浅析智能化变电站建设模式的选择

2013-09-26国网浙江宁波市鄞州区供电公司谢江宁俞沛宙朱登科

电器工业 2013年12期

文／国网浙江宁波市鄞州区供电公司谢江宁俞沛宙朱登科／

0 前言

智能化变电站是电力系统综合自动化的发展趋势，也是当前国内的一个热点。智能化变电站是指采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站数字化、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、协同互动等高级功能的变电站。智能化变电站的建设是一项系统工程，涵盖了变电站的全部范围，如一次设备中的互感器、断路器、变压器，二次设备中的保护、控制、通信，以及软件开发、系统建模、数据应用等。一次设备革新的核心是一次测量设备和智能断路器，综合自动化通信的关键是IEC61850标准。

1 智能化变电站的系统结构

智能化变电站是智能电网的重要节点。国家电网公司规划了2020计划：至2020年，全面建成统一、坚强智能电网。

智能化变电站的系统结构继承了分层分布式变电站结构的优点，同时由于高速以太网、新型传感器、智能操作箱技术以及IEC 61850 协议的运用，对智能化变电站的系统结构产生了重大影响。智能化变电站的自动化系统可以划分为站控层、间隔层、过程层三层。

站控层包括自动化站级监控系统、站域控制、通信系统、对时系统等子系统，实现面向全站设备的监视、控制、告警及信息交互功能，完成数据采集和监视控制（SCADA）、操作闭锁、电能量采集、保护信息管理等相关功能。

间隔层设备一般指继电保护装置、系统测控装置、监测功能组的主智能电子设备（IED）等二次设备，实现使用一个间隔的数据并且作用于该间隔一次设备的功能。

过程层包括变压器、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独立的智能电子设备。其主要功能是完成实时运行电气量的采集、设备运行状态的监测、控制命令的执行等。

2 智能化变电站的建设模式

目前的智能化变电站建设模式，概括来说可归纳为过渡型、实用型、理想型等类型。

过渡型智能化变电站站控层和间隔层实现智能化，过程层仍采用常规电磁型互感器，优点是信息和通信符合最新国际标准，实现了信息的共享，具有很好的互操作性，大量减少二次电缆。部分传统的保护控制功能通过网络方式实现。二次设备在现有的成熟设备基础上完成，具有较高的实用性，便于现阶段在变电站推广和老站改造。但过程层未实现模拟量智能化采集。

实用型智能化变电站采用电子式互感器，站控层和间隔层全部智能化，过程层基本实现智能化。优点是过程层的采样数据实现共享，节省电缆，简化二次接线，电子式互感器原理先进。但过程层的一次设备未实现智能化，目前电子式互感器的技术应用在国内还不完全成熟，成本较高。

理想型智能化变电站的站控层、间隔层、过程层全部实现智能化。优点是变电站过程层的测量、监视、控制全部实现智能化、网络化，彻底解决了二次电缆接线复杂问题，最终降低成本、提高可靠性，是今后的发展方向。

3 智能化变电站建设模式的选择

在智能化变电站的规划与设计阶段，选取哪一种智能化变电站发展建设模式，成为决定此项工程面貌与效果的关键。

理想型是今后的发展方向，但因为一次设备的智能化（如智能化断路器），在目前阶段，过程层全部实现智能化，尚有一定难度。

过渡型与实用型智能化变电站的区别，主要在于是否采用电子式互感器。于是，是否选用电子式互感器，就成为选择的焦点。

电子式互感器分为2种：有源电子式互感器和无源电子式互感器。有源电子式互感器的技术相对较为成熟，其技术性能已基本可以满足实用化要求，国内目前建设的智能化变电站使用的互感器绝大部分均为有源电子式互感器。

有源电子式电流互感器工作原理如下：

有源电子式电流互感器利用空芯线圈及低功率线圈传感被测一次电流。低功率CT（LPCT）的工作原理与常规CT的原理相同，只是LPCT的输出功率要求很小，因此其铁芯截面就较小。空芯线圈是一种密绕于非磁性骨架上的螺线管，如图所示。空芯线圈不含铁芯，避免了因铁芯引起的CT饱和等问题，具有很好的线性度。

空芯线圈的输出信号e与被测电流i有如下关系：

图1 有源电子式电流互感器示意图

由此公式可知，输出信号e与截面积s相关，即空芯线圈输出信号与其结构相关，一方面加工时需保证截面积s符合设计要求；一方面运行时温度变化可能会导致空芯线圈结构变化，进而影响输出信号精度。

电子式互感器还存在采样同步问题：电压、电流之间需要同步、变压器不同的电压等级之间三相电流、电压采样必须同步，变压器差动保护从不同电压等级的多个间隔获取数据存在也同步问题。而且常规互感器与电子式互感器可能会并存，更增加了同步的难度。如果选用电子式互感器，同步问题是一个继电保护专业必须面对的一个难点。

现在以南瑞继保电气有限公司ECVT1电子式互感器为例：

在温度问题上，ECVT1电子式互感器说明书标明使用环境气温：-25—+40℃，日平均≤+35℃。查询气象资料：宁波地区2010年超过+35℃的气温的天数为28天，最高温度为40.7℃,而2013年宁波地区地区遭遇极端高温天气，截止目前，宁波地区2013年超过+35℃的气温的天数已超过45天，最高温度高达43.5℃。

变电所运行温度还要高于环境气温，根据实例变电站（110kV布政变）夏季110kV开关室温度断面监测显示，其日最高气温均在37℃以上，在散热设施全开情况下，最高温度仍然到达过42℃，如部分散热设施故障，最高温度会达到45℃以上；10kV开关室因装有空调，室温较低，但不可忽视的是作为辅助设施的空调设备，其可靠性尚不足以满足要求，当一台空调停机时，室温仍有可能上升至较高水平。如图2所示。