论文部分内容阅读
【摘 要】 随着经济的发展，能源问题和环境问题日渐突出，我国面临着全球变暖和大范围雾霾天气污染等严重环境压力。我国电力供应中以烧煤为主的火电占了很大份额，因此在我国能源安全和环境安全的压力下，建设智能化高效的电网迫在眉睫。
【关键词】 智能电网；智能变电站；变电站改造
一、智能变电站的技术特点
1、智能化
变电站中IED设备的智能化和信息化是智能变电站的技术关键，因此在智能变电站中的一次设备智能化的IED主要有光电互感器、智能通讯设备、微处理器、智能变压器等。其中光电互感器的大量使用能够更好地将变电站的参数和状态转换成电信号，通过IEC61850规约远程传递给控制中心，实现了远程检测和控制，简化了常规机电继电器及控制回路和导线连接的复杂设计和维护。此外一次设备的智能化也为二次设备的智能化提供了条件，因此在智能变电站的设备层中继承了传统变电站的过程层和间隔层
2、二次设备的信息化
基于一次设备的智能化和信息化，智能变电站中的很多二次设备也可以与一次设备共同享用光电传感器，通讯设备等，二次设备中如继电保护器、测量控制系统、无功补偿、安全检测设备都可以利用IEC61850通讯规约实现在线状态检修。由于IEC61850通讯规约的存在因此不需要出现各种五花八门的I/O接口，可以通过网络实现接口和信息的网络化，通过光纤实现智能变电站的“全景”监控和远程控制，为状态检修提供了技术基础。
3、IEC61850通讯规约
IEC61850通讯规约能够很好地解决目前各厂家IED设备之间混乱的通讯现状，以兼容性和扩展性实现了智能变电站从过程层到整个电网及远程控制中心的的信息无缝对接。能够实现智能电网中变电站内外信息的交互和共享，为以后的系统间数据和信息无缝结合提供条件。
4、为状态检修提供条件
智能化的变电站最突出的在于各种设备状态的远程实时在线监控，最明显的好处在于可以远程获知一次设备的运行状态、工作状态，并可通过数据分析对使用寿命和故障点进行预测和分析，为及早发现问题预防重大事故提供了基础。相比传统变电站来说，智能变电站的监测点从以往只检测主要设备（如只有变压器才装有状态在线监测设备）变成涵盖更多设备更多检测数据（例如，以前没有能力涉及到的GIS、断路器、隔离开关等），检测的方面涵盖更广，能够做的远程诊断越精准。
二、智能变电站的结构
1、过程层
过程层是智能变电站的重要组成结构，其主要功能是在电力运行过程中对电气量进行实时检测；对正在运行设备的运行状态参数进行检测；并且通过设备进行对执行和驱动的操作控制。
2、间隔层
间隔层的设备的主要功能是将过程层本次间隔内的数据信息进行实时汇总，并且对一次设备具有保护控制的功能，对本间隔内的操作具有闭锁功能，具有操作同期控制功能，以及其他的控制功能。同时，优先控制数据信息的采集、系统数据的统计与预算、总体控制命令的发送。在必要时，还可以采用双扣全双工的方式使用上下网络接口，以此来提高整体信息通道的冗余度，提高网絡通信的安全性与可靠性。
3、站控层
站控层的主要任务有：按照既定规定向调度中心或者控制中心送交变电站运行的相关数据信息；通过二级高速网络对整个智能变电站的数据信息进行实时汇总，对实时数据库进行不断刷新，并且保证按时登录到历史数据库进行数据整理；接受由调度中心和控制中心发出的有关控制的命令，并转交给过程层与间隔层，保证命令的按时执行；可以对整个智能变电站的操作闭锁进行在线编程，有效的控制全站的操作闭锁；对智能变电站内进行当地监控，具有人机联系的功能；能够有效的对过程层、间隔层的设备进行在线维护、在线组态、同时还可以对设备的参数进行在线修改；能够科学自动分析变电站内的故障原因；能够进行系统科学的操作培训。过程层的设备对一次设备与二次系统有着重要的桥梁作用，能有有效的联系两个操作环节；并且能够为间隔层的设备及时提供一次设备的相关数据。而执行间隔层与站控层都能够对一次设备进行有效的调节与控制。在间隔层中，由设备对一次设备进行严格的测量、保护、控制、检测、计量，以保证一次设备的高智能化。智能组件具有高智能化的操作水平，并且集成了过程层的部分功能，并且具有间隔层的测量、保护、控制、检测、计量工作的部分功能或者全部功能。
