馬 駿，陳文升

（1.上海市電力公司，上海 200122；2.上海電力設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200025）

為了促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，國(guó)家電網(wǎng)公司積極推進(jìn)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)。智能變電站是智能電網(wǎng)的核心內(nèi)容之一，從技術(shù)層面上來(lái)講，智能變電站也是未來(lái)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)，是智能電網(wǎng)技術(shù)體系中非常重要的分支。因此，智能變電站代表了今后10～20年變電站技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，也是從事變電站建設(shè)和設(shè)計(jì)的主導(dǎo)方向［1］。

1 智能變電站技術(shù)在上海電網(wǎng)的應(yīng)用回顧

“十五”末期，上海市電力公司完成了科技項(xiàng)目“數(shù)字化變電站應(yīng)用前期研究”的研究工作，針對(duì)數(shù)字化變電站理論體系、基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字化一次設(shè)備、二次智能裝置、數(shù)字化變電站的整體設(shè)計(jì)方案等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)性的研究，奠定了智能變電站在上海電網(wǎng)應(yīng)用的理論基礎(chǔ)。

“十一五”期間，上海市電力公司又陸續(xù)開展了“全光纖電流互感器技術(shù)的研究”、“IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)研究”、“節(jié)能型數(shù)字化蒙自地下變電站示范應(yīng)用研究”等工作，針對(duì)智能變電站技術(shù)應(yīng)用于電力工程實(shí)踐的關(guān)鍵問題進(jìn)行了探索。

上海電網(wǎng)從2005年開始應(yīng)用智能變電站技術(shù)，考慮到今后技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)，在500kV南橋變電站監(jiān)控系統(tǒng)改造工程中，較早采用了基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)也有效驗(yàn)證了面向通用對(duì)象的變電站事件（GOOSE）機(jī)制的應(yīng)用，有助于推進(jìn)變電站自動(dòng)化的實(shí)時(shí)性和快速性［2］。

在2007年建設(shè)的220kV拜耳變電站工程中，站控層和間隔層的設(shè)備，包括自動(dòng)化和繼電保護(hù)裝置等，均基于IEC 61850建模并通信，較早和完整地建成了基于IEC 61850的二次系統(tǒng)。而2010年投運(yùn)的500kV練塘變電站，是上海電網(wǎng)首座二次系統(tǒng)內(nèi)全面應(yīng)用IEC 61850的500kV變電站。

2009年投運(yùn)的110kV封周變電站是上海電網(wǎng)第一座全數(shù)字化變電站，全站設(shè)備采用三層（間隔層、過(guò)程層和一次設(shè)備層）兩網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，按照IEC 61850通信并建模。封周變電站在國(guó)內(nèi)首次將光纖電子式電流互感器（OFECT）應(yīng)用于SF6氣體絕緣組合電器（GIS）設(shè)備，過(guò)程層功能下放，形成了數(shù)字化開關(guān)電氣設(shè)備的雛形，具備了數(shù)字化變電站的基本特征，也代表了當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)數(shù)字化變電站建設(shè)的水平［3］。

2009年底投運(yùn)的110kV蒙自變電站（位于世博園區(qū)）不僅采用了數(shù)字化變電站技術(shù)，還采用了許多符合節(jié)能環(huán)保和智能電網(wǎng)概念的新技術(shù)和新設(shè)備，如建筑一體化光伏發(fā)電技術(shù)（BIPV）［4］；在國(guó)內(nèi)率先采用了冰蓄冷系統(tǒng)、地源熱泵系統(tǒng)、吸附式空調(diào)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行的空調(diào)系統(tǒng)［5］；采用了芯片集成大功率白光LED燈具［5］；采用了先進(jìn)的靜止無(wú)功發(fā)生器SVG＋＋設(shè)備［6］。因此，110kV蒙自變電站具備了智能變電站先進(jìn)、可靠、集成、低碳和環(huán)保的諸多特征，更加符合智能電網(wǎng)的要求。

2 瀘定智能變電站的技術(shù)特點(diǎn)

1983年建成的220kV瀘定變電站位于上海北新涇地區(qū)，站內(nèi)設(shè)備均已老化，根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司智能變電站建設(shè)試點(diǎn)方案，上海市電力公司立項(xiàng)拆除原有配電裝置，在原址新建220kV瀘定智能變電站。

瀘定智能變電站技術(shù)主要依據(jù)Q／GDW 383—2009《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》、Q／GDW 393—2009《110（66）kV—220kV智能變電站設(shè)計(jì)規(guī)范》、Q／GDW 441—2010《智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范》。瀘定智能變電站技術(shù)方案于2010年7月通過(guò)國(guó)家電網(wǎng)公司組織的專家評(píng)審，目前正在施工調(diào)試，預(yù)計(jì)2011年下半年投運(yùn)。

