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智能化变电站建设融合发展新模式

何旭
摘  要：众所周知，变电站是每个电力系统的重要组成部分，它肩负着电压等级转换与电力输送等任务，它掌管着整个电网调度系统的信息数据。随着基础条件的改善以及应用需求的发展，智能变电站也迎来了新的建设与设计要求。目前，国内主要存在两类变电站，一种是占大比例的传统变电站，一种是刚刚起步的智能化变电站。文章主要探讨了智能变电站的建设问题，希望能够进一步优化国内变电站的设计图纸，从根本上提高国内变电站的建设质量。
关键词：智能化;变电站建设;融合发展
中图分类号：TM63         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）35-0045-02
Abstract： As we all know， the substation is an important part of each power system， it shoulders the tasks of voltage grade conversion and power transmission， and it is in charge of the information data of the whole power grid dispatching system. With the improvement of basic conditions and the development of application requirements， intelligent substations have also ushered in new construction and design requirements. At present， there are mainly two types of substations in China， one is the traditional substation which accounts for a large proportion， and the other is the intelligent substation which has just started. This paper mainly discusses the construction of intelligent substations， hoping to further optimize the design drawings of domestic substations and fundamentally improve the construction quality of domestic substations.
Keywords： intelligence; substation construction; integration development
引言
现阶段，智能化变电站是国内发展热点，也是电力系统综合自动化发展的新路径。在统一平台、信息共享、自动化控制的前提之下，通过合理运用较为先进的、性能全面的、污染度较低的智能设备，自动达成数据搜集、重点测量、故障控制、关键点保护、实时监测等任务，同时创设了电网支持的在线分析、决策、控制及调适功能于一体的高级变电站。由此观之，智能化变电站的建设是一个艰难的系统工程。
1 智能化变电站的系统结构
在整个电网系统的发展历程中，关于智能化的关键点必然是变电站的智能化发展。目前，国家电网提出了统一规划，计划至2020年实现全面建成统一、坚强智能电网的总目标。
就智能化边间系统而言，其运行结构继承了分层分布式变电站的优势，再加上新型传感器、智能操作箱技术以及IEC 61850协议的利用，加速了智能化变电站的系统结构的变化。现阶段，大致可以将自动化系统划分为站控层、间隔层、过程层三层。其中，站控层又包括自动化的站级监控、站内控制、通信通讯、对时等子系统，拥有面向全站设备的监测、控制、告警及信息交互功能，可以完成数据收集、监视控制、操作闭锁、电能采集、保护信息、资源管理等多种任务。
间隔层主要包括保护、故障、录波、计量等子系统。一般情况下，它存在于每个间隔层的配置接口处，实现一个间隔数据后的二次使用，满足智能传感器、自动控制器、远程输入、远程输出之间的通信需求。特别是控制站里面的监控系统遭到外力刺激或设备损毁的条件下，该系统依然能够保持独立自主的内部控制机能，层内的设备不会失去控制，并保持相关设备稳定运行状态，严格意义上来说，它属于一种二次保护措施。过程层则是包括变压器、断路器、隔离开关、电流电压互感器等一次设备及其所属的智能组件以及部分独立的智能电子设备。这一层的主要职能是实时记录电气量数据、监测设备运行状态、执行控制命令等一系列任务。
2 智能化变电站融合发展新模式的建设意义
2.1 良好的低碳环保效果
正式开始建设新型的变电站时，其实不仅仅要考虑变电站的智能化发展可能性，更需要考虑变电站模式变更所带来的负面影响，特别是环境方面的不利影响。就智能型变电站的建设方案来讲，工人们通过分析新型光纤电缆的优势，发现它不仅能够替代早期的通信电缆，克服信息传输能力不足的缺陷，而且降低了通信电缆的应用数量，进一步简化了设计图纸，从根本上減少了安装调试工作量。与此同时，数字量输入与输出模块的合理应用，进一步调整了整个系统当中的硬件结构，创设了电子式传感器的合理化运用路径。而电子式传感器的大面积应用，不仅打破了早期传感器的应用弊端，而且有效增强了数据观测的可控性。由此可见，不论是哪一项目的改善和设备的取代，都降低了原始耗能数值，提升了能源之间的转化效率，减少了基础建设与系统运行的投入成本。当然，就目前的技术来说，还不能算是非常完美，某种程度上还是会对周边环境产生一定的影响，但是相比于早期的变电站来说，其不良影响的程度大有改善。