智能化一次设备是智能变电站的主要特征之一，这种设备是将高压一次设备和与变电站相关的智能组件进行有机结合，以保证其科学性与实用性，并且这种有机组合有三种组合方式：第一种方式是在独立运行的高压设备外部增加相关的安装智能组件；第二种是在独立运行的高压组件的内部嵌入部分智能组件后再在外部增加智能组件；第三种方式是在独立运行的高压设备内部嵌入相关的智能组件。由此可以看出，智能组件是实现一次设备智能化的重要组成部分，将智能组件与高压设备有机结合是保证一次设备智能化的关键。
三、常规变电站智能化改造要点
1、改造原则
常规变电站的智能化改造必须遵守以下几个原则：安全性和可靠性，不能因为改造而降低安全水平；经济性和实用性，需要具体问题具体分析，根据变电站的重要性、设备状态、运行环境等经济实用的实现智能化，以企业的运营效率和资产使用效率为出发点考虑；标准化，变电站的智能化的标准必须是严格遵守有关标准的，否则就违背了智能化的初衷[1]。
2、过程层智能化改造
本着经济性的原则，在一次设备达到工作寿命前，对其加装在线检测设备。对于高压设备需要将传感器放置在高压设备外，实现对高压设备的数字状态采集。由于变压器所涉及的参数较多，在变压器上需要设置智能组件柜。各种断路器的测量参数较少，没必要每个都设置智能组件柜，而采用在场区设置一个总的智能组件柜。智能组件柜在一次设备达到工作寿命后，彻底换代成专用集成电路式智能检测器和断路器，按照智能电站的设计规范对间隔层和站控层进行相应改造，完成智能变电站的智能化。 3、间隔层的智能化改造
IEC61850通讯协议是整个变电站智能化的关键，因此间隔层的智能化改造要对不符合IEC61850通讯协议的保护设备进行更换，对有些虽然支持IEC61850通訊协议但现在执行103规约的保护设备进行改造，原则是让所有的设备都以IEC61850通讯协议连接。在间隔层的设备更换时，过程层的设备继续运行需要在电磁式电流互感器和电压互感器此类的一次设备加装数据采集控制单元。
4、站控层的智能化改造
智能化的变电站的站控层要遵守IEC61850通讯协议，要求是集监控、远程通讯、运行监控、五防闭锁于一体。对不符合接入以太网或光纤的设备要及时更换或加装转接设备。目前我国变电站基本上是微机综合自动化变电站，对此不需要整体更换，只需要在站控出口处适当改造以适合IEC61850通讯协议，而对没有进行微机综合自动化变电站直接按照IEC61850通讯协议的规则整体智能改造[2]。
四、110kV惠民变电站智能化改造方案
1、110kV惠民变电站站控层改造方案
主机兼操作员工作站1套，采用UNIX操作系统，提供整套一体化信息平台系统软件，含监控功能、操作闭锁功能和高级应用功能等；远动通信装置1套，双机配置，采用直流供电。具备2个4线E/M模拟接口/一个调度端（传输速率在300～2400bt范围内可调），采用IEC60870-5-101规约和新颁布CDT规约；并应具备至调度端的以太网接口（至少为2个），采用IEC60870-5-104网络通讯规约；网络报文记录分析系统1套，配置独立的网络报文记录分析装置1套，实现对全站各种网络报文的实时监视、捕捉、存储、分析和统计功能。网络报文记录分析系统宜具备变电站网络通信状态的在线监视和状态评估功能；设置网络打印机1台，通过变电站站控层和间隔层网络通信打印全站各装置的保护告警、事件等。
