摘要：随着科学技术的发展，传统变电站的自动化系统面临很多挑战。我国智能变电站的发展起步较晚，但是由于其应用优势明显，因此已经成为变电站发展的主要方向。在此背景下，要求220kV智能变电站具备较高的技术水平，不断增强设备以及自动化系统的功能，提高供电稳定性，这样才能保障电网运行可靠性。基于此，本文将着重分析探讨220kV智能变电站设计方案及应用，以期能为以后的实际工作起到一定的借鉴作用。
关键词：220kV；智能变电站；设计
1、220kV智能变电站设计
1.1、智能变电站一次设备
智能高压设备是指具有测量数字化、控制网络化、状态可视化、信息交互化、功能一体化等技术特征的高压设备。目前智能变电站一次设备相关的主要技术包括一次设备智能化、电子式互感器、状态在线检测等。一次设备智能化由高压设备本体、集成于高压设备本体的传感器和智能组件组成。其中智能组件是一次设备智能化的关键部位，由合并单元、智能终端等若干智能电子装置集合而成，实现主设备的测量、控制、监视等功能。以智能变压器为例，所需智能组件包括测量IED、OLTC控制IED、冷却装置控制IED、监测主IED、局部放电检测IED、油中溶解气体IED、绕组光纤测温IED、非电量保护IED、合并单元等，实现常规信息测量、分接头开关智能控制、告警、检测等功能。
电子式互感器通常由传感模块和合并单元组成。传感模块负责检测一次侧电压、电流信号，并将其转换为数字信号；合并单元则对传来的信号进行同步处理。相对于传统互感器，电子式互感器具有体积小、重量轻、绝缘性能优良、造价低、无磁饱和和铁磁谐振现象、测量精度高、频率响应范围宽、易于智能化实现等优点。
一次设备状态检测的基本原理是当设备绝缘性能、缺陷发展到一定时期时，设备电气量、非电气量特性有渐进变化的征兆。基于此理论，通过实时采集、分析设备的运行状态信息，对各信息数值大小和变化趋势进行处理和综合分析，在线评估设备运行状态，预测设备可靠性和剩余寿命，必要时提供预警、诊断故障类型等。状态检测技术是实现设备状态检修的技术基础，包括在线监测和离线检测两种方式。其突出应用是变压器油中气体、油中微水、套管绝缘、负荷温度、绕组振动等以及开关设备的SF6气体和微水、局部放电等信息的在线检测。
1.2、智能变电站二次系统
得益于数字信息的全面采集，智能变电站能够实现顺序控制、站内状态估计、源端维护、设备状态可视化、站域控制、故障综合分析、智能告警等多种高级应用功能，进一步提高安全运行水平和工作效率。以顺序控制为例，在变电站原有标准化操作前提下，下达运行方式变化的指令后，变电站自动化系统按照操作票规定的顺序一步一步执行指令，每执行一步操作前自动检查防误闭锁逻辑，校验通过后，自动进行下一步操作，这样就做到了一次性自动完成多个控制步骤的操作。顺序控制能够结合网络拓补和操作规则智能生成操作票，有效提高工作效率，其典型流程如图1。
图1智能变电站顺序控制流程
一体化信息平台是通过建立站内全景数据的统一信息平台，将智能变电站的新系统、数据有机融合，实现变电站数据的标准化、规范化存储和访问，从而满足各高级应用系统的功能需求。变电站统一信息平台功能有两个，一是管理系统中各种上层应用对信息获得的统一化，实现了系统横向信息共享；二是各层对其上层应用支撑的透明化，实现系统纵向信息的标准化。信息平台的关键技术是全景数据库技术、通信标准化技术和图形基系统技术。一体化信息平台的设置为变电站各高级应用提供了平台支持，从而为信息数据的深化应用奠定了基础。此外，智能变电站还有时间同步系统、交直流一体化电源、辅助控制等智能二次辅助系统，通过各系统之间的协调配合，共同实现变电站智能化。
1.3、智能变电站通信网络结构
变电站通信网络结构与自动化系统密切相关，直接影响变电站保护、监视、控制等功能的实现效率。目前，智能变电站通常采用分层分布式的开放式结构，分为总线型、星型和环型三种结构。智能变电站自动线系统具体由“三层两网”组成。“三层”包括站控层、间隔层和过程层；“两网”包括站控层网络和过程层网络。
站控层包含了操作员站、一体化信息平台、智能设备接口等设备，涵盖自动化系统、站域控制、通信系统、对时系统等子系统，实现变电站运行的人机交互、间隔层和过程层的管理、远方监控、调度通信等功能，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。站控层网络是连接站控层设备和间隔层设备，实现两者内部不同设备、两者之间信息交互的通道。站控层网络通常采用如下配置方式：MMS、GOOSE、SNTP同步对时三网合一；星形网结构避免网络风暴；100M以太网保障数字化、全站统一配置的交换机。
间隔层包括继电保护、安全自动装置、电能质量监测、故障录波等二次装置，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、智能传感器和控制器通信等。间隔层由不同间隔的设备组成，能够在站控层和网络失效的情况下，独立完成站控层设备的就地监控、测量、保护等功能。
过程层主要包括变压器、断路器、隔离开关等一次设备与智能组件构成的智能设备、合并单元、电子式互感器、智能终端等设备，负责实现实时采集、状态检测、命令执行等与一次设备相关的功能。过程层是一次设备和二次设备的结合，是智能变电站中的设备智能化部分。过程层网络则负责间隔层与过程层之间、间隔层设备之间、过程层设备之间的数据通信，包括GOOSE网络和SV网络。过程层网络通常采用如下配置：星形网结构；双重化配置；100M以太网；多间隔公用交换机；SV网络、GOOSE网络和同步对时网络三网合一等。
2、220kV智能变电站设计中存在的问题控制
目前110kV智能变电站存在最大的问题就是电子互感器目前运行稳定性不高，抗干扰能力差，而且受生产厂家的质量影响较大。但随着技术的发展，已经出现了光纤互感器。光纤互感器的理论基础是电子互感器技术，采用光纤互感器，能够有效的提高互感器的运行可靠性以及抗干扰能力，提高互感器的应用成熟型，提高变电站数字化水平，从而保障电网的正常运行。但是，由于价格昂贵目前使用范围不大，随着技术的发展，这些问题都将被克服，智能化变电站将会得到进一步的推广。
总而言之，随着社会经济的快速发展，人们对于电力资源的需求量日益增加，为了促进电力行业的发展，必须加强智能变电站建设，保障其正常运行。通过智能变电站能够对电网进行智能化调节和控制，减少运行人员，也能够节约用地和电缆的使用，对于变电站设计至关重要，这就要求我们在以后的实际工作中必须对其实现进一步研究探讨。
参考文献：
[1]刘青松.220KV牌坊智能变电站调试及运维策略研究[D].东南大学，2015.
[2]陈红梅.220kV智能变电站电气设计[D].哈尔滨工业大学，2015.
[3]惠晓东.云谷220kV智能变电站设计[D].华北电力大学，2015.
论文作者:李明颖
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/12
标签：变电站论文; 智能论文; 设备论文; 互感器论文; 间隔论文; 信息论文; 网络论文; 《电力设备》2017年第16期论文;