趙潞翔，韓衛(wèi)恒，樊麗琴

（1.北京林業(yè)大學(xué)，北京 100083；2.山西省電力公司調(diào)度控制中心，山西 太原 030001）

0 引言

根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)，智能變電站建設(shè)已進(jìn)入全面開(kāi)展階段，大部分新建變電站均按智能站設(shè)計(jì)、建設(shè)，“十二五”計(jì)劃新建約5 100座智能變電站，對(duì)約1 000座變電站進(jìn)行智能化改造。

隨著智能變電站建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，在設(shè)計(jì)、調(diào)試、運(yùn)行維護(hù)環(huán)節(jié)逐漸出現(xiàn)諸多問(wèn)題，對(duì)智能變電站安全、快速發(fā)展帶來(lái)一定的影響，對(duì)智能站建設(shè)過(guò)程中暴露的問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)匯總并深入分析研究就顯得尤為重要。

1 智能變電站概況

從物理角度來(lái)分析，智能變電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為智能化的一次設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備，而目前智能化一次設(shè)備由于電子式互感器的不可靠性而進(jìn)展緩慢，網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備基本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)；從邏輯結(jié)構(gòu)層面分析，智能變電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括過(guò)程層、間隔層、站控層3個(gè)層次[1]。

1.1 過(guò)程層

過(guò)程層由獨(dú)立的智能電子裝置和一次設(shè)備及其所屬的智能組件構(gòu)成，其中，一次設(shè)備主要包括隔離開(kāi)關(guān)、斷路器、電流/電壓互感器、變壓器等。圖1為智能變電站過(guò)程層簡(jiǎn)易網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。

圖1中，制造報(bào)文規(guī)范MMS（Manufacturing Message Specification），面向通用對(duì)象事件GOOSE（GenericObjectOrientedSubstationEvent），采樣值SV（Sampled Value），線路電壓互感器 PT（Potential Transformer）， 線 路 電 流 互 感 器 CT（Current Transformer）。

目前，由于電子式互感器抗干擾弱，基本不再使用，而采用常規(guī)互感器+合并單元，隔離開(kāi)關(guān)、斷路器+智能終端的方式。

1.2 間隔層

間隔層設(shè)備主要由二次設(shè)備組成。這些二次設(shè)備主要有監(jiān)測(cè)功能組的主智能電子裝置、系統(tǒng)測(cè)控裝置、繼電保護(hù)裝置等。

1.3 站控層

站控層包括自動(dòng)化站級(jí)通信系統(tǒng)、對(duì)時(shí)系統(tǒng)、站域控制、監(jiān)控系統(tǒng)等，對(duì)整個(gè)變電站的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控、報(bào)警以及信息的傳遞，主要用于數(shù)據(jù)、同步相量和電能量的采集，負(fù)責(zé)管理保護(hù)信息，具有監(jiān)控、操作閉鎖等功能。

圖1 智能變電站過(guò)程層簡(jiǎn)易網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2 智能變電站相關(guān)設(shè)計(jì)配置問(wèn)題探討

2.1 智能控制柜

目前，智能控制柜按斷路器單柜配置，對(duì)220kV變電站，依據(jù)雙重化配置要求，控制柜內(nèi)含有2臺(tái)智能終端、2臺(tái)合并單元，電纜接線與光纜數(shù)量增多且布置密集重疊，各種交、直流空氣開(kāi)關(guān)眾多。因此，在智能控制設(shè)計(jì)時(shí)，建議綜合考慮以下幾方面因素。

a）智能控制柜設(shè)計(jì)尺寸應(yīng)充分考慮其檢修方便性，為檢修工作留有充足的空間，否則有誤碰運(yùn)行設(shè)備的安全隱患。

b）應(yīng)充分考慮柜內(nèi)散熱性能和濕度調(diào)節(jié)性能。合并單元、智能終端中某些插件有一定的運(yùn)行溫度，超過(guò)一定溫度便不穩(wěn)定甚至停止工作，柜內(nèi)濕度過(guò)大，容易發(fā)生漏電、電纜間放電，發(fā)生安全事故，因此，柜體設(shè)計(jì)應(yīng)具有良好的散熱性和濕度調(diào)節(jié)性。

c）為充分保證安全性，建議智能控制柜宜按雙重化、雙套配置，或1個(gè)柜體分成有明顯界限的兩部分，在空間上進(jìn)行隔離，當(dāng)1套智能控制柜出現(xiàn)狀況時(shí)，有效保證另1套安全獨(dú)立運(yùn)行。

2.2 變壓器保護(hù)跳母聯(lián)和分段斷路器方式

在國(guó)家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范》（Q/GDW441—2010）號(hào)文件變壓器保護(hù)一項(xiàng)中規(guī)定：變壓器保護(hù)跳母聯(lián)、分段斷路器及閉鎖備用電源自動(dòng)投入裝置、啟動(dòng)失靈等可采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸。