2、110kV惠民变电站过程层与间隔层的改造方案
间隔层设备选择110kV及主变等高压侧间隔采用常规互感器+合并单元方式，实现电压、电流信号的数字式采集，传送给过程层的合并单元。对于35kV/10kV及以下低压侧设备，改造方案中决定采用低压侧常规互感器+合并单元智能终端一体化装置方式。站内间隔层设备全部接入站内直流供电系统中，采用直流220V供电。110kV线路采用独立装置实现，110kV母联保护功能保留。过程层设备的改造与间隔层统筹考虑。主变部分一次设备各侧采用常规互感器+合并单元方式实现电压、电流信号的智能化采集，就地智能化采集后送给主变合并单元；主变本体、各侧开关通过过程层智能终端实现本体、开关信号智能化采集与控制。110kV间隔、主变本体及各侧采用间隔断路器采用常规互感器+合并单元方式，通过过程层智能终端实现开关信号智能化采集与控制、以GOOSE通讯实现一次设备的数字接口与智能控制；站内电气设备选择支持IEC61850标准的成熟产品。全站开关智能终端就地安装于智能柜；对支持电动操作的开关智能化一次设备，实现遥控操作。全站采用计算机监控逻辑闭锁，辅助电气闭锁和机械闭锁，完善35kV开关柜电气五防。
五、结束语
随着我国经济建设的快速发展，电力行业也在不断地加速进步。特别是电力行业的变电站的改造，近年来也是备受人们的关注。智能化变电站作为智能电网的坚强后盾。利用现有的变电站进行智能化升级和改造，从而达到变电站运维成本降低、优化资源配置、提升运行指标的效果。
参考文献：
[1]蒋雷.小议智能变电站的关键技术及改造要点[J].河南科技，2014，04：97.
[2]郑波，李红利，高广峰，胡皓.110kV综自变电站智能化改造工程的实践与探索[J].智能电网，2014，04：18-22.
[3]李涛，岳野.智能变电站智能化技术的剖析[J].华章，2014，18：374.
[4]邓亚宁.变电站智能化改造技术探讨[J].广东科技，2013，20：88-89.
【关键词】 智能电网；智能变电站；变电站改造
一、智能变电站的技术特点
1、智能化
变电站中IED设备的智能化和信息化是智能变电站的技术关键，因此在智能变电站中的一次设备智能化的IED主要有光电互感器、智能通讯设备、微处理器、智能变压器等。其中光电互感器的大量使用能够更好地将变电站的参数和状态转换成电信号，通过IEC61850规约远程传递给控制中心，实现了远程检测和控制，简化了常规机电继电器及控制回路和导线连接的复杂设计和维护。此外一次设备的智能化也为二次设备的智能化提供了条件，因此在智能变电站的设备层中继承了传统变电站的过程层和间隔层
2、二次设备的信息化
基于一次设备的智能化和信息化，智能变电站中的很多二次设备也可以与一次设备共同享用光电传感器，通讯设备等，二次设备中如继电保护器、测量控制系统、无功补偿、安全检测设备都可以利用IEC61850通讯规约实现在线状态检修。由于IEC61850通讯规约的存在因此不需要出现各种五花八门的I/O接口，可以通过网络实现接口和信息的网络化，通过光纤实现智能变电站的“全景”监控和远程控制，为状态检修提供了技术基础。
3、IEC61850通讯规约
IEC61850通讯规约能够很好地解决目前各厂家IED设备之间混乱的通讯现状，以兼容性和扩展性实现了智能变电站从过程层到整个电网及远程控制中心的的信息无缝对接。能够实现智能电网中变电站内外信息的交互和共享，为以后的系统间数据和信息无缝结合提供条件。
4、为状态检修提供条件
