浅议智能化改造对智能电网设备发展的启示

■ 中国电器工业协会智能电网设备工作委员会 周彦伦 杨奖利 王 琨 毛昭元益和电气集团股份有限公司 李政军

0 前言

近期，媒体大量报道了中国智能电网建设进程中智能化电站试点工作取得的进展[1-10]。这些电站既有国家电网公司安排部署的试验示范项目。也有各省或地方电力部门自行安排的试点项目。智能化试点电站涉及主要电压等级从110～750 kV，覆盖地域有东北、华南，中原、华东、西北、华北等，涉及的产品或功能有：过程层输变电关键一次设备智能化，主要有开关及断路器设备、变压器、互感器、避雷器等；站控层信息一体化平台。主要有计算机监控系统、主机、人机工作站、工程师工作站、远动通信装置等；间隔层二次设备.主要有保护设备、测控设备等[11-15]。改造的目的是初步实现了设备信息数字化、功能集成化、结构紧凑化、检修状态化、运维高效化的目标，成为信息化、自动化、互动化智能化变电所，也就是力图具备国家电网公司发布的《智能电网关键设备(系统)研制规划》所规定的测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化和信息互动化技术特征(下称“五化”)[16]。

南方电网公司首个智能变电站，茂名110 kV文冲口变电站使用了智能化HGIS组合电器、全光学互感器、数字化保护测控一体化装置等新设备。实现采样、控制信号的网络化和数字化应用，以及SMV、GOOSE双网合一等新技术、智能报警分析功能及面向全站通信网络的全过程监听、一次设备的智能监测与故障诊断。

1 智能化试点工作整体情况

经过2009～2010年的智能化试点工作。已经基本达到了预定的技术要求。完成了阶段性试验的任务目标，基本情况如下：

发电方面，国家电网公司常规电源厂网协调进行了一批试点，张北风光储示范项目一期进展顺利，另有其他多方力量进行了风力发电、太阳能发电、生物质能发电等的尝试，掌握了钠硫电池制造核心技术；输电方面，可空串补、(TCSC)、动态无功补偿装置(SVC)、短路电流限制器(FCL)等柔性输电设备和线路在线监测小范围进行了试点；变电方面，两批共计74个试点智能变电站(其中新建46个)，已经投运超过10个。有1批试点工程已通过国家电网公司的验收；配电方面，国网第l批智能配电网建设试点城市包括北京、杭州、银川和厦门4个城市均已完成智能配电网试点任务。第2批31个试点城市已于2010年下半年陆续完成智能配电网规划；用电方面，2010年招标智能电表5000万块，电动汽车充电站已在国网27个省区市范围内启动建设了75座，交流充电桩6209台，约已有充换电站24座，充电桩l122个投运；调度方面，包括国调、华北、华东、华中网调，江苏、四川省调、北京海淀、河北衡水、辽宁沈阳在内的第1批9个电网智能调度试点项目均已完成试点任务；通信信息平台建立方面，完成智能化改造试点的电站。均已建立了信息一体化平台；智能电网综合示范工程方面，上海世博园智能电网综合示范工程已投运，天津市中新生态城智能电网示范工程正在建设之中。

南方电网公司提出“绿色电网”的概念。对茂名文冲口110 kV变电站完成了智能化改造.在多个城市建立了电动汽车充电站，500 kV数字化变电站试点工程在柳州局桂林变电站成功投运一年多。

2 智能化改造达到的技术状态

2.1 国家电网公司

该轮智能化改造必须达到的基本要求为：

1）智能变电站进行标准化建模，就是要求智能变电站系统模型要按满足DL/T860(IEC 61850)标准要求来建立[17]。全站使用统一的、标准化的配置工具，实现对全站设备和数据建模，并且进行相应的通信配置。

2)站控层建立信息一体化平台以及站内通信网络要标准化，就是要求信息平台要符合智能变电站技术导则规范[18-21].站内网络要满足DL/860(IEC61 850)标准要求。

