智能变电站工程电气自动化设计

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　　【关键词】智能变电站;电气自动化设计;应用分析

　　1引言

　　智能变电站是在数字化变电站技术的基础上,对变电站信息进行了深层次的综合分析利用,侧重于一次设备状态监测及诊断分析;利用变电站中的各种高级应用,如智能告警、智能事故辅助决策;电力三态一体化的全景数据平台;新能源系统的接口及互动;辅助监视系统，灯光、门禁、消防、巡视系统等，实现变电站信息的智能监视、报警、事故处理、联动操作等。

　　2变电站电气工程技术简述

　　2.1智能变电站构成

　　智能变电站以全站数字化、网络化、标准化为根本要求，能够自动完成各类信息的测量、采集、控制、保护、计量、监测等工作。并结合电网实际情况实现智能调节，实现在线分析决策，与其他变电站、电网调度等系统进行有效互动。智能变电站包括智能设备、二次设备、自动化系统3个部分。智能设备当中又包含了基本的一次设备、智能组件、合并单元、智能终端。二次设备实现了远程输入/输出、通信、保护等功能;自动化系统则实现对全站设备的测量、控制、数据采集等功能。

　　2.2智能变电站的优势

　　2.2.1一次设备的智能化一次设备的智能化、信息化是智能电网构建的基础，采用标准的信息化接口，实现融合在线检测和测控保护技术于一体的智能化一次设备，能够为智能电网提供高效、准确的信息流，其中的智能设备能够完全代替传统输变电站中的一次设备及其附属体系[1]。2.2.2设备检修的状态化智能变电站中的所有设备状态能在线进行监测，智能化一次设备借助相应的传感器和检测方法来判断一次设备运行状况，在其出现异常的时候对设备进行初步分析，针对故障部位、严重性、发展趋势可以进行有效判断及展示，能够有效识别系统中早期的故障征兆。并根据相应的诊断结果，提醒进行必要的设备检修，而传统输变电站中就缺少完整的在线监测装置。

　　3智能变电站电气自动化设计分析

　　3.1设计原则

　　1990年以来，智能变电站自动化系统设计的原则逐渐由原来的保护、监控、录波、计费、通信、远动等功能，转变为主变压器、出线、母线、母联、分段开关等。智能变电站系统在这种“间隔”的设计思想基础上，体现信息采集和应用的“同步、全站、唯一、标准”的特征。

　　3.2智能设备的特征分析

　　现在实际运用中的智能设备特征，主要体现为“信息数字化、控制智能化和状态可视化”这3个方面。这在中国电力科学研究院颁发的《高压设备智能化技术分析报告》中可查到，其对智能设备的特征描述为：“测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化、信息互动化”。1)信息数字化。信息数字化是针对其通信功能而言,即高压设备本体的所有状态信号、控制命令均应转换为数字信号后通过以太网通信口与其他二次设备交互信息，该功能由附加的智能组件完成。信息数字化是智能设备区别于常规高压设备的重要特征，对于设计而言，高压设备至控制室、继电保护室的大量控制信号电缆被少量光缆所取代。2)控制智能化。控制智能化是体现设备智能化水平的一个重要指标。对开关设备而言，主要是对执行元件的控制。可采取引入电子逻辑器件、伺服电机等电力电子新技术，简化传统控制执行回路，简化开关设备与变电站控制键的联系，如实现网络化一键式智能操作、选相分合闸功能。让变电站倒闸操作安全快捷，能够有效地规避倒闸误操作的出现。同时，延长了开关触头寿命，提升了投资收益率。3)状态可视化。状态可视化是区别于传统高压设备的又一主要特征，它要求对高压设备中的温度、压力、密度，还有绝缘、机械特性及工作状态等数据信息集中采集，为实现电网设备状态的全寿命周期监测优化管理，提供基础数据以便支撑。

