（国网自贡供电公司 四川自贡 643100）
摘要：本文对智能变电站的结构特点、功能优势及其在运营过程中可能出现的问题进行了分析，并提出了一些运行维护建议，为有效提高智能变电站日常运行维护工作的水平及智能变电站更加安全可靠运行提供一些参考，有利于加快建设统一坚强的智能电网。
关键词：智能变电站；特点；运维；
智能电网是当今世界电力系统发展变革的最新动向，并被认为是21世纪电力系统的重大科技创新和发展趋势，电网向智能化方向发展已成为必然趋势。智能电网是利用传感、嵌入式处理、数字化通信和IT技术，将信息集成到电力公司的流程和系统，使电网可观测、可控制和自动化，从而打造更加清洁、高效、安全、可靠的电力系统。智能变电站是实现智能电网的必备条件，同时也起着控制核心平台的作用，其运行安全稳定性是电网可靠安全运行的前提。目前，我国已有许多专家和学者对智能变电站进行了细致的研究，并在我国一些地区开展建设并投入使用。因此，有必要对智能变电站充分认识，了解其特点及在运营过程中可能存在的问题，并提出一些建设性意见，为智能变电站的建设和维护提供参考，有利于进一步加快智能电网的建设。
1 智能变电站的体系结构特点
智能变电站的智能设备先进、环保，通信平台网络化、信息数字化、信息共享标准化，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和检测等基本功能，同时实现电网实时智能调节、自动控制、在线分析决策和协同互动等高级功能。依据IEC61850，变电站内的自动化系统按照三层设备、两层网络的模式设计，“三层”即全站设备在功能逻辑上分为站控层、间隔层和过程层，三层设备之间采用分层、分布、开放式的两层网络实现系统连接，通过高速以太网络完成变电站内的信息集成。其基本架构如下图1所示。
图1 智能变电站的三层两网结构
站控层提供变电站内运行的人机联系界面，实现管理控制间隔层设备等功能，形成全站监控、管理中心，并与调度中心、集控中心、保护信息主站通信。站控层的这些功能高度集成，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。智能变电站相比传统变电站，整个站控层网络采用IEC61850 通信标准，并且其站控层设备间用双以太网实现横向通信，其模型描述能力大大提高、装置互操作性大大增强。
间隔层是基于站控层IEC61850协议的成套继电保护、测控装置，省去了合并单元和交换机装置，降低了成本。由若干个二次子系统组成，在站控层设备及网络失效的情况下，仍能独立完成间隔层设备的就地监控、保护等功能；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，即与各种远方输入/输出、传感器和控制器通信。与常规变电站相比，取消了专用的备自投装置及各保护之间的连接线，采用网络化方式实现备自投功能，避免了各间隔信息的重复采集，减少了信息传输环节，提高了备自投动作的可靠性。
过程层是智能变电站区别于常规变电站的特殊系统结构之一，是智能化电气设备的智能化部分，它可以有效地隔离高低压、避免设备间的干扰、实现信息共享，这是是常规变电站所不能达到的。主要实现运行电气量检测、运行设备状态检测、操作控制命令执行。合并单元与智能终端采用共网传输，且智能终端动作出口小于2ms，保证保护速动性；合并单元对时采用双光纤脉冲，保证对时的可靠性。过程层新技术、新设备的大量应用，信息传递实时、可靠性能高，大大提高了继电保护设备的性能。
系统网络架构：间隔层和站控层间的网络简称MMS(Manufacturing Message Specification)网，即两者之间采用传输制造报文规范报文的方式进行数据交换。间隔层和过程层之间一般采用传输面向通用对象的变电站事件（Generic Object Oriented Substation Events，GOOSE）报文的方式，简称GOOSE网，以及由合并一单元通过采集非常规互感器的量值后上送的采样测量值(Sample Measured Value，SMV)，简称SMV网或SV网，实现数据交换。两网络结构又存在不同的组织形式，站控层一般采用单独组网的方式，而过程层组网方式有SMV网点对点+GOOSE点对点、SMV网点对点+GOOSE组网、SMV组网+GOOSE组网（分别组网）及SMV组网+GOOSE组网（统一组网）等方式，但是所有不同的组网方式都不能违反电网公司对智能变电站建设的相关具体要求，避免造成建设过程中模式种类太多而导致重复、浪费的现象，不利于新技术的推广应用。
2 智能变电站的功能优势
智能变电站与常规变电站相比，变电站内、站与站之间、站与调度、站与大用户和分布式能源的互动能力更强，信息的交换和融合更方便快捷，控制手段更灵活可靠；信息采集和信息处理结构更复杂、层次更深、范围更宽。智能变电站采用了多种新技术，其整个二次系统的整体架构、配置及与一次系统的连接方式与传统变电站相比均有较大变化。其技术优势如下图2.
