湯虓嶸

（上海市東電力建設(shè)工程咨詢監(jiān)理有限公司，上海 200124）

1 智能變電站建設(shè)的回顧

我國在電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃中提出了發(fā)展堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略。2007年10月，華東電網(wǎng)啟動了“智能電網(wǎng)”可行性研究項(xiàng)目，規(guī)劃了從2008年至2030年分“三步走”的戰(zhàn)略。2009年5月，國家電網(wǎng)公司結(jié)合我國基本國情和特高壓實(shí)踐，提出了“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”的發(fā)展規(guī)劃，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(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)為基礎(chǔ)，按照IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一建模，構(gòu)建以信息化、自動化、互動化為特征的堅(jiān)強(qiáng)智能化電網(wǎng)。

回顧上海電網(wǎng)的建設(shè)，2005年在500kV南橋變電站監(jiān)控系統(tǒng)改造中，率先采用了基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)控系統(tǒng)以及面向通用對象的變電站事件（GOOSE）機(jī)制。尤其是按照《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》、《智能變電站設(shè)計(jì)規(guī)范》、《智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范》的要求，通過2007年建設(shè)220kV拜耳變電站；2009年建設(shè)110kV封周數(shù)字化變電站以及與世博國網(wǎng)企業(yè)館一體化構(gòu)建的具有數(shù)字化、信息化、自動化、互動化為特征的110kV蒙自智能變電站；2010年建設(shè)500kV練塘換流站；2011年建設(shè)220kW瀘定智能變電站，積累了現(xiàn)場安裝、工程監(jiān)理、調(diào)試完善、工程評估和安全運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)。隨著堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)的推進(jìn)，變電站應(yīng)用智能化技術(shù)也從示范走向成熟，在向縱深、健康、持續(xù)發(fā)展的過程中，建設(shè)工程咨詢和工程監(jiān)理責(zé)任重大，任重道遠(yuǎn)。

瀘定智能變電站是上海首座全戶內(nèi)布置的終端站，在建設(shè)過程中曾經(jīng)遇到過智能設(shè)備功能不完善，與常規(guī)電站運(yùn)行有差異，通過多次對技術(shù)方案的修改和完善，按照信息化方案規(guī)劃、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)回路功能以及智能設(shè)備間的互動性為主線，比較完整的實(shí)現(xiàn)了智能化功能。主要在技術(shù)上采用了先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，加上搭建智能化網(wǎng)絡(luò)和信息一體化平臺，實(shí)現(xiàn)了自動保護(hù)、自動控制、自動調(diào)節(jié)、智能決策和遠(yuǎn)方診斷等一系列數(shù)字化功能。

瀘定智能變電站的投運(yùn)，將更好地為客戶提供安全、可靠、優(yōu)質(zhì)的電能，在緩解地區(qū)供電壓力和滿足系統(tǒng)運(yùn)行需求的同時(shí)，為建設(shè)“上海智慧城市”添磚加瓦，為推廣智能變電站的工程建設(shè)提供技術(shù)支撐。

2 一次設(shè)備采用智能化設(shè)計(jì)

瀘定智能變電站的主變電系統(tǒng)采用2臺240MVA三卷無載調(diào)壓變壓器，電壓等級為220／115／37kV，容量比為240／240／160MVA，接線組別為YN，yn0，d11；220kV部分采用線路變壓器組接線形式，2回進(jìn)線；110kV部分為單母分段接線形式，建有Ⅰ段、Ⅱ段母線，Ⅰ—Ⅱ／Ⅱ—Ⅲ分段間隔，8回出線間隔，2回主變進(jìn)線間隔，2回電壓互感器（TV）避雷器間隔；35kV部分為單母分段接線，建有Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段、Ⅳ段母線，Ⅱ—Ⅲ分段及引線，Ⅰ—Ⅳ分段及引線，20回饋線，2回站用變，4回電容器，4回主變進(jìn)線（Ⅰ段、Ⅱ段母線進(jìn)線由1號主變分支供電；Ⅲ段、Ⅳ段母線進(jìn)線由2號主變分支供電），4回TV間隔。

