简述智能化变电站

摘 要：文章阐述了智能化变电站的定义，并从设备层面、自动化技术层面、生产调试层面简要分析了智能化变电站与传统变电站的差异，再重点在电气设备、监测技术以及网络结构方面介绍了智能化变电站的特点，最后提出了智能化变电站存在的若干问题。

关键词：智能化变电站；智能组件；信息共享；数字量

中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）9-0066-02

随着科学技术的进步及电力负荷需求的日渐增长，电力系统的可靠性显得越来越重要，并已成为了影响国计民生及国内生产总值的一个重要因素。建设可靠、并能快速针对全系统作出动态调节的智能电网已经提上了国家总体规划的议事日程。

我国“十二五规划纲要”中明确提出，要建设智能电网。国家电网公司制订的发展规划指出：2012～2015年为全面建设智能电网阶段，要实现新建变电站智能化率30%～50%；到了2016～2020年，为引领提升阶段，要实现新建重要变电站智能化率100%，并全面建成统一、坚强的智能电网。

1 智能化变电站的定义及技术特点

1.1 智能化变电站的定义

智能变电站是采用先进、可靠、集成和环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和检测等基本功能，同时，具备支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策和协同互动等高级应用功能的变电站。

智能化变电站与常规变电站的定义与内涵是有所区别的。常规变电站的数据采集主要是通过电磁式互感器将一次侧的高电压、大电流转变为二次侧的低电压、小电流，但转换过程依然是模拟量之间的转换。这就导致了数据采集要以间隔为单元，变电站内多套系统存在重复采样的现象，数据不能共享，系统协调性差，没有统一的通讯规约，存在多个数据“孤岛”的现象。而多个孤立系统之间的协作则依赖于复杂的接线来实现，这也导致了变电站安全系数低、施工过程复杂、改造扩建困难等突出的问题。而智能化变电站的数据采集、传输、处理、输入、输出都是使用数字量。因而大大简化了施工接线，可取消全站大部分的电力电缆，取而代之的是使用了造价相对低廉的光纤。在节省了成本的同时，也避免了因电缆而导致的绝缘、消防事故。正因为数据的传输形态是数字量，且全站使用统一的通讯平台网络以及统一的通讯规约，因而智能化变电站多系统间能轻松实现数据的共享，并使用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，自动完成信息的采集、控制、保护、测量、计量和监控等功能，并大大整合了监控、远动、五防和在线监测等应用，以及根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策和协同互动等高级功能。

1.2 智能化变电站的技术特点

智能化变电站区别于常规的变电站，主要有以下几个技术特点。

1.2.1 集成一体化

智能化变电站的一次设备除具有常规变电站一次设备所具有的功能外，还通过在一次设备上安装智能组件，使一次设备的采集和控制实现就地数字化。另外，一次设备可通过IEC61850规约，与变电站的综合自动化系统进行数据交换，从而在设备端实现真正的“智能”。智能化的一次设备可实时监控设备内部的电、磁、温度、机械、机构动作状态等数据量，用于判断设备的运行状态及安排检修时间，继而可实现设备的快速自诊断，对提高电网运行的可靠性起到至关重要的作用。

常规变电站的二次设备，分为保护、控制、测量、监控、录波、计量等多套孤立的系统，而智能化变电站的二次设备则打破了传统的配置多套功能单一、相互独立系统的模式，改变了硬件重复配置、信息不共享、投资成本大的局面，将多套系统的不同功能复合到同一台装置中，实现保护、测量、计量、控制、监控、录波的一体化，使变电站二次设备的功能得到整合、优化，从而大大节省成本，提高可靠性。

1.2.2 信息标准化

智能化变电站的全站设备均按IEC61850规约建立信息模型和通讯接口，全站所有设备均可通过网络实现数据的共享与交换。一、二次设备之间的界限日趋模糊，并逐渐结合为一个有机的整体。从宏观的角度分析，由于各个智能化变电站都按统一的通讯标准接入变电站通讯网络，因而整个电力系统的数据均可实现互联互通，对于电网组织而言，这将从根本上巩固了电力系统的架构；对于电网可靠性而言，全系统的数据互通，则可通过调度快速地对电网运行方式作出调整，使电网持续高效地运行在最可靠的方式上。

