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摘要：为应对智能变电站二次设备分散化配置、集成度低、协调性差的问题，新一代智能变电站技术应运而生。下文详细介绍了新一代智能变电站预制舱、层次化保护的工作原理、功能配置、技术优势等关键技术，为进一步开展新一代智能变电站二次关键技术研究与实证应用提供了参考
关键词：新一代智能变电站；层次化保护
1 新一代智能变电站系统结构
新一代智能变电站不再拘泥于单一变电站范围，通过广域层和站域层两层结构配置，实现广域信息的统一采集和完全共享，为广域范围的智能保护和控制奠定基础。站域层涵盖整个变电站，在现有智能变电站的“三层两网”结构基础上，新一代智能变电站新增了“两层一网”的分层分布式结构。“两层”指就地层智能设备和站控层设备；“一网”指就地层和站控层通信网。就地层智能设备采用测量、保护等智能组件与一次设备高度融合的智能化一次设备，打破一二次技术壁垒，有效降低设备维护工作量。站控层采样共网共端口技术，有效减少设备端口数量，提高经济性。通信网采用一体化高速以太网，实现数据、信息的快速交互，为变电站智能控制、状态检修等提供物理基础。
广域层面向区域电网，利用多个变电站综合信息，统一判定决策，实现相关保护和控制功能。
广域信息的统一采集和完全共享，改变了继电保护等二次系统的配置方式，为层次化保护系统奠定技术基础。
2 新一代智能变电站二次关键技术
2.1 预制舱式二次设备
预制舱是指在工厂内完成箱体制作、相关配线、二次设备安装调试等工作，并作为一个整体运送至施工现场，在现场与一次设备、土建直接对接，以便于多种方式装卸、运输和设备运行维护的标准工作间。
2.1.1 预制舱组成
预制舱由预制舱舱体、二次设备模块、二次设备屏柜（机架）和舱体辅助设施组成，采用标准集装箱式构造。预制舱舱体包括舱体框架、照明设备及开关（正常照明和应急照明）、舱体配电系统、电源插座、有线电话、折叠桌等设备舱体辅助设施包括安全防护及视频监控措施、通讯设施、辅助功能设备、采暖通风设备、消防安全设备等。
新一代智能变电站组屏方案有屏柜双侧布置方案和单侧布置方案两种方式。结合现有二次屏柜设备，双侧布置方案又可以分为前开门旋转式屏柜、普通屏柜舱体侧开门及普通屏柜装置前接线三种方式。
新一代智能变电站预制舱二次屏柜布置方式可优先选择“方案四：前接线前显示屏柜，双侧布置”方案，充分利用舱内空间。而当变电站规模较少或装置集成化程度较高时，可采用“方案五：普通屏柜前后开门，单侧布置”方案，以方便运行、检修操作。
2.1.5 技术优势
（1）建设周期短。各二次设备在厂家完成制造、安装、调试，可以与电气一次设备、土建部分同时开工，大量减少现场工作量，施工周期有效缩短。
（2）投资省。预制舱将各二次设备功能整合、有效集中，端子排数量和压板个数大量减少，二次屏柜占地面积有效降低，节省了工程投资。同时，二次设备采用就地化布置方式，减少了电缆/光缆长度，能进一步降低工程造价。
（3）安全性提高。各二次设备在厂内联调，有效保障了二次设备工作环境，避免了施工现场粉尘大、环境恶劣的弊端，设备性能和施工安全性得到可靠保障。
层次化保护是指通过相互协调的分布式功能配置和广域测量信息，实现系统保护在时间、空间、功能等多维度的协调配合，保障电网继电保护性能和系统安全稳定控制能力的、面向功能的保护控制系统。层次化保护控制系统包括就地级、站域级和广域级三个层面。
2.2.1 就地级
就地级保护以快速隔离故障元件为目的，利用本地（和对侧）信息独立决策，实现快速、可靠的元件主保护，面向线路、变压器、母线、断路器等独立的设备间隔，多靠近一次设备布置。各电压等级所用保护原理与传统保护相同，区别在于新一代智能变电站中110k V线路保护采用了保护、测控、考核计量的集成装置，35k V/10k V间隔保护采用了保护、测控、考核计量、合并单元、智能终端等功能多合一的装置。
表 2 预制舱二次屏柜布置方案比较
2.2.2 站域级
站域级保护是综合利用全站多个对象的电气量、开关量、就地级保护设备等网络数据信息，集中分析和决策，采用网采网跳的方式不经就地级保护直接下达控制指令，以实现保护的冗余和优化配置，以及全站备自投、低周减载等紧急控制功能并支撑广域保护控制技术的设备。
站域级保护在层次化保护系统中承担着“上传下达”的重要任务，需要接收广域保护系统（子站）的广域测量信息、控制指令等，并进行校核和下达。同时，也需要将本站测量、控制等信息上传到广域保护系统。此外，站域级保护还需要汇集本站各类信息，对整站系统进行故障判定、稳定识别等，防止出现站域级安全稳定事故。
2.2.3 广域级
广域级保护基于高速通信网，面向整个区域电网，综合利用区域内各变电站站域及就地级保护信息，统一分析和决策，优化实施安全稳定控制测量和广域后备保护，实现区域内保护与控制的协调配合。具体包括，广域后备保护、局部电网冗余保护、自适应保护定值、区域安全稳定控制、广域低频低压减载和失步解列、电网自愈等。
2.2.4 工作特点
（1）提高可靠性和灵敏性。
综合利用全站多间隔信息，优化保护功能和动作逻辑，实现故障快速定位、系统稳定态势感知等功能，加速后备保护动作，提高全站保护的灵敏性、可靠性和速动性。
（2）信息共享。层次化保护解决了传统二次系统分散配置、采样重复、共享度低的问题，实现了全站信息综合共享。通过综合利用全站信息，实现了低周低压减载、过载连切等安全稳定装置的协调控制，有效避免了系统层面的故障灾害。
（3）协调配合。层次化保护实现单一设备保护、站内综合防御和安全控制、区域电网保护和安全文档系统等功能的协调配合，能够实现区域电网保护的全覆盖。
结语：为有效促进清洁能源的高效消纳和快速发展，建设安全、可靠、经济、高效的智能电网逐渐成为全球各国的共识。智能电网的发展战略对变电站技术提出了新的、更高的要求，快速提升变电站智能化水平，已经成为建设坚强智能电网不可或缺的环节。上文详细分析预制舱构成、类型、屏柜特点、布置方式与技术优势等关键技术与层次化保护系统的功能配置和工作特点，为进一步提高新一代智能变电站二次系统设计与应用水平提供参考。
参考文献：
[1]宋璇坤，李敬如，肖智宏，等.新一代智能变电站整体设计方案[J].电力建设，2013，33（11）：1-6.
[2]唐卫华，杨俊武，欧阳帆.新一代智能变电站技术综述[J].湖南电力，2015，35（5）：1-6.
论文作者:刘虎
论文发表刊物:《电力设备》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/13
标签：变电站论文; 设备论文; 智能论文; 新一代论文; 电网论文; 系统论文; 信息论文; 《电力设备》2017年第31期论文;