智能变电站技术应用探讨

智能变电站技术应用探讨

郭春英

（北京恒华伟业科技股份有限公司）

摘要：为了提高变电站的工作效率及质量，从而保证变电站处于正常运转状态，进而为电力企业积累更多技术经验，便有必要在综述变电站概念的基础上，分析智能变电站的核心技术，以技术应用现状为切入点，就提出具体的技术发展趋势进行深入探究。然而，从现阶段我国变电站的技术应用水平来看，仍停留于粗放型阶段，尚存在较多问题亟待解决。

关键词：智能变电站；发电技术；应用措施

近年来，随着我国经济的不断发展，城市规模不断扩大，电力企业的数量不断增多，变电站技术水平已取得一定的进步与发展。同时，为了顺应时代发展潮流，满足日益增长的用电需求，电力企业的工作重心逐步向应用智能变电站技术转变。其中，变电指利用设备改变电压等级的过程，常用输电电压等级多为30至60千伏、110至220千伏、500千伏及765千伏；变电站指改变电压的工程，由变压器及控电开关共同组成，便于拓展电能输送区域[1]。按规模大小，变电工程可分为变电所及变电站，变电站规模普遍超过变电所，变电所主要负责电压等级不超过110千伏的降压变电，变电站主要负责各种电压等级升降压变电。鉴于此，本文针对智能变电站技术应用的研究具有重要意义。

1.智能变电站的核心技术

1.1IEC61850标准

IEC61850标准由IEC标准化委员会统一制定，主要负责自动化变电站系统，定义变电站内智能电子装置的通讯标准及系统要求，便于解决变电站内部设备操作及信息资源共享的问题。相较于常规通讯标准，IEC61850标准以面向主体建模技术为主以变电站配置语言为辅，利用抽象通讯服务接口、特定服务映射、功能分层结构实现统一建模描述全站所有设备，增强设备间互相操作能力，于不同厂家设备间无缝衔接，进一步提高变电站的工作效率。

同时，按IEC61850标准，智能变电站自动化系统可分为站控层、间隔层、过程层[2]。其中，站控层多为变电站后台自动化系统，主要负责控制全站一次设备、监控警告全站二次设备异常、实时获取全站一次设备监控数据；间隔层主要负责计量、测控、保护二次设备，发挥二次测控系统功能及机电保护功能；过程层多为二次设备及一次设备的结合面，主要负责在线监控二次设备、合并智能终端及单元[3]。

1.2电子式互感器

按导电类型，电子式互感器可分为无源电子式互感器及有源电子式互感器。其中，无源电子式互感器由光电压互感器及光电流互感器共同组成，形成“光纤传输+光纤传感”模式，其传感头普遍为光学器件，例如：磁光玻璃或光纤陀螺等，以出射光及入射光偏转角为基础计算电流及电压数值输出数字信号，改变原有的数据采集模式；有源电子式互感器的传感头借助部分工作电源利用罗戈夫斯基线圈传输变电流，形成“光纤传输＋电气传感”模式，但是由于使用空心线圈造成互感器不易饱和，传感线性度良好。

1.3智能一次设备

从理论角度来看，理论智能化一次设备具备手动操作、智能控制、在线监测等电子化功能。其中，在线监测的范围复杂，涉及小信号、设备动作速度、开关电使用年限、温度、压力、气体密度、跳合闸电流等参数；智能控制具备计算最佳开断时间、控制变电顺序、控制开关柜内环境、控制分合闸脉冲、保护开关本体、网络通信联锁等功能[4]。此外，智能化一次设备对外可提供多个或1个光纤接口，便于间隔层设备间参数共享。

1.4网络通讯技术

作为智能变电站技术的应用特点，网络通讯技术以过程层为依托实现网络化二次设备。其中，网络化过程层指利用光纤以太网传输手段传输常规变电站内开关量信号、非实时模拟量信号、实时模拟量信号实现站内信息全景共享的过程，突破常规电缆传输模式的局限，具备稳定性、高效性、安全性等优势。值得注意的是，有资料表明，IEC61850标准体系已定义2种服务模式进行对应信号传输，即SV服务模式及GOOSE服务模式。其中，SV服务模式主要用于采样值传输服务；GOOSE服务模式主要负责变电站遭遇突发事件时快速传输，例如：故障录波启动或跳闸等。

