关于智能变电站关键技术问题的研究

黄晓扬

摘 要：随着智能电网不断的发展，智能化变电站已经被广泛推广应用。本文针对现有的智能变电站发展状况，介绍了智能变电站的系统结构以及相比于传统变电站的技术特点，并通过各个方面详细探究了智能变电站发展建设中需要重点关注的一些问题，在今后的发展过程中明确方向，使其得到更好的发展。

关键词：智能变电站；系统结构；重点问题；光电式互感器

中图分类号：TM63 文献标识码：A

引言

智能变电站，是通过数字化变电站演化而来，主要体现在一次设备简单智能化、二次设备网络实用化、通讯规约标准统一化，使其更加自动化、智能化，从而满足电网建设发展的一种新型变电站模式。智能变电站的发展作为智能电网建设的基础，将有助于智能电网发展建设工作的推进。在当前智能电网发展的大背景下，发展智能变电站已经成为必然趋势。通过近几年的发展，智能化变电站技术水平日益提高，已经实现了大规模推广应用。但由于智能变电站在我国的发展时间较短，智能变电站各方面要求较高，在实际的应用过程中还是需要重视一些关键问题，如果能处理好这些问题，将更有助于智能变电站的发展。

1智能变电站的技术特点

智能变电站的操作可以实现程序化、简单化，减少了运行人员的工作量，提高了设备的可靠性。光电式互感器的应用，解决了传统互感器饱和、过载、开路、铁磁谐振等问题。通过智能控制装置完成了对一次设备的就地数字化。智能控制装置通过光纤与保护控制装置通信，上传开入量并接收间隔层设备的控制命令，完全取消了设备层与间隔层之间的电缆。减少了电磁干扰，提高了保护、测量、计量系统的精度。提高了信号传输的可靠性。数字信号在传输的过程中的附加误差极小，采用光纤传输，减少了二次接线。通信信道可多个通道传输信息，提高了信号传输的效率。通过61850规范对各种信息数据进行统一建模，把各自相对独立发展的各项应用技术模块集成在变电站自动化系统中，统一信息化保准，对于不同厂家的多种智能电子设备（IED）之间的相互操作得以实现。

2智能变电站的系统结构分析

智能变电站的系统结构相比于传统结构，划分更为具体，通过不同结构的各自工作和相互配合，达到优化工作效率的目的。智能变电站的系统结构一般可以分为：站控层、间隔层和设备层三个分层。

2.1站控层

站控层是变电站的主要控制系统，包含监控系统、远动系统和故障信息、安全保护等子系统，实现面向全站设备的控制、监视、报警及信息交互功能，完成对数据采集和在线监控、五防闭锁以及保护信息管理、电气量采集等相关功能。

2.2间隔层

主要连接站控层和设备层。设备一般包括继电保护装置、测控装置、合并单元等设备，主要执行数据的分析、信息的传送反馈、故障处理等功能。同时也具备监测功能和继电保护功能，对设备层的工作状态进行监测，并通过光纤连接同设备层进行通讯。

2.3设备层

设备层是智能变电站的主要工作区间，包含变电站的一次设备、合并单元和智能终端等，主要完成变电站电能分配、变换、传输及其测量、控制、保护、计量、状态监测等相关功能。

3智能变电站建设重点问题思考

虽然智能变电站在电力领域中的使用时间和发展时间比较短暂，但智能变电站的发展却十分迅速，也取得了一定的成功经验，并且在各个方面都取得了突破性的进展。但由于智能变电站在我国的发展时间较短，发展水平有限，在实际应用过程中还是会有一些问题，需要我们思考关注。以下是对智能变电站一些关键问题的具体归纳。

3.1技术、管理水平

对于智能变电站来讲，是对传统变电站的一种创新，从变电站的基建到变电站的运行与维护等环节，都需要新的技术手段和设备工具。智能变电站的技术特点也决定了平时的维护工作高度融合了保护、通信、自动化等专业知识。因此，智能变电站的运行、建造和维护工作需要有相关专业技术的人才来开展实施，而目前智能变电站方面的人才有限，工作人员的专业水平也有待提高，如果过度依赖厂家技术服务，对智能变电站后的运维工作极为不利。这方面还需要进一步的落实和实施。

