智能变电站一次设备智能化技术的现状与展望

智能变电站一次设备智能化技术的现状与展望

彭发东，姚森敬，喇元

(广东电网公司电力科学研究院，广州 510080)

摘要：智能变电站是智能电网建设的重要环节。智能变电站与数字化变电站及传统变电站在一次设备上的主要区别是一次设备智能化。文章介绍了智能变电站的定义、结构及特征，并总结了一次设备智能化的主要技术与发展方向，并提出了智能变电站中一次设备智能化的相关建议。

Abstract: Intelligent substation is an important part of smart grid. The main difference between intelligent substation and traditional substation is an intelligent Primary Equipment. This article introduces the definition, structure and characteristics of intelligent substation, and introduces the main technology and development of intelligent primary equipment, then gives recommendations for intelligent primary equipment.

关键词：智能变电站，一次设备智能化，状态检修，资产全寿命周期管理

Key word: intelligent substation; intelligent primary equipment; condition-based maintenance; LCM

中图分类号：TM63, 文献标识码：A

0 引言

智能变电站是智能电网的重要建设环节。保证电网安全稳定是一个系统工程，取决于诸

多因素，不是单靠提高变电站的智能化就可以实现的。变电站的安全稳定运行是与变电站接

入方案是否可靠、系统网架是否合理、运行方式是否合适分不开的。必须明确“智能化”是

确保电网安全、可靠、经济运行的手段，而不是目的。智能化不能牺牲电网原有的安全性、

可靠性和经济性。

智能变电站与数字变电站的区别如下：（1）一次设备状态监测与一次设备智能化；（2）

一体化信息平台与智能高级应用；（3）辅助系统智能化。

1 智能变电站的定义

智能变电站的如下定义：由先进、可靠、节能、环保、集成的设备组合而成。以高速网

络通信平台为信息传输基础，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功

能。并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级应用

功能的变电站。

2 智能变电站的特征

智能变电站的特征：一次设备智能化、信息交换标准化、系统高度集成化、运行控制自动化、保护控制协同化、分析决策在线化。智能变电站是智能电网的重要组成部分。高可靠性的设备是变电站坚强的基础，综合分析、自动协同控制是变电站智能的关键，设备信息数字化、功能集成化、结构紧凑化是发展方向。

3 智能变电站的结构

智能变电站设备分为过程层、间隔层、站控层。

(1)过程层：指智能化电气设备的智能化部分。过程层的主要功能分3类：电力运行实时的电气量检测；运行设备的状态参数检测；操作控制执行与驱动。

(2)间隔层：其设备的主要功能是汇总本间隔过程层实时数据信息；实施对一次设备保护控制功能；实施本间隔操作闭锁功能；实施操作同期及其他控制功能；对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制；承上启下的通信功能，即同时高速完成与过程层及站控层的网络通信功能。必要时，上下网络接口具备双口全双工方式，以提高信息通道的冗余度，保证网络通信的可靠性。

(3)站控层：其主要任务是通过2级高速网络汇总全站的实时数据信息，不断刷新实时数据库，按时登录历史数据库；按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心；接收调度域控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行；具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能；具有(或备有)站内当地监控，人机联系功能；具有对问隔层、过程层诸设备的在线维护、在线组态、在线修改参数的功能；具有(或备有)变电站故障自动分析和操作培训功能[1]。

过程层设备是联系一次设备和二次系统的桥梁，为间隔层设备提供一次设备的数据，执行间隔层和站控层对一次设备的控制、调节等功能。间隔层设备完成对一次设备的测量、控制、保护、计量、检测等功能。智能组件以测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化、信息互动化为特征，集成了过程层和间隔层的部分功能，具备测量、控制、保护、计量、检测中的全部或部分功能。高压一次设备与相关智能组件的有机结合构成了智能化一次设备，这种有机结合可以是独立运行的高压设备加外置的智能组建，也可以是高压设备内嵌部分智能组建再加外置智能组件，还可以是高压设备内嵌相关智能组件。智能组件是一次设备实现智能化的主要途径。

4 一次设备智能化

变电站设备主要包括变压器、断路器、互感器、母线等一次设备和变电站自动化系统、

辅助系统、智能组件等二次设备。

一次设备智能化是智能变电站的重要标志之一。采用标准的信息借口，实现融状态监测、测控保护、信息通信等技术于一体的智能化一次设备，可满足整个智能电网电力流、信息流、业务流一体化的需求。智能化一次设备通过先进的状态监测手段和可靠的自评价体系，可以科学地判断一次设备的运行状态，识别故障的早期征兆，并根据分析诊断结果为设备运维管理部门合理安排检修和调度部门调整运行方式提供辅助决策依据，在发生故障时能对设备进行故障分析，对故障的部位、严重程度进行评估。大规模间隙发电和分布式发电接入，要求电网具有很高的灵活性，而一次设备智能化是满足这种要求的重要基础。

把一次设备智能化的信息传输至信息一体化平台，建设变电站状态监测系统，智能变电站通过状态监测单元实现主要一次设备重要参数的在线监测，为电网设备管理提供基础数据支撑。实时状态信息通过专家系统分析处理后可作出初步决策，实现站内智能设备自诊断功能。

智能组件是一次设备智能化的核心部分，对智能组件应有如下要求：

a 智能组件的投入和使用不应改变和影响一次设备的正常运行；

b 智能组件应能自动连续地进行监测、数据处理和存储；

c 智能组件应具有自检和报警功能；

d 智能组件应具有较好的抗干扰能力和合理的监测灵敏度；

e 监测结果应具有较好的可靠性、重复性以及合理的准确度；

f 应具有状态标定其监测灵敏度的功能。

（1）主变压器智能化

主要包括油中溶解气体在线监测、油中微水在线监测、套管绝缘在线监测(含环境温湿度监测)、局部放电在线监测、温度负荷在线监测等单元，实现对变压器油溶解气体，油中微水，局部放电，变压器铁芯和夹件电流，套管绝缘介损、电容值、泄漏电流值、温度负荷趋势、油温、油位、风扇状态、油泵状态等的在线监测功能。

油色谱可以区分放电类型与过热类型、油过热与油-绝缘纸过热等。微水检测可以反映油的受潮程度。局部放电监测可以反映电晕、油中气体放电等多种缺陷。