专囊沦述 智能变电站及其建设方案研究 肖斌 夏萍娟 （１．长江三峡水电工程有限公司，湖北宜昌４４５００２） （２．三峡大学，湖北宜昌４４５００２） 摘要：依据电网发展的需要，论述了智能变电站的概念，并基于ＩＥＣ ６１８５０通信框架，提出了智能变电站的 网络结构、继电保护、测控装置、故障录波装置、一体化五防等核心技术问题的实现方案。 关键词：智能；变电站；实现方案 Ｉ ｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｕｂｓａｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｃ ｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｐｌａｎ ＸＩＡＯ Ｂｉｎ ．ＸＩＡ Ｐｉｎｇｊｕａｎ （１．Ｙａｎｇｔｚｅ Ｔｈｒｅｅ Ｇｏｒｇｅｓ Ｈｙｄｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｙｉｃｈａｎｇ ４４３００２，Ｃｈｉｎａ） （２．Ｃｈｉｎａ Ｔｈｒｅｅ Ｇｏｒｇｅｓ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙｉｃｈａｎｇ ４４３００２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｎｅｅｄ ｏｆ ｎｅｔｗｏｒｋ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ＩＥＣ ６ １ ８５０ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｆｒａｍｅｗｏｒｋ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｈｔｅ ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ｈｔｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ， ｒｅｌａｙ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｃｏｎｔｒｏｌ ｄｅｖｉｃｅｓ，ｆａｕｌｔ ｒｅｃｏｒｄｅｒ ａｎｄ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｍｉｓｏｐｅｍｔｉｏｎ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ；Ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ；Ｉｍｐｌｅｍｅｔａｔｉｏｎ 中图分类号：ＴＭ７２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：０２１９—２７１３（２０１１）１２—０００９．０４ ０引言 靠、稳定及可持续发展的要求，智能电网的建设 势在必行。作为智能电网中的重要节点，智能变 随着电力需求的高度增长、数字经济的发 电站担负了变电设备状态和电网运行数据、信息的 展、环境监管的严格以及各国能源政策的调整， 实时采集和发布任务，同时支撑电网实时控制、智 电网与电力市场、客户之间的关系越来越紧密。 能调节和各类高级应用，实现变电站与调度、相邻 客户对电能质量要求逐步提高，分布式能源不断 变电站、电源、用户之间的协同互动ｎｊ。智能变电 增加，传统的电力网络已经难以满足这些发展要 站不但为电网的安全稳定运行提供了数据分析基 求。为了满足电力供应的节能、环保、高效、可 础，也为未来智能电网实现其高效、自愈等功能 提供了重要的技术支持。国际电工委员会提出的 收稿日期：２０１１－１０－０８ 变电站通信网络与系统的国际标准ＩＥＣ ６１８５０为智 ９ 第１４卷第１２期 ２０１ １焦１２ＪＥｊ 奄涤技术左阖 ＰＯＷＥＲ ＳＵＰＰＬＹ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ ＡＮＤ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩｏＮＳ Ｖ０１．１４ ＮＯ．１２ Ｄｅｅ ２０ｌ ｌ 能变电站和电力系统信息化提供了全面的建设规 范，本文即以ＩＥＣ ６１８５０为基础，提出了智能变 电站建设方案。 （２）间隔层 间隔层设备一般指继电保护装置、系统测控 装置、监测功能组主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， １智能变电站的概念 １）智能变电站的定义 采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能 设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息 即与各种远方输入／输出、传感器和控制器通信。 主要有保护装置、测控装置、安全稳定装置、故 障录波、备用电源自投等自动装置。 （３）站控层 共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测 量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可 站控层包括自动化站级监视控制系统、站域 控制、通信系统、对时系统等，实现面向全站设 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。 ２）体系结构 智能变电站分为三层，分别为过程层、间隔层 和站控层。 （１）过程层 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）、操作闭锁以及同步 相量采集、电能量采集、保护信息管理等相关功 能。站控层功能宜高度集成，可在一台计算机或 嵌入式装置实现，也可分布在多台计算机或嵌入 式装置中，主要有监控系统（含监控、一体化五 防、ｖＱｃ）、保护及故障信息子站、远动通信服务 器等。 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 及独立的智能电子装置。主要有电子式互感器、 智能单元（用于开关和变压器智能化）。 传统变电站与智能变电站系统结构比较如图１ 所示。 作站２ 远动站 ＧＰＳ ：Ｌ作站１ 工作站２ 远动站 电 电子式互感器 （ａ）传统变电站 （ｂ）智能变电站 图１ 传统变电站与智能变电站系统结构比较 ｌ０ 专家沧述 ２智能变电站的实现方案 １）继电保护和测控装置一体化方案 在常规的综合自动化变电站中，测控装置属 于远动专业的范围，保护与测控之间通过硬接线 和串口的通信方式进行信息的交互。这种方案的 缺点是保护和测控装置分别设置，设备投资较高； 信号采集重复，接线复杂；互操作性差，串口的 通信信息传输容量有限；人员配置多，工作效率 低．基于ＩＥＣ ６１ ８５０标准的保护测控一体化配置方 案如图２所示 。 式合并单元，采用ＩＥＣ ６１８５０－９－２通迅规约接收合 并单元发出的电流、电压采样信号；通过面向对 象的变电站事件ＧＯＯＳＥ报文采集开关量信号。 ３）保护故障信息系统实现方案 保护故障信息系统是变电站以集成保护故障 信息为目标的子系统。传统变电站中的保护故障 信息系统的组网方案为：各不同厂家的保护装置 先独立组网，然后经规约转换装置接至保护故障 信息子站。故障录波器独立组网后直接接至保护 子站。这种方案有其专业界面清晰、 保护网和监 控网互不干扰等优点，且在各地区都有成熟的运 行经验。其不足是：（ａ）多组１个保护专网，需增 加多个串口服务器，使保护装置的硬件复杂，系 统成本增加，变电站投运初期通信联调的工作量 大；（ｂ）各厂家的装置都采用不同的通讯规约和数 据格式，相互之间无法进行数据共享，需进行大 量的规约转换Ｈ】。 （１）保护测控装置可直接采集数字信息，同时 采用网络通信技术取代传统的硬接线，简化了保 护测控的二次接线，节省了一次投资和维护工作 量。 图图（２）在标准的开放式网络和通信体系下，无需 规约转换的通信方式保证了继电保护信息上传的 容量、实时陛和可靠性．同时各厂家的保护测控装 在智能变电站建设中，由于采用统一的通信协 议，各设备之间直接通信沟通，因而保护装置可 直接接入监控系统网，故障信息子站从网络上获 置间能实现良好的互操作性，并适应计算机和通 信技术的快速发展，提高系统的可靠性，减少用户 投资和维护成本。 取所需的保护装置信息。考虑故障录波数据量大， （３）对于生产运行方面，为保护和自动化专业 的整合提供了条件，如保护定值的下达和压板 的投退不再存在２个专业的交界问题，对提高 生产效率、合理利用人力资源起到了积极的作 用。 ＧＰＳ 监控系统 运动工作站 （４）抛开传统的组屏方式，取消保护屏上 硬压板、按钮、把手及大部分端子配线，使保 护屏的布置、接线更加紧凑、简单。软压板的 使用使得运行检修人员的操作更为简单，降低 了误操作的几率。 ２）故障录波装置实现方案 传统变电站的故障录波装置通常按电压等 级和主变分别配置，故障录波装置独立组录波 网后，直接接至保护故障信息子站，既增加了 设备投资，也加大了维工作量 Ｊ。 采集网 智能变电站中电子式互感器的应用，为 数字式故障录波器的使用提供了良好的平台。 ２２０ｋＶ可与主变共配置１套ＩＥＣ ６１８５０数字故障 智能 操作箱 园圆圆圈 图２保护测控一体化配置方案 录波分析装置，通过光纤以太网接口连接数字 第１４卷第１２期 ２０１１矩１２Ｙｌ 电涤 ，壶用 Ｖ０１．１４ ＮＯ．１２ Ｄｅｃ ２０１ １ ＰＯＷＥＲ ＳＵＰＰＬＹ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ ＡＮＤ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ 且数据主要供远方继电保护专业人员使用，因此装 置单独组网，信息直接送往保护故障录波信息工 作站。这种方案的优点是： （１）不需要保护专网，简化了网络结构，减少 了一次性设备投资，减少了调试和维护工作量。 （２）解决了信息重复采集问题。整个网络中各 个对象的相关信息只需采集１次，所有的信息对于 网络上的所有设备都是共享的，不会出现重复的 现象。 （３）提高了信息传输容量和效率。在电力系统 发生大范围故障，需启用保护装置的录波数据时， １００Ｍ的网络速度可以保证网络的畅通，测控装置 和保护装置等自动化设备所采集的信息都可以为 故障分析提供依据。 ４）一体化五防系统实现方案 目前变电站的微机五防系统与监控系统完全 独立，增加了工程投资费用。而在智能变电站建 设中，以智能化的光纤通信网络代替繁杂的二次 电缆，采用面向对象统一建模，信息统一采集， 可实现监控系统与五防系统的一体化集成。监控 系统与五防主机共享１套数据库，无需进行二次建 模，减少了现场调试和维护的工作量。 ＩＥＣ ６１ ８５０通信技术及ＧＯＯＳＥ机制的推广应 用，可以使间隔层的ＩＥＤ设备通过站控层和间隔层 之间的以太网实时交换逻辑闭锁所需要的位置信 息，实现间隔层五防功能，达到实用化水平 Ｊ。 网络化的间隔层五防功能所用的遥信数据是 通过ＧＯＯＳＥ机制从过程层的智能接口获得，模拟 量通过过程层的合并单元获得。全站的数据通过 开放的ＧＯＯＳＥ通信网络实时传送，每台间隔层设 备都能及时获得其逻辑闭锁所需的数据，并将这 些数据应用于本间隔的控制闭锁逻辑条件判别， 从而实现独立于五防主站的间隔层的逻辑闭锁。 这样就可有效避免误操作事故的发生。 ５）电量计费系统实现方案 传统变电站在各关口点配置计量关口电能 表，非关口点配置考核用的电能表，同时配置ｌ套 电量采集终端。各电能表通过串行口（ＲＳ４８５口）接 入电能量采集终端，通过调度数据网络通道（１０２ 规约）上传至省调电量计量主站．但此方案存在接 １２ 线复杂、专业界限明显和多头管理等缺点。 在智能变电站建设中，由于电子式互感器、 数字式电能表以及ＩＥＣ ６１８５０的应用，促进了二次 系统与电量计费系统的整合。 （１）数字式电能表可以直接利用监控系统所采 集的电流、电压量，提升计量精度，减少设备重 复设置和信息重复采集，节省设备投资。 （２）Ｎ量、计量使用同一个互感器的二次绕 组，使得互感器不再由各专业分别管理，避免了 大量的配合工作，提高了生产效率。 ３结束语 随着智能化一次设备、电子式互感器的出 现，一次、二次设备状态监测等技术的不断成 熟，自适应技术在继电保护领域的研究，智能变电 站的大范围建设必将成为现实．同时在ＩＥＣ ６１８５０ 通信框架下提出的智能变电站网络结构设计方 案、继电测控一体化实现方案、故障录波装置实 现方案、一体化五防实现方案等，为今后变电站 运行维护模式的变革奠定了基础，而且对于国内智 能变电站技术的研究也具有积极的推动作用。 参考文献 ［１］Ｑ／ＧＤＷ ５８５—２００９智能变电站技术导则【ｓ】． 国家电网 公司，２００９． Ｑ／ＧＤＷ ３８５－２００９ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｇｕｉｄｅ ｆ０ｒ ｓｍａｒｔ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ［Ｓ．Ｓ】 Ｓｔａｔｅ Ｇｒｉｄ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ．，２００９。 ［２】何世恩，刘峻。ＩＥＣ ６１ ８５０数字化变电站对继电保护专 业的影响［Ｊ】．电力系统保护与控制，２００９，３７（３）。 林宇锋。智能电网技术体系探讨【Ｊ】． 电网技术， ２００９，５５（１２）． ［４】庞红梅，李淮海．。¨０ ｋＶ智能变电站技术研究状况 ［Ｊ］。电力系统保护与控制，，２０１ ０，；５８（６）． 【５】 智全中，秦广召。五防系统在智能化变电站中应用分 析［Ｊ］。电力系统保护与控制，２００９，３７（２３）． 作者简介 肖斌，长江三峡水电工程有限公司总工程师。