智能化的变电站最突出的在于各种设备状态的远程实时在线监控，最明显的好处在于可以远程获知一次设备的运行状态、工作状态，并可通过数据分析对使用寿命和故障点进行预测和分析，为及早发现问题预防重大事故提供了基础。相比传统变电站来说，智能变电站的监测点从以往只检测主要设备（如只有变压器才装有状态在线监测设备）变成涵盖更多设备更多检测数据（例如，以前没有能力涉及到的GIS、断路器、隔离开关等），检测的方面涵盖更广，能够做的远程诊断越精准。
二、智能变电站的结构
1、过程层
过程层是智能变电站的重要组成结构，其主要功能是在电力运行过程中对电气量进行实时检测；对正在运行设备的运行状态参数进行检测；并且通过设备进行对执行和驱动的操作控制。
2、间隔层
间隔层的设备的主要功能是将过程层本次间隔内的数据信息进行实时汇总，并且对一次设备具有保护控制的功能，对本间隔内的操作具有闭锁功能，具有操作同期控制功能，以及其他的控制功能。同时，优先控制数据信息的采集、系统数据的统计与预算、总体控制命令的发送。在必要时，还可以采用双扣全双工的方式使用上下网络接口，以此来提高整体信息通道的冗余度，提高网絡通信的安全性与可靠性。
3、站控层
站控层的主要任务有：按照既定规定向调度中心或者控制中心送交变电站运行的相关数据信息；通过二级高速网络对整个智能变电站的数据信息进行实时汇总，对实时数据库进行不断刷新，并且保证按时登录到历史数据库进行数据整理；接受由调度中心和控制中心发出的有关控制的命令，并转交给过程层与间隔层，保证命令的按时执行；可以对整个智能变电站的操作闭锁进行在线编程，有效的控制全站的操作闭锁；对智能变电站内进行当地监控，具有人机联系的功能；能够有效的对过程层、间隔层的设备进行在线维护、在线组态、同时还可以对设备的参数进行在线修改；能够科学自动分析变电站内的故障原因；能够进行系统科学的操作培训。过程层的设备对一次设备与二次系统有着重要的桥梁作用，能有有效的联系两个操作环节；并且能够为间隔层的设备及时提供一次设备的相关数据。而执行间隔层与站控层都能够对一次设备进行有效的调节与控制。在间隔层中，由设备对一次设备进行严格的测量、保护、控制、检测、计量，以保证一次设备的高智能化。智能组件具有高智能化的操作水平，并且集成了过程层的部分功能，并且具有间隔层的测量、保护、控制、检测、计量工作的部分功能或者全部功能。
智能化一次设备是智能变电站的主要特征之一，这种设备是将高压一次设备和与变电站相关的智能组件进行有机结合，以保证其科学性与实用性，并且这种有机组合有三种组合方式：第一种方式是在独立运行的高压设备外部增加相关的安装智能组件；第二种是在独立运行的高压组件的内部嵌入部分智能组件后再在外部增加智能组件；第三种方式是在独立运行的高压设备内部嵌入相关的智能组件。由此可以看出，智能组件是实现一次设备智能化的重要组成部分，将智能组件与高压设备有机结合是保证一次设备智能化的关键。
三、常规变电站智能化改造要点
1、改造原则
常规变电站的智能化改造必须遵守以下几个原则：安全性和可靠性，不能因为改造而降低安全水平；经济性和实用性，需要具体问题具体分析，根据变电站的重要性、设备状态、运行环境等经济实用的实现智能化，以企业的运营效率和资产使用效率为出发点考虑；标准化，变电站的智能化的标准必须是严格遵守有关标准的，否则就违背了智能化的初衷[1]。
2、过程层智能化改造
本着经济性的原则，在一次设备达到工作寿命前，对其加装在线检测设备。对于高压设备需要将传感器放置在高压设备外，实现对高压设备的数字状态采集。由于变压器所涉及的参数较多，在变压器上需要设置智能组件柜。各种断路器的测量参数较少，没必要每个都设置智能组件柜，而采用在场区设置一个总的智能组件柜。智能组件柜在一次设备达到工作寿命后，彻底换代成专用集成电路式智能检测器和断路器，按照智能电站的设计规范对间隔层和站控层进行相应改造，完成智能变电站的智能化。 3、间隔层的智能化改造