主變220kV側(cè)及系統(tǒng)110kV部分、主變35kV側(cè)、35kV接地變的光學(xué)電流互感器（OCT），采用南京中德保護(hù)控制系統(tǒng)有限公司的產(chǎn)品，型號分別為 NAE－GL220G、NAE－GL35G，NAE－GL35Z。220kV進(jìn)線線路上的電子式電壓互感器（EPT），型號為PCS－9250－EGV－220。110kV母線進(jìn)線線路上的 EPT，型號為 PCS－9250－EGV－110。系統(tǒng)35kV部分（除主變間隔）均采用大連第一互感器有限責(zé)任公司的一體化電子式電流互感器（ECT）、電子式電壓互感器（EVT），其中分段間隔ECT型號為JLEDZ9－40／250W3H，其他間隔的ECT型 號 為 JLEDZ9－40／250W3B，35kV 母 線 的EVT型號為IEDZR－40。

3 按照IEC 61850通信規(guī)范構(gòu)建站內(nèi)系統(tǒng)

3.1 采用開放式3層分布式系統(tǒng)

二次系統(tǒng)執(zhí)行IEC 61850通信規(guī)范，構(gòu)建一體化全景數(shù)據(jù)平臺，統(tǒng)一進(jìn)行數(shù)據(jù)建模及通信，按照站內(nèi)監(jiān)控和繼電保護(hù)兩大功能，通過從邏輯上和功能上構(gòu)建智能系統(tǒng)的站控層、間隔層和過程層，實(shí)現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)互動和信息共享。

1）站控層 采用跨平臺技術(shù)和通信驅(qū)動管理新技術(shù)，搭建實(shí)時(shí)子系統(tǒng)（包括SCADA、保護(hù)信息、電能量等）和非實(shí)時(shí)子系統(tǒng)（包括在線檢測、輔助系統(tǒng)等）組成。站控層一體化信息平臺由主機(jī)兼操作員站、遠(yuǎn)動通信設(shè)備和其它各種二次功能站構(gòu)成，提供站內(nèi)人機(jī)聯(lián)系界面，實(shí)現(xiàn)管理控制間隔層和過程層設(shè)備等功能，并與集控站和地調(diào)通信。站控層保護(hù)設(shè)備包括主變保護(hù)、母差保護(hù)、自切保護(hù)、35 kV縱差保護(hù)，實(shí)現(xiàn)智慧告警、事故決策、一鍵式控制、設(shè)備在線診斷和負(fù)荷優(yōu)化管理等功能。

2）間隔層 實(shí)現(xiàn)主變壓器保護(hù)、實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)測控、實(shí)時(shí)故障錄波、電能計(jì)量等面向通用對象的功能。

3）過程層 完成一次設(shè)備和二次系統(tǒng)之間的過程控制及數(shù)據(jù)采集功能，主要包括合并單元、智能終端、過程層網(wǎng)絡(luò)和電子式互感器等設(shè)備。

3.2 采用GOOSE報(bào)文傳送

1）主變220kV側(cè)間隔 220kV側(cè)間隔的設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，按照雙重化的要求配置光學(xué)電流互感器、合并單元（MU）和智能終端設(shè)備。合并單元A、智能終端A與主變保護(hù)一、測控、故障錄波議A、電能表配合；合并單元B、智能終端B與主變保護(hù)二、故障錄波議B配合；網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視分析裝置則對所有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄。主變保護(hù)采用“直采直跳”的“點(diǎn)對點(diǎn)”方式與合并單元、智能終端進(jìn)行采樣值和跳合閘命令的信息交互，其余設(shè)備和信息采用網(wǎng)絡(luò)方式通信。采樣值報(bào)文傳送執(zhí)行IEC 61850－9－2標(biāo)準(zhǔn)，跳合閘命令和遙信信息采用GOOSE報(bào)文傳送。

2）110kV線路間隔 線路間隔的設(shè)備采用光學(xué)電流互感器、合并單元與智能終端單套配置。線路保護(hù)、母差保護(hù)采用“直采直跳”的“點(diǎn)對點(diǎn)”方式與合并單元、智能終端進(jìn)行采樣值和跳合閘命令的信息交互，其余設(shè)備和信息用網(wǎng)絡(luò)方式通信。采樣值報(bào)文傳送執(zhí)行IEC 61850－9－2標(biāo)準(zhǔn)，跳合閘命令和遙信信息采用GOOSE報(bào)文傳送。

