探讨智能变电站技术应用现状及发展前景

探讨智能变电站技术应用现状及发展前景

摘要：文章对智能变电站中的关键技术进行介绍，分析这些关键的智能变电站

技术目前的应用情况和存在的问题，并对未来智能变电站技术的发展趋势进行了

展望，以供参考。

关键词：智能变电站；关键技术；应用现状；发展前景

1引言

变电站在电力系统中主要起到将电源和负荷进行连接并且对电压等级进行变

换和对电能进行分配等作用，其发展历程主要是按照继电保护装置和变电站综合

自动化系统的技术变革来进行划分的，并且主要由我国最早的晶体管继电保护向

集成电路保护、微机距离保护以及微机线路保护装置等不同代的产品进行发展。

尤其是随着微处理器以及通信技术的发展，以及微机远动装置功能和性能的提高，变电站综合自动化系统相关技术取得突飞猛进的进步，推动变电站由常规变电站

逐渐向综合自动化变电站、数字化变电站以及智能变电站方向发展。

2智能变电站的关键技术

2.1电子式互感器

电子式互感器可以根据传感头有无电源分为无源和有源电子式互感器两种，

前者主要包括光电流互感器以及光电压互感器，前者采用光学器件作为传感头，

而且电流互感器采用的原理为法拉第磁光效应，电压互感器采用的原理为波克尔

斯效应。就是对入射光和出射光的偏转角进行检测来计算电流或电压，再进行数

字信号的传输，实现对数据采集方式的改变。而后者所采用的模式为“电气传感+

光纤传输”的方式，并且使用空心线圈来对原有的铁芯进行代替，提高传感线性度来避免互感器出现饱和的问题。其中的电压互感器将高压向低压进行转变时采用

的是分压原理，在进行模拟量信号向数字信号进行转换时是通过互感器进行调理的。

2.2智能一次设备

理想智能变电站中的智能一次设备都具有在线监测、智能控制和操动机构电

子化功能，其中通过跳合闸电流、SF6气体密度、压力、温度等都可以实现在线

监测。而且通过这些智能一次设备可以实现对开关本体的保护以及对分合闸脉冲

的控制，以及对开关柜内的环境进行智能和顺序控制，此外还在网络通信联锁功

能的基础上，实现对最佳开断时刻的计算选择。智能一次设备与间隔层设备之间

进行数据交互是通过1个或者多个光纤接口来实现的。

2.3虚拟化设备技术

智能变电站一个显著的特点就是物理设备的虚拟化，就是制造厂家在供应实

际物理装置的同时会提供一个装置的模型，也称为装置能力描述文件。通过装置

能力描述(ICD)文件，并依照61850标准建立统一的通信接口，经过全站配置文件SCD的配置规则并建立相应的虚端子连接后，使得装置之间的通信可以自动完成。这也是将来数字化世界的建立基础。

2.4网络通讯技术

智能变电站另一个显著的特点就是网络化通讯技术的应用，网络化的过程就

是变电站运行中产生的实时模拟量以及非实时的模拟量信号和开关量信号传输方

式的改变过程，主要表现在其传输方式由传统的电缆传输向光纤为主的以太网传

输方式进行转变，而且可以通过此种传输方式来完成站内信息的全景共享要求。

在此过程中主要采用了IEC61850标准体系中的GOOSE服务和SV服务，前者主要

是通过GOOSE模型来对变电站事件快速传输的机制进行提供，可以在跳闸和故障录波启动中应用，而后者是对将SV模型在采样值传输以及相关服务中应用。

3智能变电站技术应用现状

3.1电子式互感器的应用

目前在智能变电站中所应用的电子式互感器与传统的电磁式互感器相比，不

仅表现在结构比较简单以及绝缘性能比较好等方面，且可避免出现磁饱和以及铁

磁谐振等故障，加之通过光纤来进行高压侧和低压侧之间的联系，所以还使其具

有较好的抗电磁干扰能力。在应用中，也表现出一些问题，因此目前变电站中主

要采用电磁式互感器与合并单元的A/D采样模式。

3.2一次设备智能化

智能变电站中通过对二次设备的功能整合来实现一次设备的智能化运行和控制，一次设备与间隔层设备之间的数据接口是通过合并单元与智能终端等过程层

设备来实现的。在增加了就地装置之后不会对一次设备造成改变，目前只能作为

一种过渡形式。而比较理想的状态就是通过一次设备来对二次设备进行整合，并

且由一次设备自身智能化集成来完成对合并单元和智能终端的功能进行实现，而

且与间隔层设备采用光纤通信的方式进行联系。由于一次设备中的机械结构以及

电气元器件也会受到其运行环境中外界因素的影响，因此还需要深入研究整合入

一次设备的条件。这就是目前智能变电站中仍然采用二次设备来对一次设备进行

整合的原因。

3.3装置就地安放运行的可靠性

目前的智能变电站的就地在汇控柜中集成了合并单元、智能终端以及过程层

的交换机等，但是这些设备容易受到其运行环境中温度和湿度等因素的影响，室

外敞开式变电站更是如此。为了提高汇控柜中的运行环境，不仅要确保此柜的密

封性，还要进行驱潮装置以及空调后者热交换器的安装，但这又增加了设备投资，也成为长期运行可靠性研究的重点之一，需要通过长期的数据统计和分析来对此

种模式运行可靠性进行进一步的验证。

4智能变电站技术发展前景

4.1站域保护

站域保护与目前所用的微机保护方式相比只是对外部接口方式进行转变，主

要表现在将保护装置中的A/D采样板和开关量板进行去掉，这样就可以实现利用

装置中的电源板、CPU板和光纤接口通讯板来完成保护的逻辑计算功能。可以实

现只用1块CPU板或者少量的CPU板就可以对多个间隔的保护和计算，这样节省间隔层保护装置的数量。即站域保护的方式就是可以根据电压等级的不同对间隔

层装置进行集中配置，满足变电站自动化系统结构中对于间隔层集中以及过程层

分散的分层分布式结构的要求。

4.2就地化保护

据统计，由于智能站保护与一次设备之间增加了一个智能终端，使得智能站

相较传统站保护跳闸延时增加了四毫秒，虽然在继电保护方面没有太大的影响，

但对于电能量的损耗还是相当巨大的，且增加一层装置无疑增加了一层的风险。

因此考虑在使用航空插头并统一规定保护设备的对外的端子的情况下，使用工业

化外壳的就地化保护装置，是一个发展方向。这种保护既可以在户外接受耐寒耐

热防潮等条件下正常工作，直接完成继电保护功能。又通过SMV规约把采样值送传送给设置在主控室的测控装置，同时也接收保测控装置的控制命令并执行。

4.3专用交换机