瀘定智能變電站在國(guó)家電網(wǎng)公司相關(guān)技術(shù)原則的指導(dǎo)下，力求可靠和先進(jìn)，不僅代表了上海電網(wǎng)智能變電站的建設(shè)和技術(shù)水平，也為今后上海電網(wǎng)智能變電站的建設(shè)提供了經(jīng)驗(yàn)。

2.1 一體化信息平臺(tái)及應(yīng)用功能

瀘定智能變電站站控層采用一體化設(shè)計(jì)，核心是信息一體化平臺(tái)。信息一體化平臺(tái)基于統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化建模的數(shù)據(jù)庫(kù)，采用跨平臺(tái)技術(shù)、通信驅(qū)動(dòng)管理等新技術(shù)，構(gòu)建集保護(hù)信號(hào)、測(cè)控信號(hào)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、錄波數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)通信、計(jì)量、直流輔助系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、視頻、安防、環(huán)境參量數(shù)據(jù)于一體的變電站全景數(shù)據(jù)平臺(tái)，分為實(shí)時(shí)子系統(tǒng)和非實(shí)時(shí)子系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 站內(nèi)一體化信息平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意

在全景數(shù)據(jù)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)面向智能變電站的智能告警及故障綜合分析決策、全站一鍵式順控、一次設(shè)備狀態(tài)診斷、負(fù)荷優(yōu)化控制管理等高級(jí)應(yīng)用。

2.2 智能一次設(shè)備

瀘定智能變電站一次設(shè)備采用智能化設(shè)計(jì)，按照間隔配置智能組件設(shè)備，智能組件包括合并單元、在線檢測(cè)數(shù)據(jù)單元、智能終端等，實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備控制、在線檢測(cè)數(shù)據(jù)、測(cè)量等功能的就地智能化處理。全站應(yīng)用電子式互感器，主變各側(cè)和110kV電壓等級(jí)采用光學(xué)電流互感器（OCT），35kV各間隔采用小模擬量輸出的一體化電子式互感器（ECVT），母線和220kV線路采用分壓原理的電子式電壓互感器（EPT）。

瀘定智能變電站配置在線檢測(cè)設(shè)備和相關(guān)智能組件，主要檢測(cè)范圍為主變，220kV GIS，110kV GIS，避雷器等，在線檢測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)就地的智能組件（在線檢測(cè)數(shù)據(jù)單元）上送到一體化信息平臺(tái)進(jìn)行分析、處理，在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的配置如表1所示。

表1 在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的配置

2.3 全數(shù)字化的二次系統(tǒng)

瀘定智能變電站二次系統(tǒng)采用開放式三層分布式系統(tǒng)，由站控層、間隔層和過(guò)程層構(gòu)成。站控層網(wǎng)絡(luò)冗余配置；間隔層網(wǎng)絡(luò)根據(jù)設(shè)備配置，站控層和間隔層采用星形網(wǎng)絡(luò)；過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)分為采樣值網(wǎng)和面向通用對(duì)象的變電站事件（GOOSE）網(wǎng)，相互獨(dú)立，主變回路過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)采用冗余配置，110kV過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)單套配置，35kV過(guò)程層采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 主變220kV側(cè)間隔、過(guò)程層設(shè)備配置及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

瀘定智能變電站按照變電站無(wú)人值班相關(guān)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)全站的防誤操作閉鎖功能。主變回路測(cè)控功能和保護(hù)功能由相互獨(dú)立的裝置實(shí)現(xiàn)；110kV采用測(cè)控、保護(hù)合一裝置；35kV采用測(cè)控、保護(hù)、合并單元、智能終端合一裝置。保護(hù)裝置滿足Q／GDW 383—2009的技術(shù)要求，采用“直采直跳”的“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”方式和合并單元（MU）、智能終端進(jìn)行采樣值和跳合閘命令的信息交互，采樣值報(bào)文采用IEC 61850－9－2格式。

保護(hù)故障信息子站設(shè)備由計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)集成；電能表采用支持DL／T 860標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字式電能表；采用集中式故障錄波，電壓、電流、保護(hù)動(dòng)作信號(hào)等從采樣值網(wǎng)和GOOSE網(wǎng)獲取。全站配置公用的時(shí)間同步系統(tǒng)，站控層采用簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議（SNTP）對(duì)時(shí)，間隔層和過(guò)程層采用IRIG－B格式時(shí)間碼（422電平）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)對(duì)時(shí)和同步。