2.智能变电站技术的应用现状

2.1电子式互感器

相较于电磁式互感器，电子式互感器的优势明显，不仅简化绝缘结构，绝缘效果良好，特别是处于不含铁芯罗氏线圈互感器中，解决铁磁谐振及磁饱和等问题，还保证抗电磁干扰性。有资料表明，2010年我国国家电网企业率先使用电子式互感器建设第一批智能变电站试点工程，但是尚存在着较多技术问题亟待解决，稳定性有待提高，例如：小电流下全光纤式电流互感器毛刺较多波形不够光滑等问题[5]。同时，由于电压互感器高压传感头以外部供电为主，电磁兼容必须经特殊处理，并且零部件使用年限不一致，更换周期短，成本投入大，不适用于大型电力工程。由此可见，电子式互感器的技术水平尚未成熟，以积累试点经验为主。

2.2智能一次设备

现阶段，智能一次设备以整合二次设备为主达到作业目的，利用智能终端及合并单元等手段完成间隔层与设备间数据传输。相较于常规变电站系统，现有的智能变电站技术以就地装置为依托无需改变一次设备，例如：断路器或变压器等，不是智能变电站技术的呈现形式，是现有技术的过渡形式。同时，从理论角度来看，智能一次设备以一次设备整合二次设备为主以合并智能终端及单元为辅，促使一次设备集成化发展，对间隔层及外层设备依靠光纤通讯进行联系，减少增加二次设备过程，但是一次设备普遍为机械机构，受电子元件使用年限的影响，是否具备整合条件亟待深入研究。

3.智能变电站技术的发展趋势

3.1集中式保护

相较于常规微机保护，智能变电站保护装置的算法及原理无任何变化，仅为外部接口方式改变。除去开关量板及A/D采样板后，保护装置剩下光纤接口通信板、CPU板、电源板，主要负责保护计算功能。同时，在微处理技术蓬勃发展的大背景下，利用多块CPU或1块CPU板完成多间隔保护计算是不可逆转的发展趋势，不仅能减少间隔层保护装置的数量，还实现以电压等级配置为主集中式保护与间隔层装置集成化发展，有助于建立“过程层分散、间隔层集中”的分层分布式变电站自动化系统。

3.2专用交换机

现阶段智能变电站中交换机普遍为通用商用交换机，以端口地址表为主完成数据交换及寻址过程。由此可见，针对过程层组播数据可利用虚拟局域网技术控制端口数据流量，并且事实上，一旦过程层交换机各个端口固定接入装置后，其数据流向相对稳定，无需二次重复寻址过程。由此可见，可识别SCD文件且专用的交换机是智能变电站技术的发展趋势，利用导入SCD文件等手段固定交换机各端口间数据走向，进一步优化交换机功能，增强通讯安全性及稳定性，避免时间延后的不确信性。

4.结语

通过本文的探究，认识到在社会经济稳健发展的大背景下，城市规模不断扩大，电力企业的数量不断增多，变电站技术水平逐步成熟，社会对于变电站技术提出全新的要求及标准。如何应用智能变电站技术做好变电站升降各级电压工作，是技术人员在实际工作过程中所面临的主要问题。因此，综述变电站的概念，分析智能变电站的核心技术，以技术应用现状为切入点，提出具体的技术发展趋势具备显著价值作用。

参考文献：

[1]刘海峰，赵永生，谭建群，荀吉辉，欧阳帆.智能变电站技术应用现状和展望[J].湖南电力，2013，S1：9-14.

[2]张小易，彭志强.智能变电站站控层测试技术研究与应用[J].电力系统保护与控制，2016，05：88-94.

[3]魏澈，刘勇，王建丰，李强，刘国锋.智能变电站技术在中海油海上平台的应用[J].供用电，2015，04：59-63.

[4]赵丽莉，赵众元.论智能变电站技术及有效应用[J].中国新技术新产品，2015，24：118-119.

[5]许媛.智能变电站设计配置一体化技术的应用探究[J].科技创新与应用，2016，36：170-171.