關于智能電網變電技術與二次系統的探討

李建軍 趙毅 王彥紅 朱慶洋

摘要：本文通過對智能電網變電設備與技術的探討，實現智能化變電站對我國變電站的自動化運行和管理會帶來深遠的影響，具有重大的技術和經濟意義。

關鍵詞：智能電網 變電技術 二次系統調試

中圖分類號：F407文獻標識碼： A

一、智能電網的定義與特點

根據中國電力科學研究院胡學浩副總工程師在2009年舉辦的清潔能源國際峰會中的發言所提到智能電網概念，可以定義成：首先要有測量傳感系統，通過通訊、信息系統，把這個信息傳遞到調度控制部門，然后再有一些先進的計算機技術和控制技術，對智能電網進行控制，所以它是有先進技術和物流電網最好的集成，說得通俗一點，智能電網就是智能加電網，智能比較偏重于二次系統，電網偏重于物理系統。

二、數字化變電站與傳統變電站的區別

傳統變電站與數字化變電站的物理結構幾乎沒有差別，兩者的功能和接口結構以及系統運行則具有完全不同的特性。傳統變電站功能完成和信息傳遞同連接和設備物理結構限定，而數字化變電站則完全通過網絡來分配和交換信息，兩者存在巨大差異。因此在建設、運行、維護和管理等方面，數字化變電站有其獨特的優勢，傳統變電站與數字化變電站兩者存在主要差別在于：

①智能終端就地化，減少二次電纜使用量，取而代之為光纜。

②跳閘方式發生了變化，保護裝置出口采用軟壓板方式進行投退。

③程序化操作，IEC61850的應用使保護等二次設備具備遠方操作的技術條件。

④二次系統網絡化，安全措施發生變化。

⑤自動化、保護專業逐漸向二次系統專業融合，運行、檢修規范發生變化。

⑥調試方法發生變化，需要網絡聯調，使用的試驗儀器設備發生變化。

三、相關技術與二次設備

1、在線監測技術

以往對于變壓器、斷路器等變電站一次設備的工作狀況多年來普遍采用對設備進行定期檢修預試制度，即定期停電后進行預防性試驗（離線）來掌握其信息以決定能否繼續運行，存在需要停電、試驗真實性和實時性差等缺點。

智能變電站在線監測系統采集變壓器、斷路器、GIS、電流互感器、電壓互感器等主要高壓設備狀態信息，進行數據采集、實時顯示、診斷分析、故障報警、參數設置等，實現對變電站電氣設備狀態在線監測的系統化和智能化，使其具備自身狀態信息管理、診斷、評估和控制的功能，通過與智能綜合組件結合或集成，構成具有測量、控制、保護、計量和監控功能的統一實體實現其智能化。同時，進行可視化展示并發送到上級系統，為智能電網實現基于狀態檢測的設備全壽命周期綜合優化管理提供基礎數據支撐，全面提升設備智能化水平，實現電網安全在線預警和設備智能化監控。

2、合并單元

合并單元作為數字互感器、智能化一次設備、智能化二次保護、測控和計量設備的中間連接環節，其主要功能是接收一次設備的信號，并對采樣的數據進行匯總。根據二次接入設備的要求，輸出相同或不同的數值和開關信號，同時可接收二次設備的輸出信號，至智能化一次設備。

3、網絡化的二次設備

智能變電站系統網絡化的二次設備架構采用三層網絡結構：站控層、間隔層、過程層。

站控層包括監控主機、遠動通信機等。站控層由計算機網絡連接的系統主機、工作站、遠動主機、保護信息子站等設備組成，提供變電站內運行的人機聯系界面，實現管理控制間隔層設備等功能，形成全站監控、管理中心，并可與調度中心、集控中心、保護信息主站通信。智能變電站相比傳統變電站，整個站控層網絡采用IEC61850通信標準，其模型描述能力大大提高、裝置互操作性大大增強。