3）110kV母線間隔 母線間隔的設(shè)備采用合并單元與智能終端單套配置。母線合并單元采用“點(diǎn)對點(diǎn)”方式，測控與保護(hù)合一裝置通信，智能終端完成母線間隔的遙信和遙控功能。采樣值報(bào)文傳送執(zhí)行IEC 61850－9－2標(biāo)準(zhǔn)，跳合閘命令和遙信信息采用GOOSE報(bào)文傳送。

4）35kV各開關(guān)柜間隔 開關(guān)柜間隔的設(shè)備采用小模擬量輸出的一體化電子式互感器。間隔層和過程層功能由測控、保護(hù)、合并單元、智能終端四合一實(shí)現(xiàn)，并就地下放至開關(guān)柜。四合一裝置不僅完成間隔內(nèi)功能，還需采用“點(diǎn)對點(diǎn)”的方式進(jìn)行采樣值和GOOSE信息交互。

4 采用“直采直跳”和“點(diǎn)對點(diǎn)”方式

1）220kV系統(tǒng)保護(hù) 220kV線路側(cè)無母線，故不配置母線保護(hù)和母聯(lián)保護(hù)等設(shè)備。

2）主變保護(hù) 采用“直采直跳”方式，即主變保護(hù)的跳合閘回路采用“點(diǎn)對點(diǎn)”光纜直接接入智能終端實(shí)現(xiàn)，采樣值由合并單元采用“點(diǎn)對點(diǎn)”光纜直接接入保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)。

3）110kV線路保護(hù) 采用“直采直跳”方式，即保護(hù)的跳合閘回路采用“點(diǎn)對點(diǎn)”光纜直接接入智能終端實(shí)現(xiàn)，采樣值由合并單元采用“點(diǎn)對點(diǎn)”光纜直接接入保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)。

4）110kV分段自切保護(hù) 采用“直采直跳”方式，即保護(hù)的跳合閘回路采用“點(diǎn)對點(diǎn)”光纜直接接入智能終端實(shí)現(xiàn)，采樣值由合并單元采用“點(diǎn)對點(diǎn)”光纜直接接入保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)。自切開放母差充電保護(hù)和母差間相互閉鎖功能等采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸方式。

5）110kV母線保護(hù) 采用裝在各間隔上的合并單元獲得電壓和電流采樣值。母差保護(hù)與各間隔的采樣值回路以及跳閘回路采用“直采直跳”方式，與110kV自切間的相互閉鎖、母差間的失靈啟動等功能，均采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸方式。

6）35kV間隔保護(hù) 35kV間隔的四合一裝置不僅完成本間隔內(nèi)的保護(hù)和測控功能，而且需要具備面向過程層的采樣值接口和GOOSE接口。采樣接口將本間隔內(nèi)的電壓和電流采樣值，以IEC 61850－9－2的格式發(fā)布給35kV母差保護(hù)、電能表等間隔層設(shè)備，而GOOSE接口用以接收35kV母差保護(hù)等間隔層設(shè)備的GOOSE報(bào)文。

7）35kV分段保護(hù) 35kV分段的四合一裝置除了完成本間隔內(nèi)的保護(hù)功能和測控功能，還具備面向過程層的采樣值接口以及GOOSE接口。采樣接口將本間隔內(nèi)的電壓和電流采樣值，以IEC 61850－9－2的格式送給35kV母差保護(hù)等間隔層設(shè)備，并接收母線合并單元的電壓采樣值，而GOOSE接口則用以與35kV母差保護(hù)等間隔層設(shè)備交換GOOSE報(bào)文。

8）35kV母線保護(hù) 35kV母差保護(hù)從各饋線開關(guān)柜上的四合一裝置獲得電壓和電流采樣值，從主變35kV開關(guān)柜上的合并單元獲得電壓和電流采樣值，并發(fā)出GOOSE命令至四合一裝置完成跳閘。35kV母差保護(hù)與各開關(guān)柜上的四合一裝置采用“點(diǎn)對點(diǎn)”方式通信。

