330kV变电站智能化改造方案研究

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　　摘  要：随着通信技术和电力电子技术的发展，智能电网的建设已成为未来电网的发展趋势。智能变电站是构建智能电网的关键环节，是智能电网建设的重点。文章主要通过330kV变电站智能化改造，对基于变电站运行可靠性进行了一系列研究，分析了智能变电站与常规变电站的主要技术差异，确定了常规变电站智能化改造的主要技术，针对传统变电站的整体功能，提出了变电站改造方案，并结合智能变电站技术可靠性的发展要求，提出了变电站智能化改造方案。
　　关键词：变电站;智能化;改造
　　中图分类号：TM63         文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）27-0134-02
　　Abstract： With the development of communication technology and power electronics technology， the construction of smart grid has become the development trend of power grid in the future. Smart substation is the key link in the construction of smart grid and the focus of smart grid construction. Through the intelligent transformation of 330kV substation， this paper makes a series of studies on the reliability of substation operation， analyzes the main technical differences between intelligent substation and conventional substation， and determines the main technology of intelligent transformation of conventional substation. According to the overall function of the traditional substation， the transformation scheme of the substation is put forward， and the intelligent transformation scheme of the substation is put forward according to the development requirements of the technical reliability of the intelligent substation.
　　Keywords： substation; intelligence; transformation
　　1 概述
　　隨着经济的发展，电力需求日益旺盛，电网规模不断扩大，电网结构日趋复杂，对供电可靠性的要求越来越高。常规变电站事故的主要原因有电缆老化、CT特性恶化、季节性开关压力盘故障等。此外，计算机信息技术、通信技术、网络技术的快速发展以及现有的成熟技术也为智能化技术在电力工业中的应用做出了贡献。近年来，一次智能设备的产品质量提高很快，智能设备已达到基本水平，满足了现场应用的稳定性。工业以太网应用于微机保护的电力系统，是近年来变电站智能化系统的主要方式。
　　2 传统变电站存在的问题及智能化变电站的优势
　　2.1 传统变电站存在的问题和不足
　　（1）对于采用电磁式互感器和二次电缆接线的变电站，电流互感器二次电缆相对较长，二次负载较重，容易引起饱和。二次电缆长、配电面积大、线路复杂、对地电容大、干扰和绝缘问题严重，导致电气二次回路故障概率高，影响系统可靠性，此外，传统变电站二次回路的设计、施工、调试、维护、检修、改造和扩建涉及大量工作。
　　（2）许多变电站，尤其是城市变电站负荷大、设备多，受到经济、环保、规划空间等方面的严重制约。
　　（3）一次设备正在向智能化发展，可通过集成通常安装在主设备附近的测量、控制、监控和保护等智能组件来实现。传统的方式是二次设备安装在主控室或继电保护柜内，不符合一次设备智能化和一次设备与二次设备更紧密集成的要求。
　　（4）电磁互感器二次侧的电流和电压信号通过二次电缆传递到保护装置。因此，二次设备的增加需要增加用于连接互感器的二次电缆。二次设备之间的联锁和闭锁信号以及保护和断路器之间的命令和信号也通过二次电缆接线以一对一的特性进行传输。继电器保护和次级电路根据机架进行配置。每个机架自然且物理独立，因此相对容易实现故障二次设备和电路的隔离，因此系统将具有相对高的可靠性。另一方面，相对难以实现所有机架之间的信息互通、电流和电压量的重复利用、联锁和阻塞信息以及操作信息。为了利用多机架信息实现保护功能，需要增加许多二次电缆，因此实现起来比较困难，这将制约现有保护系统的功能改进、优化和补充。