四、智能化變電站二次系統的調試

采用光纖作為連接介質連接外界與智能化變電站保護裝置是通用的方法，運用網絡化的設備來傳遞信息。介于以上的各種方式的改變，其設備保護的調試也應該相應的做出調試。這其中變化調試的僅僅只有信息傳遞的方式，因為保護裝置并沒有發生本質的變化，正因為這樣，檢測標準沿用原來的并無大礙。

1、 保護裝置的調試

關于保護裝置的輸出的調試，智能終端直接傳輸跳閘以及之間的閉鎖信號的啟動是通過GOOSE來進行保護的。而GOOSE報文檢測，則主要是對整組傳動以及裝置實際轉動的驗證保護裝置，對所輸出的信號正確性和實時實地性進行保護。以GOOSE的聯系表為依據，檢驗可以細致到一個信號甚至一個點上。

關于電流和電壓采樣檢測的調試，智能變電站的智能化使得來自于合并單元下的光數字信號替換了初始起保護的裝置電壓和電流量的模擬量輸入方式。光數學保護測試儀的使用，使得可以從保護裝置光纖入口以太網處直接進行輸入檢測，這樣監測的數據一般情況下是零誤差，先前測試過程中的采樣精度檢測以及零漂均可以不用進行。但是因為目前的光數字保護測試儀輸出信號傳輸過程中的不確定性，對于再采樣技術的準確度無法準確定位，所以僅限于使用在無跨間隔數據要求的保護裝置測控以及儀表的二次設備。對于母線保護和變壓器差動保護這些有間隔數據限制要求的保護裝置，就目前的技術而言只能通過傳統的手段保護測試儀加模數轉換器，以此來實現電壓數字化輸入和電流信號的輸入。

2、啟動調試

就二次系統來講，啟動調試調試過程主要是對向量的調試過程。但是從智能化變電站的角度上看，是對二次設備自身測量的確認正確與否上的調試。調試通信接口，是因為通信接口的功率裕度對通信可靠性具有相當的影響力，要對接收功率、接收靈敏度功率和端口發送功率進行細致測量，還要對合并單元激光供能輸出功率進行調試。

3、 二次回路的其他調試檢測

光纖以太網在智能化變電站中被廣泛大量的使用。因此檢測光纖以太網物理連接性的正確與否和可靠程度，可以通過檢測光收發器的功率、光通道衰耗、誤碼率以及光纖網絡通信正常與否、光纖頭清潔是否來驗證，再加之網絡分析儀從旁輔助檢測網絡性能，就會使得整個檢測過程完美無瑕。SV網、MMS網和GOOSE網的這些網絡作為智能化變電站重要組成部分，安裝在智能化變電站中的在線通訊監視系統，對變電站各路的網絡信息進行實時的監視和分析，這樣就可以準確而又快速的查詢到特殊信息位置和故障點的準確定位。配備大量的交換機在過程層和間隔層，當其中一臺或者多臺交換機出現故障的時候，就很有可能會導致多個間隔的保護拒動造成事故發生，所以一定要保證交換機的保證性。

4、 智能化變電站對于二次系統調試的影響作用

智能化變電站對二次系統調試的影響作用很多，其中包括：使得二次系統一體化，二次接線設計簡單化和變電站繼電保護配置的簡單化。在這里我們詳細對二次接線設計簡單化的功用做一詳細剖析。數字化在EVT和ECT中得以實現，在光纖傳輸的輔助下，對于抗干擾能力提升不少，并且將傳統互感器的二次交流回路適時摒棄掉，將一、二次系統間的電器隔離真正實現。主控制室的保護以及控制現場執行機構與測控設備間無直接關聯，是因為有了智能開關的運用。智能開關是一個終端設備，它通過接受執行控制命令，界限分明的各單元，對于繼保人員工作中誤接線現象和誤觸碰現象進行有效的控制進而減少其出現頻率。簡化了斷路器二次接線設計，使得繼電保護裝置I/O插件有效減少，將變電站全生命周期的成本造價進一步提高。

總結：

國家電網對于智能變電站極為重視，為了實現智能變電站二次系統的結構設計，應該運動新的技術，新的設備，高端的人才去進行優化，從而突出智能變電站二次系統的核心功能，讓過程安全可靠。

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