论文部分内容阅读
【摘 要】智能变电站是一个完全自动化的供电网络，利用测量、通信、自动化等技术来提高电力系统的能源转换和传输效率，为用户提供更高质量的供电服务。在新时代的背景下，传统的变电站运行模式已经不能适应人们的需求了。
【关键词】智能变电站;必要性
1智能变电站简介
根据功能对智能变电站进行划分，其结构可以分为间隔层、过程层、站恐层，因此，智能变电站不仅运行可靠稳定，而且技术含量相当高。它基于数字化框架，通信平台网络和信息共享，以及区间层，过程层和站控层的分层管理要求，以我国颁布的《智能变电站技术导则》、《智能电网关键设备（系统）研制规划》等标准要求，智能站会将检测、保护、测量、采集于一体，从而保证变电站的先进功能，如在线分析诊断、决策和协同等功能。在我国变电站刚刚起步的时候，我国变电站通信网络没有严格的标准、规定，在主设备与间隔层间的接口也不统一。变电站自动化的发展受到严重干扰和阻碍。然后数字化变电站与初级设备智能化，二次设备联网，符合标准特征，基本实现数字信息，传输网络，模型标准化等功能。使得变电站在综合自动化过渡到数字化时可以在降低电缆和陆地的使用量时，更加可以使变电站内部监控网络模块化，规范化，然后与调度或集中控制中心建立开放的现代信息网络。通常智能变电站在与智能电网相匹配时，还要保证其发展方向和我国变电站的目标相一致。就目前而言，国外暂无智能变电站等相关设备。然而AREVA、ABB、SIEMENS及相关设备的评估和检测正在不断更新改善。用于互操作性的国外数据模型的统一架构也在不断发展。即使没有智能变电站的概念，变电站的发展也将朝着这个方向发展。
2智能变电站的优点
作为变电站的发展方向，智能变电站主要可以解决传统变电站存在的下列问题。即传统电压电流互感器的饱和、谐振以及绝缘。有许多长距离电缆和屏蔽电缆，安装困难;由于通信标准不统一，因此设备之间的互操作性受到限制。与传统变电站相比，智能变电站主要升级了过程层和间隔层，数字化主系统的模拟量和开关量的传递，用光纤取代现有的电缆连接，实现过程层以及需要形成联系的间隔层设备之间的通信。智能变电站的优点：1.通信网络代替了模拟量输入以及数字量输入和输出，使得二次设备硬件系统更加简化。2.得益于可观测性和可控性的加强，产生了状态监测、站域保护控制等新型应用。3.控制电缆和信号电缆在变电站的使用范围大大降低，用光纤进行替代，有效节省了有色金属，使得设计、安装和调试工作更加简洁。4.通过智能终端和GIS智能控制技术，能够节省大量电缆;由于智能变电站采用统一共享的信息平台，可以避免设备的重复投资，使测量、保护、计量等多组装置共用一组电子式互感器。5.智能化一次设备布置紧凑，能够优化占地。6.智能变电站的建设过程中，安装调试步骤大大简化，能够缩短建设的工期;同时智能设备能够实现在线检测，达到状态检修的目的，因而可以提高设备的工作效率。与传统变电站相比，智能变电站的最大变化是二次系统。信息数字化是智能变电站二次系统的主要特征，主要体现在二次系统架构、数据采集模式、数据传输模式、电流和电压回路、通信协议等方面发生了根本性的变化。随着这些变化，传统变电站的二次系统设计模式已不能满足智能变电站二次系统的设计要求。
3智能变电站二次系统结构
智能变电站是按照IEC61850标准协议把整个变电站设备而分为站控层、间隔层和过程层。在各变电站内部，过程层网络作为过程层设备和间隔层设备保持信息流畅的桥梁，变电站层网络作为间隔层设备和变电站层设备的中介保持其通信顺畅，总体形成了三层两网结构。智能变电站结构图如图1。过程层用于电力运行实时的电气量检测、运行设备状态量检测与统计和对设备进行操作、控制和驱动;间隔层实现保护和测控功能;站控层汇集全站的实时数据信息，不断刷新实时数据，按照需要将有关信息发送调度端和各级中心，实时等待电网调度的命令操作。
4第三代智能变电站的应用
4.1一次设备和二次设备的整合封装
一次设备采用内嵌智能芯片的超导故障限流器、超导变压器，通过物联网动态感知，实现主动保护与控制。二次系统采用云技术实现智能控制和保护，参与云调度，支撑基于高速网络的电网广域协调、保护及控制等功能，提高电网的可靠性。研发与一次设备同体设计的结构紧凑、高防护、抗干扰、免配置、低功耗、可不停电更换的就地模块，实现电压、电流、油温、油位及断路器状态、分接头档位、非电量信号等模拟量、开关量就地数字化，大幅减少电缆使用。第三代智能站在详细调研和论证前两代智能站优缺点的基础上，应用以分布处理为原则，具有数字转化、结构紧凑、分散布置特点的就地模块，替代原有智能终端、合并单元，避免单一设备故障影响范围大。就地模块与一次设备同体安装，符合就地数字化技术的发展方向，且目前的高性能集成芯片技术、通信技术、设计水平已满足就地模块小型化、高防护、免配置要求，并可简化网络层次，节省电缆和光纤使用。
