徐鶴勇

（國網寧夏電力公司，寧夏 銀川 750001)

1 概述

積極發(fā)展智能電網以適應未來可持續(xù)發(fā)展的要求，已成為國內外電力發(fā)展的現實選擇。我國在智能電網的建設過程中，著力打造以特高壓電網為骨干網架，通過先進的設備技術和控制方法，實現電網的安全、高效運行。智能變電站作為堅強智能電網的重要基礎和節(jié)點支撐是必不可少的建設內容。由于目前變電站多為常規(guī)變電站，重建成本高昂，所以在常規(guī)變電站的改、擴建過程中實現智能化是一種切實有效的辦法。這不僅能夠有效推進智能化建設，還可實現降本增效。

2 常規(guī)變電站設備組成

常規(guī)變電站的一次設備，如斷路器、隔離開關、互感器等設備的控制、信號、電壓/電流值等，均是通過電纜與保護裝置、測控裝置等進行連接，然后通過各個裝置上的通訊接口(多為網口或串口)及私有通訊協(xié)議，實現與后臺、遠動主站的通訊及各種信號的傳輸。

目前，常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)的信息采集來源于常規(guī)電磁型電流/電壓互感器(TA/TV)。TA 的額定輸出信號為1 A或5 A，TV的額定輸出信號為100 V或因此，變電站IED設備(智能電子設備)必須通過電磁變換回路，將常規(guī)互感器的二次輸出量變換為適合于微電子電路的低電平信號，通過對應于每臺設備的二次電纜將測量值傳送至繼電保護、測控、計量測量及自動化系統(tǒng)。這是一種“并行”傳輸方式，也是目前國內大多常規(guī)變電站采用的分散分布式變電站自動化系統(tǒng)。其設備及通訊網絡簡單結構如圖1所示。

3 智能化設備應用及通訊網絡結構

網絡技術的發(fā)展是變電站自動化技術從集中式向分布式發(fā)展的基礎，二次設備不再出現常規(guī)功能裝置重復的I/O接口單元，而是通過邏輯功能模塊真正實現數據共享、資源共享。以太網技術正被廣泛用于變電站自動化系統(tǒng)過程層的采集過程，測量單元和間隔層保護、控制單元中，構成基于網絡控制的分布式變電站自動化系統(tǒng)。系統(tǒng)的通信具有實時性、優(yōu)先級、通信效率高等特點。智能一、二次設備及通訊網絡簡單結構如圖2所示。

與常規(guī)變電站相比，智能化變電站間隔層和站控層的設備及網絡接口只是接口和通信模型發(fā)生了變化，而過程層卻發(fā)生了較大的改變，由傳統(tǒng)的電流/電壓互感器、一次設備以及一次設備與二次設備之間的電纜連接，逐步改變?yōu)殡娮邮交ジ衅?、智能化一次設備、合并單元、光纖連接等內容。IEC61850將數字化變電站分為過程層、間隔層和站控層，各層內部及各層之間采用高速網絡通信。整個系統(tǒng)的通訊網絡可以分為間隔層通訊網(站控層和間隔層之間)以及過程層通訊網(間隔層和過程層之間)。站控層通信全面采用IEC61850標準，監(jiān)控后臺、遠動通信管理機和保護信息子站均可直接接入符合IEC61850標準的IED設備，同時提供了完備的IEC61850工程工具，用以生成符合IEC61850-6規(guī)范的SCL文件，可在不同廠家的工程工具之間進行數據信息交互。

圖1 常規(guī)變電站典型結構示意

圖2 智能化變電站典型結構

4 智能化改造技術難點及改造步驟

4.1 智能化改造技術難點

(1)某220 kV變電站為常規(guī)變電站，作為電網骨架處于運行狀態(tài)，是周邊地區(qū)的重要負荷中心。作為老舊站，站內一、二次設備均已運行較長時間，且在最初設計規(guī)劃時，由于技術條件及水平等方面的限制，變電站的自動化、信息化水平相對較低。為了將該變改造成智能變電站，需要進行一次設備智能化改造、二次設備更換、信息傳輸及通信網改造以及智能變電站高級功能的實現等。常規(guī)站的智能化改造必須結合當前變電站內一、二次設備的實際情況，進行合理的規(guī)劃、設計和實施，從技術實現的角度上看，其改造難度遠高于常規(guī)綜自改造或新變電站建設。

(2)該變電站已運行近20年，站內一、二次設備類型繁多，設備狀況較復雜，投運后部分設備和系統(tǒng)進行過多次技術改造，導致智能化改造難度較大。站內部分一次設備運行時間較長，需結合改造進行更換；繼續(xù)運行的一次設備在智能化改造中需充分了解及掌握技術參數，以便于在線監(jiān)測裝置的選型與設計；在改造過程中要保證不破壞原有一次設備的結構，以保證智能化改造后一次設備的可靠運行。二次設備由于運行年限、通信接口以及功能方面的原因，已完全不能滿足智能化需求，需要全部進行更換。

(3)智能化改造不同于以往變電站的技術改造工程，不僅僅是簡單的設備更換、功能升級工作。在智能化變電站中，變電站運行模式、數據傳輸網絡等已完全不同于以往常規(guī)變電站，許多新技術、新功能都是首次應用，仍處于探索研究階段，沒有成熟的經驗可供借鑒。變電站智能告警與事故分析、GOOSE網絡實時監(jiān)視告警、順序控制等功能及系統(tǒng)，仍需要在使用過程中不斷完善和改進，更多基于智能化網絡的新技術也需要在試驗和具體應用中深入研究。如何合理、有效地將新技術應用到該變電站智能化改造過程中，同時又不會對已有運行設備的安全可靠運行產生影響，是變電站智能化改造過程中需重點考慮的問題。

