(jìn)行一體化融合設計，實(shí)現一、二次設備的融合。

2-3 智能設備與順序控制

實(shí)現智能化的高壓設備操作宜采用順序控制，滿(mǎn)足無(wú)人值班及區域監控中心站管理模式的要求;可接收執行監控中心、調度中心和當地后臺系統發(fā)出的控制指令，經(jīng)安全校核正確后自動(dòng)完成符合相關(guān)運行方式變化要求的設備控制，即應能自動(dòng)生成不同的主接線(xiàn)和不同的運行方式下的典型操作票; 自動(dòng)投退保護軟壓板;當設備出現緊急缺陷時(shí)，具備急停功能。

2.4智能變電站應實(shí)現的高級功能

智能變電站戍實(shí)現的高級應用功能包括：設備狀態(tài)監測、基于多信息融合技術(shù)的綜合故障診斷、防誤功能擴展應用、智能告警及事故信息綜合分析決策、智能操作票系統等。

2.4.1 設備狀態(tài)監測

智能變電站設備實(shí)現廣泛的在線(xiàn)監測，使設備狀態(tài)檢修更加科學(xué)可行。在智能變電站中，可以有效地獲取電網(wǎng)運行狀態(tài)數據、各種智能電子裝置的故障和動(dòng)作信息及信號同路狀態(tài);智能變電站中二次設備狀態(tài)特征量__的采集上減少了盲區。但就目前的在線(xiàn)監測發(fā)展水平來(lái)看，尚不具備實(shí)現囊括所有設備在內的全面在線(xiàn)監測的可能性，對變電站內主要一次設備采取有針對性的在線(xiàn)監測技術(shù)可取得較好的投資效益。對主變、HGIS/GIS、避雷器等設備實(shí)現在線(xiàn)監測，監測的參量為主變油色譜、HGIS/GISSF6氣體微水和局部放電、避雷器泄漏電流、次數等。

信息融合又稱(chēng)數據融合，是對多種信息的獲取、表示及其內在聯(lián)系進(jìn)行綜合處理和優(yōu)化的技術(shù)。多信息融合技術(shù)從多信息的視角進(jìn)行處理及綜合，得到各種信息的內在聯(lián)系和規律，從而剔除無(wú)用的和錯誤的信息，保留正確的和有用的成分，最終實(shí)現信息的優(yōu)化。它也為智能信息處理技術(shù)的研究提供了新的觀(guān)念。

狀態(tài)監測與診斷系統是一套變電站設備綜合故障診斷系統依據獲得的被監測設備狀態(tài)信息，采用基于多信息融合技術(shù)的綜合故障診斷模型，結合被監測設備的結構特性和參數、運行歷史狀態(tài)記錄以及環(huán)境因素，對被監測設備工作狀態(tài)和剩余壽命做出評估。

2.4.2 防誤功能擴展應用

智能變電站主要采用了以下防誤閉鎖的關(guān)鍵技術(shù)：

(1)相對于常規變電站的防誤閉鎖，智能變電站增加了監控中心層面的防誤閉鎖邏輯。

(2)順序控制操作方式，所謂順序控制是指通過(guò)監控中心的計算機監控系統下達操作任務(wù)，由計算機系統獨立地按順序分步驟地實(shí)現操作任務(wù)。全站所有隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)防誤操作方式為：遠、近控均采用邏輯防誤加本間隔電氣節點(diǎn)防誤。其中邏輯防誤通過(guò)GOOSE傳輸機制實(shí)現，取消常規HGIS和GIS跨間隔電氣節點(diǎn)閉鎖回路，通過(guò)GOOSE信息實(shí)現跨間隔操作的閉鎖。

2.4.3智能告警及事故信息綜合分析決策

智能變電站監控系統上安裝有智能告警及事故信息綜合分析決策系統51，對信號進(jìn)行分類(lèi)顯示處理，提取故障報警信息，輔助故障判斷及處理(見(jiàn)圖3)。根據變電站邏輯和推理模型，實(shí)現對告警信息的分類(lèi)和信號過(guò)濾，對變電站的運行狀態(tài)進(jìn)行在線(xiàn)實(shí)時(shí)分析和推理，自動(dòng)報告變電站異常并提出故障處理指導意見(jiàn)，為主站提供智能告警，也為主站分析決策提供事件信息。