IEC61850通讯协议是整个变电站智能化的关键，因此间隔层的智能化改造要对不符合IEC61850通讯协议的保护设备进行更换，对有些虽然支持IEC61850通訊协议但现在执行103规约的保护设备进行改造，原则是让所有的设备都以IEC61850通讯协议连接。在间隔层的设备更换时，过程层的设备继续运行需要在电磁式电流互感器和电压互感器此类的一次设备加装数据采集控制单元。
4、站控层的智能化改造
智能化的变电站的站控层要遵守IEC61850通讯协议，要求是集监控、远程通讯、运行监控、五防闭锁于一体。对不符合接入以太网或光纤的设备要及时更换或加装转接设备。目前我国变电站基本上是微机综合自动化变电站，对此不需要整体更换，只需要在站控出口处适当改造以适合IEC61850通讯协议，而对没有进行微机综合自动化变电站直接按照IEC61850通讯协议的规则整体智能改造[2]。
四、110kV惠民变电站智能化改造方案
1、110kV惠民变电站站控层改造方案
主机兼操作员工作站1套，采用UNIX操作系统，提供整套一体化信息平台系统软件，含监控功能、操作闭锁功能和高级应用功能等；远动通信装置1套，双机配置，采用直流供电。具备2个4线E/M模拟接口/一个调度端（传输速率在300～2400bt范围内可调），采用IEC60870-5-101规约和新颁布CDT规约；并应具备至调度端的以太网接口（至少为2个），采用IEC60870-5-104网络通讯规约；网络报文记录分析系统1套，配置独立的网络报文记录分析装置1套，实现对全站各种网络报文的实时监视、捕捉、存储、分析和统计功能。网络报文记录分析系统宜具备变电站网络通信状态的在线监视和状态评估功能；设置网络打印机1台，通过变电站站控层和间隔层网络通信打印全站各装置的保护告警、事件等。
2、110kV惠民变电站过程层与间隔层的改造方案
间隔层设备选择110kV及主变等高压侧间隔采用常规互感器+合并单元方式，实现电压、电流信号的数字式采集，传送给过程层的合并单元。对于35kV/10kV及以下低压侧设备，改造方案中决定采用低压侧常规互感器+合并单元智能终端一体化装置方式。站内间隔层设备全部接入站内直流供电系统中，采用直流220V供电。110kV线路采用独立装置实现，110kV母联保护功能保留。过程层设备的改造与间隔层统筹考虑。主变部分一次设备各侧采用常规互感器+合并单元方式实现电压、电流信号的智能化采集，就地智能化采集后送给主变合并单元；主变本体、各侧开关通过过程层智能终端实现本体、开关信号智能化采集与控制。110kV间隔、主变本体及各侧采用间隔断路器采用常规互感器+合并单元方式，通过过程层智能终端实现开关信号智能化采集与控制、以GOOSE通讯实现一次设备的数字接口与智能控制；站内电气设备选择支持IEC61850标准的成熟产品。全站开关智能终端就地安装于智能柜；对支持电动操作的开关智能化一次设备，实现遥控操作。全站采用计算机监控逻辑闭锁，辅助电气闭锁和机械闭锁，完善35kV开关柜电气五防。
五、结束语
随着我国经济建设的快速发展，电力行业也在不断地加速进步。特别是电力行业的变电站的改造，近年来也是备受人们的关注。智能化变电站作为智能电网的坚强后盾。利用现有的变电站进行智能化升级和改造，从而达到变电站运维成本降低、优化资源配置、提升运行指标的效果。
参考文献：
[1]蒋雷.小议智能变电站的关键技术及改造要点[J].河南科技，2014，04：97.
[2]郑波，李红利，高广峰，胡皓.110kV综自变电站智能化改造工程的实践与探索[J].智能电网，2014，04：18-22.
[3]李涛，岳野.智能变电站智能化技术的剖析[J].华章，2014，18：374.
[4]邓亚宁.变电站智能化改造技术探讨[J].广东科技，2013，20：88-89.