除了技术水平要求全面外，运行管理方面也很重要，智能化系统增加了顺序控制、协同互助、在线监测等高级应用功能。虽然提高了工作效率、缩短了工作时间，但同时也对运行人员提出了更高的要求。加之在智能终端、合并单元、GOOSE交换机等新的设备出现之后，当设备运行异常时，需要根据现场初步做出判断，分析故障原因。所以，就需要运维人员掌握各方面专业知识，不断提高技术水平。

3.2改造实施方案

目前国内存在传统变电站和数字化变电站来两大模式。传统变电站存在采集资源重复、系统多套、厂站设计和调试复杂、互操性差、信息不标准、不规范等问题；数字化变电站存在缺乏相关标准规范、过程层设备稳定性和可靠性有待验证、缺乏相关评估体系和手段等问题。所以为了电网安全运行水平的进一步提高，迫切需要进行智能化改造。目前的智能化变电站改造工作还处于不断实践的过程，还没有比较理想的实施方案，影响了智能变电站的推广和普及工作。智能变电站的建设一般采用新建或在原有的基础上改造的形式来进行，由于传统变电站的工作原理和技术实施同智能变电站之间存在很大区别，也使得智能化变电站改造工作的开展十分困难。如何更有效、规范的进行智能化改造是我们必须解决的问题。

3.3数据采集、共享

智能变电站中对于数据的采集有着较高的要求，测量精度要求高的的模拟量，宜采用高精度数据采集技术、对于绝对时标和同步有着高精度要求的数据，需要实现统一断面实时数据的同步采集。所以在智能变电站中对于数据同步采集工作存在着一定的技术困难。在传统变电站中，各个单元内部的采样工作可以通过单元结构来实现，无需同其他设备单元配合。在智能变电站中，合并单元作为间隔数据的集中采集源，一旦出现错误会使大部分保护闭锁，扩大故障范围。在互感器内部，采集数据信息的回路较多，当互感器内部的任何回路出错时，极易造成信息失效，导致信息采集工作无法正常进行。另外通过光纤传输采样数字信号，存在着开路、断线的可能，同样存在采样异常情况。在数据共享方面，目前的技术普遍只在站内进行数据信息的共享，没有被整个电网所共用。如果能够将数据信息有效统计和快速获取并完全实现数据共享通，将有利于供电可靠性的提高，供电质量的提高和电网运行管理水平的提高。endprint

3.4保护性能

智能变电站中，电子式互感器信息的传输方式为先从互感器到合并单元，再从合并单元到交换机设备或保护测控装置，由于中间传输环节较多，增加了传输延时。同时保护跳闸出口过程为从保护装置到智能终端再到开关机构。保护跳闸出口要经过智能终端的处理之后再作用到一次设备机构中，对保护快速性有一定影响。保护动作的延时主要为合并单元、智能终端的处理和光纤传输，相比于传统微机保护慢了5～7ms。另外，对采样和跳闸点对点的要求，必然会导致光纤的大量集中使用，大量的光接口元件同时作用于同一块插件，会造成光接口设备功率增大导致发热。应考虑分散布置的方法，如将母线差动保护、变压器保护等按主单元和子单元分置，以减少光纤过多集中的影响。

3.5信息安全问题

信息安全问题是智能电网安全的核心问题之一，传统的变电站设备之间是点对点的通信方式，安全性较高。而智能变电站的信息传输和数据共享都是依靠网络技术来完成和实现，所有智能设备的信息全部集中于局域网上，由于网络的普遍性和复杂性，容易造成智能变电站的信息流失，就决定了不可避免地存在信息安全隐患。如果某智能设备（IED）受到恶意攻击时，有可能对整个变电站自动化系统的安全带来极大的影响。由于变电站智能设备（IED）之间将不再有点对点的硬接线，传统变电站内装置之间将不再有明显的安全隔离点，装置在任何情况下的隔离措施都将通过软件来实现，控制、事件记录等功能也全部通过软件实现。这种对等方式信息交互的信息机制，将更多地体现为网络的安全性问题。因此，智能电网的信息安全问题必须充分考虑。目前一些新的安全技术例如网络防火墙技术、加密技术、权限管理等计算机网络安全技术的发展，可以给如何更好的进行信息安全防护带来了新发展的方向。

