智能变电站技术论文

智能变电站技术论文
【摘要】本文的中心内容研究是基于智能化变电站相对于数字化变电站的发展和创新，通过分析国内智能化变电站的研究和发展体系，对于智能化变电站的技术特点、国际变电站自动化标准
IEC61850，结构体系、设备设施以及后期运行维护作完备的研究。

通过对未来智能化变电站的发展研究，提出可持续可执行的变电站思路。

【关键词】智能化；数字化；一次设备；二次设备IEC61850
1、自动化系统的发展和智能变电站概述
国内外变电站自动化系统的发展大致经历了集中式、分散式、分散和集中结合式、数字变电站、智能变电站五个阶段。

与传统的变电站相比基于IEC61850标准的数字化变电站具有以下显著特征：1）数字化的CT、VT、二次设备、开关设备。

2）无缝的通信协议。

3）提供高优先级的实时数据传输功能（GOOSE服务）。

智能变电站与数字化变电站相比增加了智能功能，由数字信息来完成自动控制功能。

智能变电站是数字化变电站的推进发展，如果说数字变电站实现了一、二次设备的数字化，那么智能变电站则实现了一、二次设备的智能化。

2、智能变电站的技术特点
一、一次、二次设备智能化集成技术
设备智能化集成包括变压器、开关设备、输配电线路及各种相关的配件设备，另有新型柔性电气设备（装置）等电力系统的各种一次设备与保护、数字控制以及电平状态判断等相关二次设备的智能化集成技术。

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二、GPS对时技术
智能变电站对采样值同步精确度有着非常高的要求，远高于传统变电站的硬对时和软对时结合的精度要求。

（1）时钟同步系统要求。

1）能够提供1-50MS的时间精确度。

2）两台时钟通过光纤互相对时，互为主备。

3）时钟具有内部守时钟功能
（2）不同的合并器间的同步采样。

精度要求：±1µs，±4µs，±25µs。

实现方式：光纤1pps同步脉冲。

要求脉冲：上升沿<20ns；脉宽：无GPS时0.9--1.1µs，有GPS时5µs--500ms。

合并器通过属性SmpSynch通知间隔设备。

（3）过程层同步系统。

三、IEC61850通信规约技术
其特点是：1）定义了变电站的信息分层结构。

2）采用了面向对象的数据建模技术。

3）数据自描述。

4）网络独立性。

5）定义了一致性测试规范。

IEC61850标准建立了三类信息服务模型：MMS（制造报文规范）、GOOSE（通用面向变电站事件对象）、SV（采样值）。

MMS通信机制规范了间隔层IED与站控层监控主机之间进行运行、维护报文的传输，有效解决了各类IED运行维护信息标准化上传给主站的问题；GOOSE通信机制规范了间隔层IED之间以及间隔层IED与过程层智能终端之间的开关量报文的快速传输，可实现设备状态信息共享、设备联闭锁功能、开关类设备的跳合闸控制等功能；SV通信机制规范了间隔层IED与合并单元之间采样值报文的传输，使IED直接接受来自合并单元的量测量数字信息，实现量测信息的共享。

3、智能化变电站的结构体系及智能设备
智能化变电站在逻辑结构上分为3个层次，其层次结构如下图所示
一、过程层
智能变电站与传统变电站相比多了一个过程层。

过程层由各种新型电子传感器和一次设备组成，它的主要功能是：运行设备的状态参数检测：开关量的输入，输出；模拟量的采集和操作控制命令的执行与驱动。

智能变电站出现很多与常规变电站都有所不同的设备，如电子式传感器、智能操作箱、合并单元等等，并且在通讯协议、数字保护及测控系统与常规变电站有了很大的变化。

（1）电子式互感器。

电子式互感器是由连接到传输系统和二次转换器的一个或多个电流或电压传感器组成，采用光电子元器件。

根
据电子式互感器的应用形式分三种：1）GIS型的电子式电流电压互感器。

2）敞开式独立安装的电子式电流电压互感器。

3）低功率互感器（LPCT）
（2）合并单元。

合并单元是对传感模块传来的三相电气量进行合并和同步处理后提供给间隔层设备使用的装置。

它具有模拟数据输出功能，便于现场与保护的联调。

（3）智能控制柜。

智能控制柜是一种智能组件，它由智能操作箱和其他一些设备组合而成。

[2]智能控制柜与传统的汇控柜比已经有了很大的区别。

二、间隔层
间隔层包括各种智能保护测控装置，其主要功能是：把本间隔过程层的实时信息进行汇总；实施对一次设备的保护控制功能；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。

[3]
三、站控层
站控层主要有监控主机和操作员站。

监控主机是变电站的核心控制系统，平时采用循环要数的方式，轮流向各个工控机发送地址帧。

工控机收到监控主机发的地址帧，首先判断是否本机，若是本机，接着接收上位机发的命令，并判断是何命令，然后进行相应的处理，若测控单元一旦有报警信息，工控机立即响应，并以中断的方式告知监
控主机。

操作员站完成对变电站的实时监视和操作功能，为操作员提供了所有功能的入口。

4、智能化变电站的运行管理
（1）智能合并单元终端运行管理。

智能终端设备采用柜式户外布置，集端子箱、断路器、隔离开关、接地开关操作箱为一体，负责接收室内保护、测控装置的GOOSE开出，同时将断路器、隔离开关、接地开关的位置和状态通过GOOSE将信息传送至测控和保护装置。

[4]
（2）智能保护测控装置管理。

集中式保护测控装置实现了不同电压等级保护装置的硬件共享，设计均以无人值班远程操控考虑，保护投切设计为软压板投切，对运行操作的安全正确性提出更高要求。

（3）过程层交换机运行管理[5]。

交换机目前采用单网方式组网，在交换机具备双网交换技术时，过程层交换机应双重化配置。

在单网运行情况下，专业维护部门对交换机的基本配置、高级配置数据应进行备份，并备相同型号版本的交换机备品，保证交换机故障时能及时替换。

（4）同步时钟运行管理。

全站采用全球GPS和北斗导航卫星两套对时装置互为备用，装置具备时间自守功能，保证在时间源信号消失后能自动快速切换对外受时，确保网络受时的同步。

（5）后台状态监测数据管理。

1）主变冷却器启停、有载分接开关调节、有载分接开关在线静油装置运行次数及投入时间统计报表，为主变状态检修提供数据。

2）断路器分合闸、储能电机动作次数、SF6气体压力运行数据统计报表，为断路器状态检修提供数据。

3）断路器事故跳闸状态下的故障相别、短路电流、跳闸次数等故障综合统计报表，为故障分析和断路器状态检修提供数据。

4）电容器、电抗器投入和退出的运行数据统计报表，为电容器、电抗器投入率和状态检修提供数据。

5、智能变电站的发展前景
智能化变电站用光纤取代了大部分的电缆，节约了成本，减小占地面积；基于数字量测系统的继电保护装置也不再需要考虑CT开路、PT短路以及互感器饱和、方向元件的极性等问题，可以大大简化保护装置的算法，提高保护动作的可靠性；现场调试工作对远动自动化调试人员的要求也更高了，更加侧重于向网络通信这一方面发展。

智能变电站的推广应用，将对变电站的二次系统以及变电站的建设方案、变电站的检修、试验等方面工作都带来深远的影响，未来智能变电站必将在智能电网中发挥至关重要的作用，将对整个电网的运行和控制产生深远的影响。