2.4 智能輔助設(shè)備

瀘定智能變電站采用一體化電源并實(shí)現(xiàn)其智能控制，由站用交流配電屏、直流電源（含通信－48V電源）、交流不間斷電源集成為一個(gè)系統(tǒng)，統(tǒng)一設(shè)計(jì)、監(jiān)控、生產(chǎn)、調(diào)試、服務(wù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信、設(shè)計(jì)優(yōu)化、系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)方法，實(shí)現(xiàn)站用電源安全化、網(wǎng)絡(luò)智能化設(shè)計(jì)，力爭(zhēng)效益最大化目標(biāo)。智能變電站輔助系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了輔助子系統(tǒng)的通信與綜合分析決策，能實(shí)現(xiàn)客戶自定義的設(shè)備聯(lián)動(dòng)，包括現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備操作聯(lián)動(dòng)、遙視技防、火災(zāi)消防、門禁、SF6監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、報(bào)警等相關(guān)設(shè)備聯(lián)動(dòng)，滿足適應(yīng)無(wú)人值班的要求。

實(shí)現(xiàn)通風(fēng)與空調(diào)設(shè)備、給排水設(shè)施的智能化控制，如圖3所示。

圖3 數(shù)字視頻及智能聯(lián)動(dòng)功能示意

3 建議

上海是個(gè)國(guó)際大都市，為了構(gòu)建堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，順應(yīng)智能變電站技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，在技術(shù)研究上要適度超前，在具體實(shí)施上要穩(wěn)妥可靠。通過(guò)對(duì)智能變電站技術(shù)的前期研究和示范工程的建設(shè)，提出以下建議。

1）電子式互感器原理先進(jìn)，但是根據(jù)各地的試點(diǎn)情況，相比常規(guī)互感器經(jīng)濟(jì)性不占優(yōu)勢(shì)，而且設(shè)備可靠性有待進(jìn)一步檢驗(yàn)，所以建議智能變電站仍以常規(guī)互感器為主。

2）一次設(shè)備建議采用“本體＋傳感器＋智能組件”形式，智能組件包括智能終端、合并單元、狀態(tài)監(jiān)測(cè)IED等；當(dāng)合并單元、智能終端布置于同一控制柜內(nèi)時(shí)，可進(jìn)行整合。建議減少刀閘輔助接點(diǎn)和輔助繼電器數(shù)量；設(shè)備具備優(yōu)化條件時(shí)，斷路器操作箱控制回路可與本體分合閘控制回路一體化融合設(shè)計(jì)，取消冗余二次回路。

3）220kV保護(hù)、測(cè)控、計(jì)量、合并單元、智能終端、過(guò)程層交換機(jī)，建議就地布置。110kV建議采用優(yōu)化方案，簡(jiǎn)化間隔層設(shè)備的配置，采用多功能集成、就地安裝的保護(hù)測(cè)控合一裝置，并由該設(shè)備完成過(guò)程層功能，取消過(guò)程層設(shè)備，間隔層設(shè)備布置在GIS匯控柜或就地智能控制柜內(nèi)。

4）建議對(duì)二次設(shè)備的功能盡量整合，變電站可不獨(dú)立配置故障信息管理系統(tǒng)子站裝置，其功能由監(jiān)控主機(jī)實(shí)現(xiàn)；故障錄波及網(wǎng)絡(luò)分析記錄功能采用一套設(shè)備完成，故障錄波建議采用優(yōu)化配置，按照雙重化要求配置兩套，不同電壓等級(jí)可以接入同一裝置；低周減載、低壓減載建議由線路保護(hù)測(cè)控多功能合一裝置實(shí)現(xiàn)；35kV和10kV電壓等級(jí)建議不配置電能表，采用保護(hù)、測(cè)控、計(jì)量多功能合一裝置；可嘗試采用合并單元、智能終端合一設(shè)備；GOOSE和危及安全（SV）信息，建議嘗試采用共網(wǎng)方案?jìng)鬏敗?/p>

5）受控站無(wú)人值班，建議站內(nèi)配置計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)（Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)實(shí)時(shí)系統(tǒng)）、在線監(jiān)測(cè)及輔助設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（Ⅲ區(qū)和Ⅳ區(qū)非實(shí)時(shí)系統(tǒng)）即可，鑒于變電站內(nèi)無(wú)人值班，建議在控制中心實(shí)現(xiàn)一體化信息平臺(tái)。

［1］陳文升，錢唯克，樓曉東.智能變電站實(shí)現(xiàn)方案研究及應(yīng)用展望［J］.華東電力，2010，38（10）：1570－1574.

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［3］陳文升，等.數(shù)字化變電站關(guān)鍵技術(shù)研究與工程實(shí)現(xiàn)［J］.華東電力，2009，37（1）：124－128.

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