注：DL/T 860《变电站通讯网络和系统》
为在技术上很好地实现以上功能，智能变电站在系统层面上强调物理集成，因其能真正体现了面向对象、功能自治的思想，这有利于提高间隔功能的可靠性，降低运行和维护费用，为逻辑功能集成提供了载体；智能变电站的逻辑集成是以构成面向系统的应用，实现就地、区域和全局功能的协调，支持具有在线决策、协同互动特征的各种高级应用。
3 运营过程中可能出现的问题
目前，智能变电站的建设范围还比较少，其相关设备应用运行时间短、业绩少，随之而来的可靠性、安全性和运行维护等方面的问题需引起大家的注意。
3.1 设备运行问题
应用光电转换、磁电效应等原理生产出的电子式互感器，在实际运用中抗干扰能力差，容易受到高压磁场的影响导致信号输出性能较差；对温度的感应明显，在光纤和玻璃连接不牢固，造成可靠性较差；光纤信号传输机制和电缆传输类似，容易发生异常现象，造成通信中断、数据失真等，由于这些问题的存在未能大规模实际使用。因此，智能变电站基本上使用的是常规互感器与合并单元相结合的形式；合并单元是将原有保护装置的模拟量采集功能分离出来变成的，智能终端就是将开关量开入开出功能分离出来与断路器、隔离开关一起就地化配置，保护装置保留保护逻辑功能独立于间隔层，相当于将原有继电保护装置一分为三。至此，可由于硬物挤压、保护装置的SV插件或GOOSE插件损坏或保护装置与智能终端之间光纤损坏等因素导致合并单元、保护装置与智能终端三者之间的光纤联系中断或不稳定，造成保护装置出现问题。同时，合并单元、智能终端故障后可能影响多台保护装置。另外，因为上述就地配置的原因，一些智能终端、合并单元需要与一次设备一起放置于室外，天长日久出现锈蚀、大量积尘现象，导致设备老化。
3.2 技术水平问题
智能变电站是一种创新性的变电模式，从变电站的修建、运行到维护等工作环节，都需要运用全新的技术手段和设备工具，需要一批专业技术过关的队伍来开展工作。而我局对于智能化变电站方面的人才还大量欠缺，不管是检修人员还是运维人员都还缺乏一定的专业技术知识。如保护设备更换CPU、SV、GOOSE插件时不像传统变电站只要插件型号正确直接更换就可使用，还需要重新下载CID配置，这就需要厂家配合（因为某些软件为他们内部使用，不交给客户）。而且由于各个厂家研发平台的不同，其使用的工具、下载方法也不同，使得更换相关插件的维护期限及维护成本增加。其次由于我国的智能化变电站还在普及发展阶段，变电站技术人员也处于学习和探索阶段，其很多技术在使用过程中，其可靠性、稳定性也不强，因此使得运行维护的难度增加。
3.3 信息安全与数据共享问题
智能化变电站的运行、实施和信息传输都需要依靠网络技术和网络设备来完成和实现，由于网络的普遍性和复杂性，容易造成智能化变电站的信息流失，为变电站的运行埋下了一定的安全隐患，也给电力系统造成了一定的信息风险。智能化变电站的主旨在于能够对实际信息进行有效的统计和快速的获取，有利于供电质量的提高、电网运行管理水平的提高、有利于相关电力工作的开展。然而，我国智能化变电站过于重视对智能化变电站的技术研发和技术更新，没有解决智能化变电站数据共享的问题。
3.4 数据采集问题。
目前，我国智能化变电站中对于数据同步采集的工作还存在一定的困难。对于传统变电站来说，可以在内部实现各个单元数据的同步采样工作，无需同其他设备单元配合工作。然而在智能化变电站中，需要依靠互感器内部的信息采集回路来完成，当互感器内部的任一回路出现问题后，整个数据采集工作就会失去意义，极易造成信息失效和保护装置的闭锁。
3.5快速保护问题。
与传统互感器相比，电子式互感器的传输需要从互感器到交换机，中间还需要合并等过程，这样就延长了传输时间，增加了流程其保护装置动作时间就相对要延长，因此，快速保护问题也是智能化变电站急需解决的问题。