3.6同步对时

智能变电站的二次系统通常包含光电式互感器、合并单元、交换机、保护测控装置等设备。传统互感器、保护测控装置以及一次设备之间通过光纤连接替代了以往的电缆连接，保护测控设备的电流电压采样值输入也由模拟信号转变为数字信号输入，信息的共享程度和数据的实时性大幅度提高，这些变化对智能变电站的同步系统提出了更严格的要求。传统变电站对时是通过判断动作顺序实现，不影响电网的安全运行。智能变电站由于有协同互动功能，必须有精确的绝对时标。站内需采用基于卫星时钟对时系统，延时精度也需要满足分布式应用功能的需要，另外从电网安全的方面考虑，在条件成熟的情况下宜优先采用北斗星时钟对时系统。

3.7光电式互感器的使用

光电式互感器的采用被认为是智能变电站的标志。光电互感技术的发展突破了传统互感器的不足，大大提高了性能，正在被使用的电子式或光电式互感器，具有无传导电磁干扰、无磁饱和和谐振、良好的暂态特性、绝缘性好、体积小、安全性高、重量轻等优点，但在实际的应用中，也确实存在一些问题需要被关注。

有源光电互感器（EVT/ECT）的线圈以罗柯夫斯基（Rogowski）线圈为主，工作原理是高压侧通过激光向电子模块供电，输出的电信号经过A/D转换后变为数字信号，再经过LED电路转化为光信号最后再由光纤传递到低压侧。由于该类型光电互感器的传感头需要激光进行供电，因此称为有源型光电互感器。有缘式存在的问题有物理距离受限制、测量精度的温度漂移问题、需要供电存在运行可靠性问题、易受外界电磁干扰、长期大功率供能影响光器件使用寿命等。无源式电流互感器（OVT/OCT）主要利用法拉第（Faraday）磁光效应，传感器检测到被测信号，并将信号通过光纤传输到各测量设备。无源式电压互感器是利用普克尔（Pockels）电光效应。无源式光电互感器不需要激光对传感头进行供电，因此高压测的结构简单，但是制造困难成本高，高精度测量时很难实现。因此，无源式目前尚未得到广泛应用，需要进一步进行完善。无缘式存在的问题有晶体双折射现象、发光源LED老化、光前的偏振效果、维尔德常数温度效应等。因此在智能变电站的建设推广工作中，需要重点考虑互感器各种优缺点，进行合理配置。

3.8创新点的实践

通过对智能变电站的发展建设，不断地探索研究，如何有效利用其多方面创新的功能，也是一个很有意义的问题。例如变电站一次设备智能化，即状态监测、诊断、智能预警、状态检修及资产评估。通过智能变电站与大用户、相关变电站及调度中心之间的互动协作。支持电能质量控制、变压器经济运行及电压有无功宏观上的协调控制。在今后的发展过程中需着重考虑怎样通过以上的多种应用水平，提高智能变智能应用水平。

3.9绿色环保

智能变电站的定义，首先是要采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备。随着城市的快速发展，对电力的需求也越来越大，但由于变电站进城难落地难的问题，大力发展占地更小，更加环保的集成式智能变电站已成为今后发展的大趋势。面对全球能源的紧缺，环保低碳、可持续发展逐步成为各国能源政策的主旋律。为了符合当前社会的发展现状，在加强变电站的建设时，要坚持节能环保、可持续发展的原则。通过资源优化、设备配置优化等一系列方式，不断研究创新，实现智能变电站真正的环保、低碳。

结语

智能变电站实现了信息的网络化、智能化、信息数据的标准化、共享化等高级功能要求，提高了电网运行水平，这对于我国电力事业的发展有着非常重大的意义。但在智能变电站的发展过程中，也存在着一些不足和关键问题，需要我们不断的研究和完善，找到更合理的解决方案，使智能变电站的发展更加快速、稳定。

参考文献

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