　　（5）当使用单端电量的分段保护用作线路或部件的远程后备保护时，时间延迟相对较长。预计有些技术可以缩短后备保护的运行时间。
　　（6）当电网运行方式或被保护设备运行状态发生变化时，继电保护的设置需要很大的工作量。一个典型的例子是，如果一些母线保护停止，母线上所有线路的相对侧保护第二区的延时设置需要缩短。
　　在智能变电站建设中，通过综合利用IEC 61850标准、电子式互感器、过程级光纤以太网和广域光纤通信等基础支撑技术，可以构建智能变电站的分级保护控制系统，提高继电保护系统的整体性能。 　　2.2 智能化变电站的基本内涵及优势
　　智能化变电站是现代化的变电站，包括智能预备设备、电子互感器、智能开关，联网二次设备层，基于标准IEC61850可实现电气设备间的信息共享和智能互操作。
　　通过利用先进的传感器、信息、通信、控制、人工智能技术，智能化变电站建立了一个统一的所有信息采集、传输、分析、处理的应用平台。它使变电站信息化、自动化、交互式。全数字信息、网络化通信平台、共享信息是其基本要求。自动信息采集、测量、控制、保护、监控是其基本功能。它可以支持电网的实时自动控制，根据需要实现智能控制、在线分析决策、协同交互等高级功能。为了保证供电的可靠性，智能变电站与相邻变电站和电网调度的其他变电站进行联系和通信。
　　物理角度来看，智能化变电站仍然包括初步设备和二次设备（包括保护设备、测控设备、通信设备等）。由于智能初步设备和联网二次设备，它们之间的结合比以前更加紧密。从逻辑角度来看，智能化变电站在各层之间采用高速网络通信，各层可分为三个部分：过程层、间隔层和站控层。智能化变电站的主要设备有电子式互感器、合并单元和智能断路器等。电子互感器的使用使结构清晰简洁，采样点变得简单，实现传输智能化。进行保护性调试时，我们不需要进行模拟测试，只做逻辑测试，不仅可以大大减少设备调试的工作量，还可以降低电缆的维护成本。
　　3 变电站智能化改造方案
　　3.1 智能化改造方案设计
　　330kV变电站智能化改造采用三层网络架构，智能变电站的数据采集与传输与传统变电站有很大的不同。经过多年的理论研究和产品开发，被称为“三层两网”的二次设备的典型配置，证明了这种配置适合于考虑稳定性和安全性的智能变电站。330kV智能变电所自动化系统包括三个功能级：站控层、间隔层和过程层，信息通过通信光纤在IED之间进行交换。
　　在站控层，控制站和保护故障信息站通过双工100M以太网收集所有间隔层智能电力监测装置的实时信息，采用MMS协议。在智能变电站中，采用电子变压器、智能变压器和智能断路器可以很容易地解决这两个问题。变电站改造可以完全保留传统的仪表变压器和一次设备，采用新型的合并单元和智能终端解决了上述兩个问题。包含A/D转换器的合并单元将来自常规仪表变压器的电流或电压信息数字化。智能终端与常规一次设备相结合，可以部分替代智能一次设备，负责设备的监控。
　　3.2 变电站智能化改造的具体方案
　　3.2.1 监控系统改造方案
　　智能化变电站在原有通信网络结构的基础上，通过对硬件和软件的升级，将后台监控系统转化为综合监控系统，构建智能变电站监控系统。变电站通信协议统一为IEC61850协议，如果保护测控装置不具备IEC61850协议的功能，可通过协议转换器实现，同时规范和丰富各种先进的智能化信息访问的应用，优化高级应用的功能，实现信息共享的标准化和高级应用的智能化，这样才能满足智能电网在变电站信息方面的需求。通过在线监测系统对变电站设备状态参数进行自动采集和分析，实现状态可视化。同时，还可以根据设备状态对数据进行评估和分析，从而实现变电站的智能化。在线监测断路器的开闭电流、动触头位置、开关状态，以诊断电气寿命状态和常规机械故障，从而提高断路器的运行管理水平。
　　3.2.2 变压器保护改造方案
　　变压器保护使用冗余配置主保护和后备保护。主保护和后备保护分开，后备保护必须集成到测量设备上。当使用冗余保护配置时，合并单元和智能终端需要使用冗余配置。变压器的非电保护要求直接就地跳闸，相关延迟也要求就地跳闸，智能终端上传非电量动作信息、接地开关控制信息。
　　3.2.3 GOOSE技术的应用
　　智能化变电站中的智能断路器实现智能电子操作，将机械能存储变为电容能存储，也将机械驱动变为逆变器通过电机直接驱动。在IEC61850标准中，智能断路器提高了系统的可靠性，可以打开和关闭电路，根据GOOSE/GSSE通信信息传输位置信息。智能断路器具有连接到间隔层的通信接口，接收和发送符合IEC61850标准的GOOSE消息。
　　3.2.4 辅助系统改造方案
　　智能变电站遥视可用于监视设备运行，提供事故的图像资料，对变电站的安全防护等起到保障作用。在遥视控制中心可以通过实时的视频信息观察现场，控制摄像头旋转、录像、回放视频资料等。同时配置火灾报警系统，报警信号接入监控系统。
　　4 结束语
　　我国现有大量常规变电站投入运行，这些变电站的智能化改造面临着更加突出的问题，有必要对智能配电网的各项技术进行不断探索，提高智能化变电站的可靠性，同时快速构建高水平的创新载体和服务平台，扩大智能配电网的应用规模，提升电网整体竞争力，实现信息建模标准化、全站通信协议标准化，为变电站和电网之间的沟通提供标准可靠的解决方案。
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