4 智能变电站运行维护建议
4.1加强设备测温工作
加强设备测温及室外保护装置及智能终端柜的温度检测，及时排除电子元件受环境温度影响导致保护误动作的可能。智能终端、合并单元、保护装置 、测控装置、网络交换机等多个智能设备与一次设备邻近，其抗干扰、耐高温、防直晒的能力必须进行检验，避免投运后频繁出现装置死机、闭锁、动作不正确等情况。
4.2加强交换机管理
传统变电站交换机应用于站控层网，只影响站控层功能，不影响保护功能。而智能变电站交换机作为关键设备之一，发挥着极其重要的作用，不仅站控层需要依靠网络，过程层部分保护功能也建立在网络基础之上，如断路器失灵保护等，交换机的故障和异常，可能导致部分保护功能失效。日常运行维护中，应将交换机列入重要设备进行维护。建立交换机连接拓扑图，并在每一台交换机旁注明其功能和连接对象。开展屏柜清扫等维护工作时，避免弯折光缆造成光缆折断，其弯曲半径应符合相关规程要求。定期做好交换机光缆备用芯的检验维护。
4.3 加强时钟对时系统管理
智能变电站时钟对时系统是实现变电站各项功能之间同步的关键，保证电子式互感器同步采样，保障保护功能的可靠性，为间隔层保护、测控装置提供IRIG-B码、SNTP校时协议、IEEE1588校时协议方式的对时信号，为过程层装置提供IRIG-B码、IEEE1588校时协议、提高光纤秒脉冲方式的对时信号。这直接关系到站内/站间故障及时准确判断、保护正确动作、事故分析处理的正确判断性，因此应加强时钟对时系统相关设备巡视，定期开展时间同步精度检测，期间间隔层装置校时精度为1ms, 过程层校时精度为5us。
4.4重视智能组件柜管理
智能组件柜包含合并单元和智能终端。重点加强对热交换器工作状态检查，及时排查温湿度显示与后台监控界面显示不一致设备缺陷，高温、大负荷时应增加户外智能终端柜巡视次数。
4.5 加强微机防误系统与操作票专家系统的管理工作
微机防误系统与操作票专家系统在变电站的倒闸操作中起着不可估量的安全作用。其在运行维护中的管理始终是一项重要而艰巨的工作。由于在智能变电站中新增了网络的交换机、合并单元、过程层设备的智能终端、设备在线检测传感器等一些设备，所以除了要建立和完善编号、命名的台帐之外，还应当要对各种设备的参数和设置进行备份，来防止由于意外使设置的信息丢失的异常状况发生。微机防误装置及操作票专家系统的计算机必须采用专门的存储设备，并严格管理，防止病毒进入防误装置系统，不能使用外来的软盘、U 盘、移动硬盘、光盘等设备。同时应将微机防误系统及操作票专家系统软件进行备份，由专人负责管理，每个季度由管理人员对所属变电站的逻辑条件库及五防设备的遥信表、编码表进行统计核对。同时防误装置的维护应列入变电站定期维护项目，设备巡视检查应包括防误装置，交接班必须检查防误装置的正确性和完好性。
参考文献：
[1]智能变电站技术特点分析
[2]智能化变电站运行维护问题的探讨
[3]国家电网公司智能变电站运行管理规范
[4]Q/GDW 441-2010 智能变电站继电保护技术规范
[5]Q/GDW 751-2012 变电站智能设备运行维护导则
[6]Q/GDW 428-2010 智能变电站智能终端技术规范
[7]Q/GDW 429-2010 智能变电站网络交换机技术规范
[8]Q/GDW Z 414-2010 变电站智能化改造技术规范
论文作者:潘小玲
论文发表刊物:《电力设备》2016年第15期
论文发表时间:2016/11/4
标签：变电站论文; 智能论文; 设备论文; 终端论文; 功能论文; 装置论文; 间隔论文; 《电力设备》2016年第15期论文;