變壓器保護(hù)跳母聯(lián)、分段斷路器在沒(méi)有特殊情況下，首先選擇直接跳閘方式。原因有以下幾個(gè)方面。

a）441號(hào)文件中同樣規(guī)定保護(hù)裝置應(yīng)直接采樣，對(duì)于單間隔的保護(hù)應(yīng)直接跳閘，涉及多間隔的保護(hù)宜直接跳閘。變壓器保護(hù)是涉及多間隔的保護(hù)，變壓器保護(hù)跳母聯(lián)斷路器也應(yīng)與跳各側(cè)斷路器一樣采用直接跳閘。

b）智能變電站保護(hù)跳閘之所以要求采用直接采樣、直接跳閘原則，根本原因?yàn)橐皇潜ＷC保護(hù)采樣、跳閘的充分可靠性；二是考慮其維護(hù)方便性、安全性，直接采樣直接跳閘方式使得信息傳輸路徑獨(dú)立，維護(hù)更方便、安全；三是如果過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)癱瘓，保護(hù)裝置不受影響，提高系統(tǒng)安全可靠性運(yùn)行。因此，在充分理解直采直跳根本原因的基礎(chǔ)上，變壓器保護(hù)跳母聯(lián)斷路器采用直接跳閘。

變壓器保護(hù)閉鎖備用電源自動(dòng)投入、啟動(dòng)失靈等采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸。《智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范》總則中規(guī)定：繼電保護(hù)之間的聯(lián)閉鎖信息、失靈啟動(dòng)等信息宜采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸方式。備用電源自動(dòng)投入裝置和母線保護(hù)裝置都屬于間隔層設(shè)備，間隔層設(shè)備之間的交換信息便可通過(guò)過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互。

2.3 低頻和低壓減載裝置跳閘方式問(wèn)題

對(duì)于低頻、低壓減載裝置跳閘方式，《智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，備用電源自動(dòng)投入、過(guò)載聯(lián)切等功能可在間隔層或站控層實(shí)現(xiàn)。要求快速跳閘的安全穩(wěn)定控制裝置應(yīng)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直接跳閘方式。文獻(xiàn)[2]中對(duì)常規(guī)電纜跳閘和網(wǎng)絡(luò)跳閘兩種方式進(jìn)行了比較，得出采用網(wǎng)絡(luò)跳閘不僅能夠減少大量控制電纜，降低設(shè)備及安裝費(fèi)用，而且可以簡(jiǎn)化設(shè)備之間的邏輯連接，減少接線故障，同時(shí)文中指出GOOSE報(bào)文不經(jīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，直接在以太網(wǎng)鏈路層傳輸且?guī)?yōu)先級(jí)的情況下，網(wǎng)絡(luò)跳閘能夠滿足低頻低壓減負(fù)荷裝置動(dòng)作時(shí)間。

為保證在網(wǎng)絡(luò)癱瘓情況下低頻低壓減載裝置仍能可靠跳閘，當(dāng)智能終端端口數(shù)量充裕時(shí)，低頻低壓減載裝置采用直接跳閘方式。220 kV、110 kV電壓等級(jí)有可靠的過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)，可采用網(wǎng)跳方式；而35 kV及以下電壓等級(jí)沒(méi)有過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)，雖然站控層網(wǎng)絡(luò)可傳輸GOOSE信息，但站控層交換機(jī)的技術(shù)要求遠(yuǎn)低于過(guò)程層交換機(jī)，無(wú)法滿足跳閘的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，因此不能采用網(wǎng)絡(luò)跳閘，而采用電纜直跳，條件滿足時(shí)亦可光纖直跳。

2.4 變壓器零序和間隙電流互感器配置問(wèn)題

變壓器零序、間隙電流互感器CT配置目前主要有以下兩種配置方案。第一種方案見(jiàn)圖2，第二種方案見(jiàn)圖3。

圖2 變壓器零序和間隙電流互感器配置圖

圖3 變壓器零序和間隙電流互感器優(yōu)化配置圖

方案一：變壓器零序采用套管CT，間隙采用外附CT；方案二：變壓器零序、間隙均采用外附CT。采用方案一時(shí)變壓器保護(hù)應(yīng)根據(jù)運(yùn)行方式投退間隙、零序過(guò)流、零序過(guò)壓壓板。變壓器接地運(yùn)行時(shí)投入零序過(guò)流壓板，退出間隙過(guò)流、零序過(guò)壓壓板；變壓器不接地運(yùn)行時(shí)，投入間隙過(guò)流、零序過(guò)壓壓板，退出零序過(guò)流壓板。采用方案二時(shí)，變壓器保護(hù)可同時(shí)投入間隙過(guò)流、零序過(guò)壓、零序過(guò)流保護(hù)功能壓板，由于其間隙、零序各自采用自身的CT，因此當(dāng)變壓器不接地時(shí)，零序保護(hù)自動(dòng)退出，運(yùn)行方式發(fā)生變化時(shí)不需要操作壓板。