4.2一次设备、二次设备和辅助设备实现联动
第三代智能站辅控系统通过主辅设备间、辅助设备间智能联动策略配置，实现主设备、在线监测、安防、消防、环境监控、灯光智能控制、视频等系统间数据交互共享、智能联动。可利用多系统间的数据融合、协同控制，快速处理异常事件。
（1）主辅设备联动管理配置
主设备遥控预置信号联动，根据一次设备的遥控预置指令选择设置对应视频预览、录像等功能。主设备变位信号联动，根据断路器、隔离刀闸、接地刀闸等一次设备的变位信号选择设置联动对应视频预置位预览等功能。主设备监控系统告警联动，根据主变压器及断路器等一次设备的非电量告警信号、单体一次设备融合后的总告警信号、保护动作跳闸信号选择设置联动對应视频预置位，召唤在线监测数据联动开启灯光照明等功能。主设备检修状态时，不应发送联动信息。
（2）辅助设备联动管理配置
安全防范系统入侵报警联动，打开报警防区对应回路灯光照明;启动防区现场、主控室、门卫室警笛报警;联动防区视频预置位，弹出现场视频监控预览窗口，开启录像。消防系统火灾报警联动，支持门禁紧急开门联动提示和确认、操作，方便火灾区域的人员逃生;联动开启现场灯光照明，启动现场声光报警;联动报警区域视频预置位，弹出现场视频监控预览窗口;支持现场空调、风机的开启/关闭联动提示和确认、操作。环境监测越限告警联动，室内温湿度越限告警，联动空调（风机）启/停，运行模式调节等;集水井水浸报警时联动水泵启动;室外微气象（台风、暴雨等）数据越限告警，联动现场视频监控预览窗口。SF6监测浓度越限联动，支持排风机启动联动的提示和确认、操作;启动现场声光报警;联动报警区域视频预置位，弹出现场视频监控预览窗口。
5结束语
总之，在不久的将来，我国研发的智能变电站必将使智能电网实现安全可靠、经济效益高、既清洁又环保、与环境友好互动的现代电网，可以说智能变电站在智能电网各个方面中具有强大的价值。
（作者单位：呼和浩特市电力勘察设计院有限公司）
【关键词】智能变电站;必要性
1智能变电站简介
根据功能对智能变电站进行划分，其结构可以分为间隔层、过程层、站恐层，因此，智能变电站不仅运行可靠稳定，而且技术含量相当高。它基于数字化框架，通信平台网络和信息共享，以及区间层，过程层和站控层的分层管理要求，以我国颁布的《智能变电站技术导则》、《智能电网关键设备（系统）研制规划》等标准要求，智能站会将检测、保护、测量、采集于一体，从而保证变电站的先进功能，如在线分析诊断、决策和协同等功能。在我国变电站刚刚起步的时候，我国变电站通信网络没有严格的标准、规定，在主设备与间隔层间的接口也不统一。变电站自动化的发展受到严重干扰和阻碍。然后数字化变电站与初级设备智能化，二次设备联网，符合标准特征，基本实现数字信息，传输网络，模型标准化等功能。使得变电站在综合自动化过渡到数字化时可以在降低电缆和陆地的使用量时，更加可以使变电站内部监控网络模块化，规范化，然后与调度或集中控制中心建立开放的现代信息网络。通常智能变电站在与智能电网相匹配时，还要保证其发展方向和我国变电站的目标相一致。就目前而言，国外暂无智能变电站等相关设备。然而AREVA、ABB、SIEMENS及相关设备的评估和检测正在不断更新改善。用于互操作性的国外数据模型的统一架构也在不断发展。即使没有智能变电站的概念，变电站的发展也将朝着这个方向发展。
2智能变电站的优点
作为变电站的发展方向，智能变电站主要可以解决传统变电站存在的下列问题。即传统电压电流互感器的饱和、谐振以及绝缘。有许多长距离电缆和屏蔽电缆，安装困难;由于通信标准不统一，因此设备之间的互操作性受到限制。与传统变电站相比，智能变电站主要升级了过程层和间隔层，数字化主系统的模拟量和开关量的传递，用光纤取代现有的电缆连接，实现过程层以及需要形成联系的间隔层设备之间的通信。智能变电站的优点：1.通信网络代替了模拟量输入以及数字量输入和输出，使得二次设备硬件系统更加简化。2.得益于可观测性和可控性的加强，产生了状态监测、站域保护控制等新型应用。3.