(4)目前，變電站智能化改造多采用“廠家驗收+現場調試”的方法。但在智能化變電站改造過程中，智能化設備在出廠聯調和現場調試過程中，并沒有特定機構進行專門調試工作，且缺乏設備調試方面的流程及技術標準，調試內容不能完全涵蓋所有技術指標。部分設備及功能無法在廠家聯調過程中進行，在現場施工過程中如果發(fā)現缺陷，極易造成工期延誤等問題。因此，在實際智能化改造過程中，逐步摸索一次設備在線監(jiān)測系統(tǒng)及二次智能化設備的調試驗收方法，形成相關調試手冊及調試流程，保證智能化變電站具備較高技術水平，確保其安全可靠運行。

4.2 公用回路改造

在以往常規(guī)變電站綜自改造過程中，首先必須對公用回路進行改造，如電壓回路、公用信號回路，以方便后續(xù)各間隔改造時各種信號及采樣的接入。智能化改造中所使用的電子式電壓互感器，由于全部采用光纖接口，不能滿足新、老母差保護同時運行的條件，所以原有的改造模式并不適用于智能化改造。故可以通過母線分列運行的方式，將所有未改造的間隔掛在一條母線上運行，仍然使用傳統(tǒng)母差保護。隨后即可在空出母線上對傳統(tǒng)母線電壓互感器進行改造，以便后期改造完成間隔的接入。對空出母線上的電壓互感器、公用測控、采用光纖接口的母差保護裝置進行改造安裝完成后，將運行間隔依次停電進行改造。改造完成后，新的一次設備、二次智能設備在新母線上運行，改造完成后的間隔接入新母差保護。

4.3 線路間隔改造

各間隔智能化改造過程中，在間隔停電后，按是否需要更換互感器對線路間隔進行改造。如果需要，則將傳統(tǒng)電流互感器更換為電子式電流互感器的間隔；如果不需要，則在開關場就地增加模數、光電轉換設備，以實現與智能網絡對接。對此，需要考慮電流極性并現場進行極性試驗，就地安裝智能終端柜及在線監(jiān)測單元。

在工程實際應用中，現階段主要采用“一次設備機構+智能單元+監(jiān)測單元”的方式，其功能是作為一次設備的智能化接口，與一次設備間采用傳統(tǒng)電纜連接，與保護、測控等二次設備間采用光纜連接，通過GOOSE報文上傳一次設備的本體狀態(tài)信息，同時接收來自保護、測控的分合閘 GOOSE下行控制命令，實現對一次設備的實時控制。在實現對一次設備狀態(tài)在線監(jiān)測時，采用外置式傳感器，不需對現有常規(guī)一次斷路器、隔離開關等設備進行改動。在完成間隔改造，具備投運條件后，將改造后的間隔導入新母線上運行。

4.4 改造中存在的問題

(1)在改造初期，需要停1臺主變及1條母線，對雙主變、雙母線接線形式的變電站而言，存在較大的運行安全風險；尤其是對區(qū)域主供電負荷變電站，一旦運行母線發(fā)生故障，將會造成較大事故。在改造末期，同樣會出現此類問題。在線路間隔陸續(xù)改造期間，會相繼接入已改造完成的母線運行，在母線已有改造完成間隔運行情況下，新投入間隔在接入實驗過程中，易造成已投入運行的母差、主變等保護誤動，存在一定的風險。

(2)在改造過程中，運行設備與停電改造設備存在交直流電源共用等問題，曾經發(fā)生過因交直流接地短路故障影響運行設備安全的事故。

(3)智能化改造與常規(guī)站綜自改造不同，在全部間隔(包括一、二次設備，自動化系統(tǒng))改造完成以前，未改造部分仍然需要具備一定的遙測、遙信功能并滿足系統(tǒng)安全運行監(jiān)視的要求。未改造設備接入原有監(jiān)控系統(tǒng)的通信網絡中，已完成改造部分接入基于IEC61850規(guī)約網絡的智能化監(jiān)控系統(tǒng)。由于2種系統(tǒng)采用的通信規(guī)約不一致，相互間無法通信，導致無法直接進行數據交換；同時由于2套系統(tǒng)并存且同時運行，互為影響的網絡故障、運行程序的錯誤，都有可能引起自動化控制系統(tǒng)失靈以及保護誤動等嚴重后果。因此，在智能化改造過程中，變電站監(jiān)控系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行無法從技術上得到保障。

5 結束語

在智能電網建設過程中，智能化變電站是支撐點，如何安全、可靠地完成對現有常規(guī)變電站的智能化改造是實現電網智能化的關鍵步驟，對建設堅強智能電網具有極為重要的作用。隨著研究的深入，常規(guī)變電站的改造已逐步進入實施階段。

1 Q/GDW Z 414—2010變電站智能化改造技術規(guī)范[S].

2 李孟超，王允平，李獻偉，等．智能變電站及技術特點分析[J]．電力系統(tǒng)保護與控制，2010(18).

3 樂振春．華東電網500 kV常規(guī)變電站智能化改造的探索 和實踐[J]．華東電力，2012(6).

4 劉 曦，戴瑞海，陳 磊．110 kV常規(guī)變電站智能化改 造模式的探討[J]．浙江電力， 2012(1).