　　3.3网络结构

　　由于目前智能设备采用“一次设备+智能组件”模式，根据IEC61850系列标准。智能变电站体系分为“三层两网”，即“过程层、间隔层和站控层”3层;“过程层网络和站控层网络”2网的形式。在逻辑层次上，变电站通过过程层网络连接过程层、间隔层设备，通过站控层网络连接间隔层和变电站层设备，如图1所示。图1)过程层和功能。过程层就是一次设备及二次设备的结合面，它是实现所有和一次设备接口有关的功能，也可以说是智能化电气设备中的智能化部分。主要功能：实时运行电气量检测，运行设备状态检测及操作控制命令执行。2)间隔层和功能。汇总该间隔过程层的所有实时数据信息;实现对一次设备保护控制功能;实现该间隔操作的闭锁功能;实现操作同期和另外控制功能;针对数据采集、统计运算以及发出的控制命令都具有优先级别的控制;执行数据具有承上启下通信传输功能，还能快速完成和过程层与站控层的网络通信，上下网络接口具有双口全双工方式，以便提高信息通道冗余度，保证网络通信可靠。3)站控层和功能。站控层的主要任务是通过两级高速网络集合全站实时数据信息，一直刷新实时数据库，定时登录历史数据库;把相关数据信息送到电网调度或控制中心;接受电网调度相关控制命令再转间隔层、过程层执行;实现在线可编辑全站操作闭锁控制的功能。从发展角度来看，智能变电站只有一条数据总线。将过程层、间隔层的功能都集成在设备层中，以后的智能变电站网络结构，会将设备层、系统层统分为2层。

　　4智能变电站在工程中的应用

　　1)网络化一键式智能操作功能。将间隔层设备定为主题，使变电站间隔设备运行状态的切换达到一键式智能操作。比之前的站控层分步操作更加简练，变电站倒闸操作更加安全快捷，更好地规避了误操作。比如，智能甩负荷应用，可以提供快速甩负荷功能，运行人员通过一键式智能操作完成甩负荷，在系统发生扰动后的200ms内即可完成，相较于传统变电站分步操作，大大节约了操作时间，确保了系统供电质量和可靠性。2)设备状态可视化。故障在线诊断和离线分析都以设备的状态监测为基础，利用诊断技术可以获得关于已经发生或分析可能发生的潜在故障的位置、原因和程度。3)可视化网络安全监视功能。通信网络式智能变电站系统的命脉，通信网络设备的工作状态，异常信息的实时、可靠、直观监视直接影响着系统网络化。4)电能质量评估与仿真决策系统。把电能质量数据库当作基础，再结合数据集成、数据分析及专家决策，构成电能质量解决方案。5)故障信息综合分析决策。搜集管理故障时刻的故障量、录波数据、告警信息、定值、保护版本等关联信息;建立故障分析模型并进行智能分析，推断故障类型和故障位置，给出故障恢复策略;全景数据分析系统可以对事故综合展示和反演回放;事故分析辅助决策专家系统可以模拟专家的决策过程，得到分析结果[2]。6)站域保护及控制。主保护是被保护设备继电保护整定中的快速保护,具备天然选择性,与其他间隔不配合。而被保护设备单元及相邻单元后备保护，就需和其他单元后备保护组织配合。当系统结构复杂时，常规保护各个单元后备保护之间的配合越来越困难。随着智能变电站的快速发展，全变电站信息乃至区域电网信息的共享，配置基于全站乃至区域电网信息的站域保护也就成为可能。能依据实时同步的测量数据实现系统检测、分析等高级功能。根据网络拓扑结构和潮流变化，智能调整定值。7)经济运行与优化控制。在智能变电站内配置电压无功综合控制装置，配合自动电压控制系统(AVC)，利用智能变电站先进的通信手段采集多方数据，监视电网的无功状态，运用先进的数学模型、信息模型，从基于电网的角度对广域分散的电网无功装置进行协调优化控制，实现降低网损、提高电压合格率、改善电能质量，达到系统安全经济运行和优化控制的目的(见图2).

　　5结语

　　智能变电站工程作为电网的关键组成，其电气自动化技术设计是非常重要的，需要综合考虑其经济性、安全性、合理性，确保智能变电站工程建设质量。相关设计人员要在满足相应标准规范和设计要求的前提下制定科学的设计方案，全面考虑电气自动化工程技术应用及安全防护，为后续智能变电站工程检修、运营提供便利，充分发挥出智能变电站工程应有的作用。

　　【参考文献】

　　【1】袁芳,赵宇红,唐健,等.浅谈智能变电站的优点及其优化设计[J].科技风,2017(5):191-193.

　　【2】雷振.继电保护中电气工程智能系统的应用和改进[J].通信电源技术,2018,35(12):84-85.

　　作者：刘江龙 单位：中工武大设计研究有限公司

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