2.5 線路和變壓器支路CT繞組配置問(wèn)題

無(wú)論是常規(guī)變電站還是智能變電站，線路、變壓器支路保護(hù)用CT繞組和計(jì)量、測(cè)量用CT繞組均應(yīng)配置于斷路器的線路（變壓器） 側(cè)。如果計(jì)量、測(cè)量用CT繞組配置在斷路器母線側(cè)，一旦該繞組發(fā)生故障，將造成母差保護(hù)動(dòng)作跳閘，擴(kuò)大事故范圍。

2.6 變壓器零序電壓獲取方式

早期，繼電保護(hù)裝置全部為電磁式保護(hù)，變壓器保護(hù)的零序電壓無(wú)法通過(guò)保護(hù)內(nèi)部計(jì)算得出，只能通過(guò)PT開(kāi)口三角形引出線獲取零序電壓。后來(lái)發(fā)展到微機(jī)保護(hù)裝置，此時(shí)微機(jī)保護(hù)已可實(shí)現(xiàn)通過(guò)內(nèi)部計(jì)算獲取零序電壓，且?guī)в蟹较?，而PT開(kāi)口三角形零序電壓同時(shí)也在沿用，保護(hù)裝置的零序方向采用自產(chǎn)零序，零序電壓大小采用外接零序。發(fā)展到智能變電站，各種信息已高度數(shù)字化，變壓器保護(hù)零序電壓大小、方向完全可以統(tǒng)一采用自產(chǎn)零序電壓。另，外接零序存在很多缺點(diǎn)，如開(kāi)口三角形無(wú)法判斷其回路完好性，同時(shí)也存在極性接反的風(fēng)險(xiǎn)。

2.7 110 kV變電站變壓器各側(cè)合并單元和智能終端問(wèn)題

《智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定110 kV變壓器電量保護(hù)宜雙套配置，雙套配置時(shí)應(yīng)采用主、后備保護(hù)一體化配置。變壓器各側(cè)合并單元、智能終端按雙套配置。

雙套配置的合并單元數(shù)據(jù)采樣應(yīng)取自不同的CT繞組，智能終端相應(yīng)的二次回路應(yīng)完全獨(dú)立，以便充分體現(xiàn)雙套配置的作用和意義。

2.8 站用電交直流系統(tǒng)問(wèn)題

智能變電站逆變電源容量設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分保證變電站內(nèi)所有需接入逆變電源系統(tǒng)的裝置啟動(dòng)時(shí)可靠運(yùn)行。1臺(tái)容量不滿足要求時(shí)可配置2臺(tái)，且2臺(tái)逆變電源應(yīng)滿足并機(jī)運(yùn)行的要求。

直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)裝置，應(yīng)具備交流竄直流故障的檢測(cè)記錄和報(bào)警功能。

2.9 故障信息子站配置問(wèn)題

雖然智能變電站監(jiān)控后臺(tái)可以集成故障信息子站功能，但仍建議現(xiàn)階段智能變電站配置故障信息子站，原因有以下幾個(gè)方面。

a）目前，各項(xiàng)后臺(tái)高級(jí)應(yīng)用和分析技術(shù)尚未完善，考慮可靠性因素，配置獨(dú)立的故障信息子站，集成信息子站可在部分站點(diǎn)試用。

b）在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，故障信息子站系統(tǒng)用來(lái)輔助開(kāi)展保護(hù)動(dòng)作分析和電網(wǎng)事故處理。集成故障信息子站從站控層網(wǎng)絡(luò)采集數(shù)據(jù)，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生復(fù)雜故障時(shí)，站控層數(shù)據(jù)會(huì)急劇增加，再加上大量錄波數(shù)據(jù)，站控層癱瘓概率將不斷增大，即使站控層沒(méi)有癱瘓，大量數(shù)據(jù)涌入使得數(shù)據(jù)傳輸、處理緩慢，延誤故障錄波數(shù)據(jù)的上送時(shí)間。

c）目前，集成故障信息子站的運(yùn)維技術(shù)還未成熟，而獨(dú)立故障信息子站經(jīng)過(guò)多年運(yùn)用，運(yùn)維技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)已很豐富。因此，在集成故障信息子站運(yùn)維技術(shù)還未成熟時(shí)，不宜大量采用。