5 智能變電站的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

智能變電站的數(shù)字電流、電壓信息是從電流互感器的出口算起，由合并單元進(jìn)行數(shù)字采樣，通過合并作用使得在一個(gè)通道上能夠同時(shí)發(fā)送不同次級的電流量和電壓量。而常規(guī)電站的相應(yīng)數(shù)字量是從各裝置的A／D轉(zhuǎn)換輸出算起，并在裝置內(nèi)進(jìn)行采樣，1個(gè)次級不能與其它次級合并傳輸。可見，智能化的電壓、電流回路較常規(guī)電站的相應(yīng)回路，在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的共用采樣值回路上更為安全、簡捷和省時(shí)。

在常規(guī)變電站的設(shè)計(jì)規(guī)范中對電纜、保護(hù)裝置的接地和屏蔽等有著嚴(yán)格的要求，需要二次設(shè)計(jì)及施工重點(diǎn)考慮。在智能變電站中采用光纜信息傳輸，具有較大的帶寬而且不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，避免了電纜在日常運(yùn)行中因電磁、電場、線路過電壓、兩點(diǎn)接地等引發(fā)的繼電保護(hù)動作問題，使得各層級相關(guān)數(shù)據(jù)的傳輸更加穩(wěn)定和可靠。

智能變電站以網(wǎng)絡(luò)化信息共享替代了傳統(tǒng)的二次回路，使得原有的設(shè)計(jì)圖紙難以指導(dǎo)變電站的二次施工調(diào)試。這是因?yàn)橹悄茏冸娬镜亩蜗到y(tǒng)采用間隔設(shè)計(jì)，在以間隔為單位的1套圖紙中，需要通過“二次設(shè)備組網(wǎng)聯(lián)系圖、過程層GOOSE信息示意圖、過程層SV信息示意圖以及虛端子表”，才能整合成調(diào)試人員和檢修人員看得懂的相當(dāng)于原先常規(guī)電站中提供的“屏后接線圖＋背板接線圖”。在瀘定智能站調(diào)試時(shí)，施工圖則由調(diào)試人員整理后布于屏后，以免出錯(cuò)。

可見，加快智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具的軟件開發(fā)迫在眉睫。由設(shè)計(jì)工具自動生成的光口分配、裝置插件以及由控制塊定義的邏輯關(guān)系和物理連接圖，可以使設(shè)計(jì)人員和施工人員更好地針對虛回路進(jìn)行表述、理解、接線和檢測，減少信息重復(fù)配置和人為差錯(cuò)，提高工程質(zhì)量。

6 結(jié)語

鑒于目前國內(nèi)數(shù)字化電網(wǎng)的建設(shè)水平、智能一次設(shè)備的生產(chǎn)水平以及智能變電站在國內(nèi)試點(diǎn)建設(shè)，可以說變電站從常規(guī)到數(shù)字化再到智能化，已經(jīng)向智慧、堅(jiān)強(qiáng)、特高壓推進(jìn)，作為智能電網(wǎng)的重要構(gòu)建部分，顯得更加迫切和重要。

受國內(nèi)諸多技術(shù)因素和技術(shù)水平的限制，智能變電站的巡檢設(shè)備、帶電檢測設(shè)備等非在線監(jiān)測裝置所采集數(shù)據(jù)，并未完全按照DL／T 860統(tǒng)一建模，采集的數(shù)據(jù)還不能實(shí)時(shí)、自動地上傳到一體化信息平臺。

智能變電站的一些新技術(shù)和新方案，目前還無法實(shí)施，例如：一體化信息平臺的進(jìn)一步完善、站控層網(wǎng)絡(luò)的信息流更加通暢、智能在線監(jiān)測與狀態(tài)檢修的應(yīng)用、電壓等級保護(hù)的下放、智能單元與合并單元的進(jìn)一步整合等問題，都需要深化研究和加以解決。

隨著堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，智能變電站技術(shù)也將越來越先進(jìn)，傳統(tǒng)一次、二次設(shè)備的概念將發(fā)生重大改變，進(jìn)而引起管理結(jié)構(gòu)的調(diào)整和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的變動，而智能變電站的運(yùn)行水平有待進(jìn)一步完善，管理的力度也將加大。隨著能源利用率的不斷提升，上海電網(wǎng)將發(fā)展得更加堅(jiān)強(qiáng)、智能、環(huán)保和高效。

［1］翁之浩，陳文升.220kV瀘定智能變電站技術(shù)方案［J］.電力與能源，2012，33（5）：452－455.