2.2 良好的交互性
当前比较常用的智能化变电站的建设模式主要有三种，即过渡型、实用型、理想型。首先，从过渡型的角度看，智能化变电站的站控层和间隔层已经实现智能化，而过程层仍然采用常规电磁型互感器。这一模式的优点是信息和通信符合最新的国际标准，既能实现信息与数据的共享，又具备良好的交互操作性，很大程度上减少了二次电缆。另外，该模式还能通过网络实现部分传统的保护与控制职能，且二次设备兼具传统优势和现代技能，实践性极强，特别适合正在改造或者仍然延用老式设备的变电站。不过，这一模式下的第三层并未实现模拟化及智能化的数据采集。 其次，从实用型的角度看，智能化变电站主要运用了电子式互感器，站控层与间隔层实现了全部智能化，过程层也实现了基本智能化。这一模式的优点是过程层的海洋数据满足实时共享需求，能够节省电缆的利用量，能够简化二次接线工程。不过，过程层里面的依次设备并未到达智能化标准，说明当前国内应用电子互感器的技术并不成熟，且该技术的普及成本较高，大规模的建设与利用压力较大。最后，从理想型的角度看，变电站里面的三层都实现了智能化发展目标，而且是完全智能化。这一模式的优点是测量、监视、控制的高度智能化，不仅彻底克服了二次电缆接线的复杂难题，而且很大程度上降低了智能化发展的成本投入，还进一步提高了电网系统的稳定性与安全性，是未来发展的重要方向。总而言之，智能化的变电站相比于早期的变电站已经有了很大程度的提升。它可以满足信息的采集与分析需求，可以将数据信息精确无误的回馈给电网，可以与上级系统始终保持灵活的互动关系，还可以为整个电网系统提供安全稳定的运行保障。
2.3 高度可靠性
智能化变电站不仅需要满足电能质量需求，而且需要满足用户利用电能的基本需求，即安全性、稳定性、可靠性。融合新模式的智能变电站相比于早期的变电站不仅具有较强的可靠性，而且具备较强的自我恢复、自我诊断能力。由于具备上述技能，变电站能够在很大程度上降低供电故障问题，也能在故障发生的第一时间进行快速诊断及处理，很大程度上降低了故障的事实影响，提升了电网高质量运行效率。比如说，保护装置组网跳闸方式建设模式，这一模式就能够有效提升电网运行的稳定性和可靠性。此外，目前部分地区尝试采用直采直跳新模式。对于这一模式来说，基础运营主要依靠光纤引导，通过光纤能将保护装置的出口引入终端当中，进而实现智能化的管理和应用。可以提升数据采样和跳闸传输的数据安全性。况且，该办法主要运用点对点传输方式，所以即使出现网络故障情况，也不会影响到保护装置的跳闸出口。另外，点对点的传输模式，能够克服延时误动和闭锁现象。但是，这一模式仍然受到一些电网技术约束。比如说，该模式对于保护装置的硬件设备要求非常高，为了满足这一条件增加了现场施工的隐形工作量。况且，相比于传统模式来说，点对点的传输方式需要更多的光缆接线，除了会增加现场工人的工作量之外，还会影响数据传输的稳定性。由此观之，新模式的融入并不是在方方面面都能够提高变电站的运行效率。
3 智能化变电站建设发展新趋势
3.1 智能化、标准化、模块化
由上文可知，未来发展阶段里智能变电站的首选发展方向就是设备高度智能化、标准化、模块化。通过进一步提高设备的智能化程度，新设备在少量功能代码的前提下，当实现自动配置甚至适调保护功能。通过进一步提高二次设备接口标准化、功能模块化程度，不仅能够实现不同厂商设备之间的随意互换，而且能够直接更换相关设备的插件，有助于全面简化变电站的设计与基础建设工作，有助于全面提升相关设备的管理效率与利用效率。
3.2 保护装置微型化、配置层级化
通过技术升级和硬件设备升级，受设备包括保护装置已经实现了轻微化与单片机化，可以直接安装在智能型一次设备预留的接口上面，不仅能够减少应用设备的数量和占用面积，而且能够减少二次回路当中的多余线路，进而减少路内故障以及故障产生次数，进一步完善保护层的基础配置。总体上看，保护装置的升级有助于形成区域及广域保护网，有助于形成第一道电网防线、第二道电网防线与第三道电网防线之间的稳定交流条件，有助于形成更严密的电网安全环境。
3.3 通信网络统一化
在新的模式之下，站内通信网络有望快速形成统一运作方式，即形成简化的网状结构。在这样的条件下，不需要进一步区分过程层与站控层，就能够快速实现层内、域内的保护任务，进而获取统一的数据。这样一来，不仅能够减少传输延时或多层传递耗时现象，而且能够避免其他环节的故障问题，还能够降低二次故障的出现率。
3.4 检修管理智能化
就目前的情况来看，若想实现高度的智能化，必须充分了解并分析现有的检测压板，并在现有设备的基础之上，进一步加强设备保护和检修功能。当装置出现缺陷或者需要进一步校对时，可以合理利用相关的辅助设备或硬件，快速激活自动控制或检修体系以及数据计算等功能。与此同时，搜集故障数据，并将信息发送至保护模块，进一步激活保护设备，促使其快速布置保护任务或防护任务，尽量形成一个比较全面的设备管理、保护条件。这样一来，不仅可以减少人工作业的任务量，而且能够减少工作时间，提升工作效率和工作精准率。
4 结束语
伴随科研成果的不断涌现以及技术的不断更迭，电网步入智能化发展道路的趋势越来越明显，并且有望成为全球电网未来发展的大趋势。而对于智能电网的建设问题来说，智能变电站既是核心又是基础，所谓“核心”是指它是现代电网系统安全性、高效性、便捷性的支撑，所谓“基础”是指它是整个电网系统当中的基础组成部分。在未來，我们仍然要倡导变电技术的更新换代，更要积极融合新的发展理念和新模式去改变传统变电站建设观念。
参考文献：
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[3]杨浚铎.分析110kV智能化变电站建设技术[J].智库时代，2018（52）：132+137.

-全文完-