控制电缆和信号电缆在变电站的使用范围大大降低，用光纤进行替代，有效节省了有色金属，使得设计、安装和调试工作更加简洁。4.通过智能终端和GIS智能控制技术，能够节省大量电缆;由于智能变电站采用统一共享的信息平台，可以避免设备的重复投资，使测量、保护、计量等多组装置共用一组电子式互感器。5.智能化一次设备布置紧凑，能够优化占地。6.智能变电站的建设过程中，安装调试步骤大大简化，能够缩短建设的工期;同时智能设备能够实现在线检测，达到状态检修的目的，因而可以提高设备的工作效率。与传统变电站相比，智能变电站的最大变化是二次系统。信息数字化是智能变电站二次系统的主要特征，主要体现在二次系统架构、数据采集模式、数据传输模式、电流和电压回路、通信协议等方面发生了根本性的变化。随着这些变化，传统变电站的二次系统设计模式已不能满足智能变电站二次系统的设计要求。
3智能变电站二次系统结构
智能变电站是按照IEC61850标准协议把整个变电站设备而分为站控层、间隔层和过程层。在各变电站内部，过程层网络作为过程层设备和间隔层设备保持信息流畅的桥梁，变电站层网络作为间隔层设备和变电站层设备的中介保持其通信顺畅，总体形成了三层两网结构。智能变电站结构图如图1。过程层用于电力运行实时的电气量检测、运行设备状态量检测与统计和对设备进行操作、控制和驱动;间隔层实现保护和测控功能;站控层汇集全站的实时数据信息，不断刷新实时数据，按照需要将有关信息发送调度端和各级中心，实时等待电网调度的命令操作。
4第三代智能变电站的应用
4.1一次设备和二次设备的整合封装
一次设备采用内嵌智能芯片的超导故障限流器、超导变压器，通过物联网动态感知，实现主动保护与控制。二次系统采用云技术实现智能控制和保护，参与云调度，支撑基于高速网络的电网广域协调、保护及控制等功能，提高电网的可靠性。研发与一次设备同体设计的结构紧凑、高防护、抗干扰、免配置、低功耗、可不停电更换的就地模块，实现电压、电流、油温、油位及断路器状态、分接头档位、非电量信号等模拟量、开关量就地数字化，大幅减少电缆使用。第三代智能站在详细调研和论证前两代智能站优缺点的基础上，应用以分布处理为原则，具有数字转化、结构紧凑、分散布置特点的就地模块，替代原有智能终端、合并单元，避免单一设备故障影响范围大。就地模块与一次设备同体安装，符合就地数字化技术的发展方向，且目前的高性能集成芯片技术、通信技术、设计水平已满足就地模块小型化、高防护、免配置要求，并可简化网络层次，节省电缆和光纤使用。
4.2一次设备、二次设备和辅助设备实现联动
第三代智能站辅控系统通过主辅设备间、辅助设备间智能联动策略配置，实现主设备、在线监测、安防、消防、环境监控、灯光智能控制、视频等系统间数据交互共享、智能联动。可利用多系统间的数据融合、协同控制，快速处理异常事件。
（1）主辅设备联动管理配置
主设备遥控预置信号联动，根据一次设备的遥控预置指令选择设置对应视频预览、录像等功能。主设备变位信号联动，根据断路器、隔离刀闸、接地刀闸等一次设备的变位信号选择设置联动对应视频预置位预览等功能。主设备监控系统告警联动，根据主变压器及断路器等一次设备的非电量告警信号、单体一次设备融合后的总告警信号、保护动作跳闸信号选择设置联动對应视频预置位，召唤在线监测数据联动开启灯光照明等功能。主设备检修状态时，不应发送联动信息。
（2）辅助设备联动管理配置
安全防范系统入侵报警联动，打开报警防区对应回路灯光照明;启动防区现场、主控室、门卫室警笛报警;联动防区视频预置位，弹出现场视频监控预览窗口，开启录像。消防系统火灾报警联动，支持门禁紧急开门联动提示和确认、操作，方便火灾区域的人员逃生;联动开启现场灯光照明，启动现场声光报警;联动报警区域视频预置位，弹出现场视频监控预览窗口;支持现场空调、风机的开启/关闭联动提示和确认、操作。环境监测越限告警联动，室内温湿度越限告警，联动空调（风机）启/停，运行模式调节等;集水井水浸报警时联动水泵启动;室外微气象（台风、暴雨等）数据越限告警，联动现场视频监控预览窗口。SF6监测浓度越限联动，支持排风机启动联动的提示和确认、操作;启动现场声光报警;联动报警区域视频预置位，弹出现场视频监控预览窗口。
5结束语
总之，在不久的将来，我国研发的智能变电站必将使智能电网实现安全可靠、经济效益高、既清洁又环保、与环境友好互动的现代电网，可以说智能变电站在智能电网各个方面中具有强大的价值。
（作者单位：呼和浩特市电力勘察设计院有限公司）