2.10 打印功能

智能變電站建設(shè)中，保護(hù)裝置不再擁有自己的打印機(jī)，全部采用后臺(tái)打印機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)打印。然而，網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)與保護(hù)裝置的連接不可靠、數(shù)據(jù)傳輸不透明，時(shí)常出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)打印的報(bào)告與實(shí)際定值單內(nèi)容、格式錯(cuò)誤。因此，在采用后臺(tái)集中打印的同時(shí)，為保證在信息量大的情況下，及時(shí)可靠地打印保護(hù)報(bào)告，應(yīng)就每一類型的保護(hù)裝置配置就地移動(dòng)式打印機(jī)，每1臺(tái)保護(hù)裝置都應(yīng)留有獨(dú)立打印接口。

3 智能變電站有待研究的問(wèn)題

智能變電站的建設(shè)、發(fā)展迅速，但在智能變電站的管理和后期維護(hù)方面還有很多亟需研究解決的問(wèn)題。例如，全站配置文件SCD的全過(guò)程管理、智能變電站檢修機(jī)制的研究、當(dāng)就地安裝有電氣鎖時(shí)、電氣鎖到控制室的通信干擾問(wèn)題等都需深入研究。

3.1 檢修機(jī)制

檢修機(jī)制采用判斷智能終端和保護(hù)裝置的檢修位，當(dāng)智能終端和保護(hù)裝置都在檢修位或都不在檢修位時(shí)，跳閘信號(hào)可動(dòng)作出口；當(dāng)智能終端和保護(hù)裝置檢修位不一致時(shí)，跳閘信號(hào)不動(dòng)作出口。

如果智能終端或保護(hù)裝置檢修硬壓板投入，而GOOSE報(bào)文檢修位沒(méi)有變位時(shí)，將出現(xiàn)保護(hù)誤跳閘的風(fēng)險(xiǎn)，如何規(guī)避這些風(fēng)險(xiǎn)，還有待研究。另外，各間隔設(shè)備檢修態(tài)的相互影響研究，對(duì)于智能變電站的維護(hù)檢修、改擴(kuò)建工程的安全措施執(zhí)行等具有重要作用，文獻(xiàn)[2]已在此方面做出相關(guān)探討。

3.2 SCD配置文件管理

配置文件SCD(Substation Configurayion Description)文件是智能變電站的核心，統(tǒng)一分配管理整個(gè)智能變電站各種二次設(shè)備的信息交互方式和機(jī)制，一旦SCD配置文件出錯(cuò)，將嚴(yán)重影響智能變電站的運(yùn)行。因此，SCD文件對(duì)智能站來(lái)說(shuō)非常重要。

目前對(duì)SCD配置的檢驗(yàn)管理還沒(méi)有很好的方法。首先是配置文件的檢驗(yàn)問(wèn)題，SCD配置工具可以顯示SCD的邏輯樹(shù)結(jié)構(gòu)，但無(wú)法方便、快捷地檢查其邏輯配置的正確性，如何根據(jù)SCD文件自動(dòng)將抽象的邏輯回路生成直觀的物理邏輯回路圖，將是重點(diǎn)研究的課題。其次是配置文件的管理工具，能夠?qū)CD配置文件自動(dòng)生成版本號(hào)，一旦配置文件發(fā)生變化，相應(yīng)版本號(hào)隨之變化，且在配置文件修改過(guò)程中可自動(dòng)記錄修改過(guò)程。

3.3 電氣鎖通信問(wèn)題

智能站在戶外就地安裝電氣鎖時(shí)，由于控制器安裝在控制室，造成電氣鎖到控制器的通信線路較長(zhǎng)，干擾較大，存在安全通信的風(fēng)險(xiǎn)。如何解決干擾問(wèn)題以及更為合理的設(shè)計(jì)方案有待研究。

4 結(jié)束語(yǔ)

智能變電站設(shè)計(jì)建設(shè)應(yīng)以安全可靠為基礎(chǔ)，同時(shí)應(yīng)考慮維護(hù)安全和方便性。雙重化網(wǎng)絡(luò)層的相關(guān)設(shè)備理應(yīng)雙重化配置，相互之間遵循完全獨(dú)立、互不影響的原則，否則將失去雙重化的意義。出于網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)难訒r(shí)，保護(hù)裝置直接發(fā)出的跳閘命令都應(yīng)直接跳閘。

智能變電站的發(fā)展對(duì)智能電網(wǎng)的發(fā)展有極大的推動(dòng)作用，但在智能變電站的建設(shè)、運(yùn)維過(guò)程中只有不斷地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，才能不斷提高智能變電站的各項(xiàng)性能指標(biāo)，才能促進(jìn)智能變電站安全、快速發(fā)展。

［1］ 劉嬌，劉斯佳.智能變電站建設(shè)方案的研究［J］.華東電力，2010，38（7）：34-38.

［2］ 于偉城，白瑞，郝偉.智能變電站二次設(shè)備檢修處理機(jī)制分析探討［J］.山西電力，2012，175（5）：21-24.