3)一次设备实现智能化(包含智能组件形式)，要求每一个智能化改造变电站至少有3种以上设备实现智能化，主要要求的关键设备有：变压器、开关断路器设备、避雷器等。

2.1.1 站控层

站控层实现了信息一体化平台，实行对实时监控系统、故障录波系统、站域控制、电能计量系统、在线监测系统、视频安防系统、通信系统、对时系统等各子系统的各种数据进行统一接入、统一储存、统一处理等综合管理。实现信息来源更为广泛、信息数据可双向流动及统一的数据信息及网络共享。

2.1.2 间隔层设备

间隔层设备均采用国内各主流厂家IED装置，在110～750 kV各个电压等级均有应用，宿主主设备覆盖开关断路器设备、变压器、互感器、避雷器等产品，根据检测、监控对象，有电流、电压、产品绝缘状态、产品运行状态、绝缘介质物理状态、辅助设备工作状态等各种IED装置，实现对宿主设备信息作一定的处理、上传，同时将来自高一级的信息向下传达执行。

2.1.3 过程层设备

过程层设备涉及了开关断路器设备、变压器、互感器、避雷器等产品。这些产品各具不同的智能电子装置，具体如下：

1）开关断路器设备智能组件实现全部信息标准化，实现智能化监控或测量内容包括：开关设备控制器、监测功能组、SF6气体状态监测、局部放电监测、机构状态监测、选相合闸控制器、测量及控制装置、合并单元、信息建模等。

2)变压器智能组件实现全部信息标准化，实现智能化监控或测量内容包括：冷却装置、OLTC(有载分接开关)、测量、状态监测及控制功能组、局部放电监测、油中溶解气体监测、油中微水及油色谱分析、光纤绕组测温、非电量保护、合并单元、信息建模、专家诊断系统等。

3)避雷器实现智能化监控或测量内容包括：监测主功能组、绝缘状态监测、局部放电监测，实现了信息无线传输。

4)互感器实现智能化监控或测量内容包括：合并单元、绝缘状态监测、局部放电监测。

以上各种设备的智能组件可根据电压等级及实际情况有选择的选取。

2.1.4 通信

1)通信协议。遵循DL/T 860(IEC61850)标准通信协议.实现了间隔层与过程层网络通信和站控层网络通信。间隔层所有IED都接人过程层网络，同时需要有与站控层设备进行信息交互要求的IED。接入站控层网络，2个网络端口采用独立的数据控制器；数据模型按照DL/T 860原则进行建模。

2)网络通信满足以下技术要求。网络通信采用GOOSE方式(面向通用对象的变电站事件)，规范了智能电子设备(IED)之间的通信行为和相关的系统要求，实现了变电站自动化系统的兼容性、扩展性、可持续性。GOOSE信息处理时延应满足站内各种情况下最大不超过4 ms。GOOSE用于传输模拟量时，应支持死区配置。

装置光通信接口输出最低功率应为-22.5 dBm，裕度应在10 dBm以上；输入最低功率应为-30 dBm，裕度应为10 dBm。

智能组件对外通信接口至少应支持100 Mbit/s。

智能组件对外通信接口应采用光纤接口。

快速以太网接口支持100 Mbit/s或l000 Mbit/s，可选择(SC/ST/LC)类型端口模块。

集成的扩展功能，如合并单元等，其通信要求应符合相关标准。

2.2 南方电网公司

茂名文冲口站按照IEC 61850标准体系对站内各保护、测控、故障录波以及站内计量设备进行智能化改造.建设了一套符合该标准的自动化监控系统。同时分层构建的一次设备和网络化二次设备实现了变电站内的信息共享，其数据采集、传输、处理和输出过程完全智能化。在变电站过程层网络中，将SMV与GOOSE网合二为一。双网配置，简化了网络。实现了以下目标：