系統應可以根據告警信號重要性，將每個(gè)告警信號進(jìn)行定義，標注重要等級，以實(shí)現告警信息可按分類(lèi)分頁(yè)顯告警實(shí)時(shí)顯示窗口可由多個(gè)頁(yè)面組成：時(shí)序信息、提示信息、告警信息、事故及變位信息、檢修信息、未復歸告警信息。另外，告警信息可按廠(chǎng)站或間隔進(jìn)行過(guò)濾，即只顯示某個(gè)廠(chǎng)站或間隔的信息。

2.4.4 智能操作票系統

智能操作票系統應當包含順序控制軟件和五防聯(lián)閉鎖軟件的功能。智能操作票系統可以充分利用平臺提供的各項功能以及服務(wù)，共享實(shí)時(shí)SCADA模型及圖形，保護模型，并實(shí)現實(shí)時(shí)態(tài)和模擬態(tài)數據可靠隔離，保證了整個(gè)過(guò)程的安全、實(shí)時(shí)、可靠。系統基于網(wǎng)絡(luò )拓撲的接線(xiàn)模型識別，開(kāi)票規則的用戶(hù)自定制，操作票的智能推理，業(yè)務(wù)表單的自由定制，多種開(kāi)票方式的靈活切換，操作票生命周期的全過(guò)程管理;采用徹底的圖票一體化技術(shù)，即圖中開(kāi)票、票中執行，提高了操作票整個(gè)運轉生命周期的可視性以及直觀(guān)性;嚴格地基于系統拓撲五防的校驗機制以及完善的權限管理機制。保證整個(gè)過(guò)程的安全、實(shí)時(shí)、可靠。

2.4.5 電壓無(wú)功自動(dòng)分析控制

電壓無(wú)功控制系統將區域子系統電壓控制作為第二級控制，以子系統的電壓合格、經(jīng)濟和最少操作次數為目標，實(shí)現子系統內上下級變電站之間的智能協(xié)調控制，實(shí)現子系統內各變電站之間的智能協(xié)調控制。無(wú)功電壓自動(dòng)控制系統首先從調度自動(dòng)化系統采集數據，送入電壓分析模塊和無(wú)功分析模塊進(jìn)行綜合分析，形成變電所主變分接頭調節指令、變電所電容器投切指令、多主變經(jīng)濟運行指令，交由調度中心或集控中心控制系統執行。

3 智能變電站運行管理中的幾點(diǎn)思考

當前電力系統中相當一部分的變電站還是實(shí)行有人值班、設備定期檢修的模式。智能變電站的建設與發(fā)展無(wú)疑給廣大從事電力設計、安裝、調試、檢修、運行人員帶來(lái)挑戰。變電站安全運行將直接影響電網(wǎng)的穩定性，為確保其安全運行，應從以下幾個(gè)方面考慮：

(1)智能變電站設備檢修，應能依托順序控制及工作票自動(dòng)管理系統， 自動(dòng)生成設備和網(wǎng)絡(luò )的安全措施卡，指導檢修設備進(jìn)行可靠、有效的安全隔離。

(2)工作票自動(dòng)管理系統應能根據系統方式的安排和調度員的指令，自動(dòng)生成相關(guān)內容和步驟，并能與順序控制步驟進(jìn)行自校核和自監控。

(3)通過(guò)在線(xiàn)監測和實(shí)時(shí)分析診斷等技術(shù)，能對站內主要設備健康狀況進(jìn)行監測。建立站內全景數據的統一信息平臺，供系統層各高級應用子系統進(jìn)行統一、標準化、規范化的數據存取訪(fǎng)問(wèn)及向調度系統進(jìn)行上送。其中，信息一體化平臺作為未來(lái)變電站的信息出口，可用于變電站的監視與控制，安裝于安全一區;為了確保變電站的安全性要求，信息一體化平臺獨立于目前的監控系統，其實(shí)施不影響站內設備正常的運行和控制。

(4)明確智能輔助控制系統的功能，研究相關(guān)實(shí)現技術(shù)。

4 結語(yǔ)

《智能變電站技術(shù)導則》及相關(guān)規范的出臺，將為智能變電站建設與在運變電站智能化改造提供指導和規范。智能變電站是堅強智能電網(wǎng)的重要基礎和支撐，是變電站建設的發(fā)展方向。本文闡述了智能變電站與數字化變電站的區別，揭示了智能變電站的技術(shù)特點(diǎn)，重點(diǎn)研究了智能變電站對應的高級應用功能。針對智能變電站的運行維護及應急事故處理特點(diǎn)，提出了幾點(diǎn)建議。