2 智能化变电站的设备特点

智能化变电站区别于常规变电，并能实现真正意义上的“智能”，主要是通过智能化的设备以及智能化的自动化系统来实现的，下文对这些设备的主要特点作简单的描述。

2.1 光电互感器

光电互感器与传统的互感器在工作原理、数据传输等方面有着本质的区别。传统互感器的工作是根据法拉第电磁感应定律，通过一、二次绕组之间的电磁耦合，将一次侧的高电压、大电流转变为二次侧的低电压、小电流。而光电互感器的工作原理则是基于光电技术，这也是其名字的由来。光电互感器是利用光电子技术和光纤传感技术来实现电力系统电压、电流测量的新型互感器。其一个最为显著的特征就是它二次侧的输出量不再是传统的模拟量，而是数字量，因而能很好地为智能化变电站提供采集源。而且，因为光电互感器的工作原理是基于光电子技术，所以它具有诸多传统互感器无法媲美的优点，如：不含铁心，不存在磁饱和、铁磁谐振等问题；具有优良的绝缘性能，同时能大大降低成本；暂态响应范围大，频率响应范围宽，测量精度高；体积小、重量轻，且不存在因充油而产生的易燃、易爆炸等危险。

2.2 智能高压开关

智能高压开关指传统的高压开关与智能组件的有机结合体。智能高压开关除了具备一般断路器所具备的开断大电流的能力外，还具有测量、控制、保护、监控等功能，这些新增功能的实现，则依赖于智能组件。智能组件负责实时采集高压开关的电流、温度、机械、机构动作状态等与运行可靠性相关的状态量，并转变为数字量，通过IEC61850通讯接口共享给相关的保护、测量、计量、监控、录波等装置。因而智能高压开关集成了传统高压开关和部分二次设备的功能。智能高压开关是智能化变电站实现测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化的重要基础。

2.3 崭新的自动化网络结构

传统的变电站自动化网络结构分为“站控层”和“间隔层”两层。站控层网络是实现监控系统等站控层设备与测控装置、保护装置等间隔层设备之间的数据连接，站控层网络的传输介质是以太网；而间隔层网络则是实现间隔层设备与互感器等一次设备之间的连接，它的传输介质是电缆，其一个重要作用就是将模拟量转变为数字量。

智能化变电站的自动化网络结构除了传统的“站控层”和“间隔层”外，还新增了一个“过程层”，过程层设备是指智能组件、光电互感器等能实时进行电气量监测、设备状态检测、执行操作控制，并能实现就地光电转换的装置。过程层设备是整个智能化变电站实现“智能”的基础。过程层网络的传输介质是光纤，同时，因为过程层设备实时向间隔层设备传输变电站运行状态的信息，所以过程层网络替代了部分传统变电站间隔层网络的功能。

3 目前智能化变电站需要解决的问题

虽然智能化变电站是世界电力发展的方向，但目前在我国仍然处于起步阶段，存在不少问题，如：光电传感器等一次设备的生产技术还不成熟，会出现绝缘击穿或爆炸等严重事故，另外，其抗干扰性能差、测量误差较大，导致其基本功能并不能很好地满足使用要求；同时国内也缺乏统一的技术规范，各厂家生产的产品没有相关技术规范的约束，导致产品质量参差不齐；而且其建设成本偏高，与传统变电站相比，智能化变电站无论是设备成本还是施工成本都相对偏高。这些因素都制约了智能化变电站的发展。

4 结 语

智能化变电站是电力发展的必然方向，但因为目前仍然处于起步阶段，所以很多方面仍需要不断探索改进。从传统变电站过渡为智能化变电站，是一个漫长而复杂的过程，需要从管理层面、生产技术层面、设备生产层面、施工调试层面兴起一场自上而下的变革，涉及电力系统的各个部门，因此决定了这场变革必将长久而纷繁复杂，但这是世界电力发展的必然趋势。随着国内智能化变电站建设的逐步实施及相关技术标准的不断完善，电网智能化的进程将会不断加速。

参考文献：

[1] 布兰德（德），罗曼（德），维莫尔（德）.景雷，范建忠，苏斌（译）.变电站自动化[M].北京：中国电力出版社，2009 .

[2] 谢开，刘永奇，朱治中，等.面向未来的智能电网[J].中国电力，2008，（6）.

[3] Q/GDW 383-2009.智能变电站技术导则[S].

[4] 国家电网公司科[2010]131号，变电站智能化改造技术规范[S].

[5] 张伯明，孙宏斌，吴文传，等.智能电网控制中心技术的未来发展[J].电力系统自动化，2009，（17）.

[6] 刘振亚.智能电网技术[M].北京：中国电力出版社，2010.

[7] 许晓慧.智能电网导论[M].北京：中国电力出版社，2009.

[8] 何光宇，孙英云.智能电网基础[M].北京：中国电力出版社，2010.

[9] 黄新波.变电设备在线监测与故障诊断[M].北京：中国电力出版社，2010.

[10] 秦立军，马其燕.智能配电网及其关键技术[M].北京：中国电力出版社，2010.