1)基于GOOSE网的3层在线式一体化五防闭锁监控系统；

2)全站IEC61 850-9-2标准网络化采样传输，实现了基于双网冗余数据快速识别算法的SMV双网在线切换技术：

3)双保护测控一体化装置智能切换技术；

4)基于GOOSE网的不完全母线保护及基于IEC 61850-9-2标准的10 kV远程网络式保护装置。

3 智能化改造试点工程的启示

3.1 需要关注的几个问题

智能电网设备发展，无须太过关注智能电网概念问题。虽然国家电网公司和南方电网公司的侧重点及视觉有所不同，或者对相同事项的具体要求不同，或者完成目标采取的策略不同，但终极目标却是殊途同归，所以，生产企业要设法使产品能够达到各相关标准或规范的要求，满足智能化变电站建设的要求。目前从试点电站设备情况可以看出，产品智能化涉及到几个最基本的问题如下：

1)可从设备的性能监测、运行状态监测、设备功能监测、绝缘状态监测、辅助设备工作状态监测控制等人手；

2)必须按IEC 61850标准通信协议建立统一的通信系统和数据模型；

3)满足达到“五化”技术特征所需的功能要求。

3.2 智能化改造后产品的智能化程度

现在智能化改造电站的主要一次产品，是将传统产品进行一定程度的智能化改造，未将一次高压设备与智能组件进行高度集成、一体化设计，是传统高压设备向最终智能产品发展的过渡产品，因而一次高压设备厂家未来任重而道远。尚有大量的工作待完成。

4 智能化工作发展的思考

4.1 智能化产品制造

智能化试点改造工程中，由于一次设备多是已就位的现有的设备，体积大、重量重、结构复杂、工艺要求高，因而改动较少。较多进行的是二次或低压部分的工作，这使得产品智能化程度的广度和深度有所局限。同时给人们造成了严重的错觉：智能化工作主要由二次设备厂家来进行，一次设备厂家作用甚微；产品智能化过程中，一、二次设备无明显的划分界线。这些错觉将导致以下严重问题的产生：①二次设备厂家盲目放大了其在电网智能化建设中的作用。认为可以通过其掌握的二次设备技术实现对一次设备的控制或实现向一次设备发展的突破，这对电网的安全稳定、可靠高效运行带来了新的严峻的考验因素；②产品界限的模糊或消失意味着责任界限的不清，事实上，工作实际中这样的例子屡见不鲜。也确已带来了一些被动。

4.2 智能化产品技术

该轮智能化改造基本达到了各电网公司对智能化变电站的要求，取得了大量科研技术成果，对中国智能电网工作进行了有益的探索和积极的推进。开辟了新的途径，同时，也为以后智能电网改造及建设工作积累了有益的经验。

将传感器或/和控制器与高压设备本体或部件进行一定程度的一体化设计，除在智能组件中将相关测量、控制、计量、监测、保护进行一体化融合设计,还要将智能组件、传感环节与高压设备本体或部件进行一体化或综合考虑设计[22-24]。

对高压设备本体或部件进行智能控制所必需设备参量进行就地数字化测量。而且数字化测量的设备覆盖面要达到满足智能化要求的必要程度，同时覆盖面会愈来愈大。智能化程度越来越高。

产品与通信、辅助部分、与站控一体化平台要做统一的综合规划设计。为电站高级管理应用作好准备；一些产品的智能化水平有待提高。

还需关注站间信息的交换。从一个一个智能化变电站的“点”成为整条线路智能化的“线”，进而发展成为整个输电网络智能化，形成整个覆盖“面”。

要加强智能电网设备标准的制订工作，以指导产品制造尽早按统一规范进行。同时给智能化产品检测试验工作提供科学坚强的技术支撑以及理论依据。

5 结语

智能电网是科技社会发展的必然产物，是输电技术长期发展的结果和自身长远发展的需要：智能电网必将是电网发展的主流模式，设备的智能化技术将日新月异地提升，制造企业的发展不仅要紧紧围绕电网发展的主流。而且要紧紧跟上技术快速发展的步伐。

随着客观现实条件及目的要求的不同，在不同时期、不同地域各有侧重点，无须盯着欧美等其他国家的发展情况来框定中国。也不必把他们的关注焦点作为中国的发展重点，而是要对其具体的、基础性的先进技术认真学习，吸收借鉴：智能电网必然要经历不断发展、完善、提高的过程。但一定是结合中国智能电网整体发展进程而展开，而其重点必然是输变电网络智能化建设。

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