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摘要：针对目前110kV常规变电站运行模式作用于实践的缺陷问题，文章分析了研究110kV常规变电站智能化改造模式的现实意义、应用优势以及几种智能化改造模式，并提出了应用实践的策略方法，其目的是为相关建设者提供一些理论依据。
关键词：110kV常规变电站；数字化改造；高压电器智能化；智能终端；常规互感器加装合并单元；
引言：
随着现代化经济发展步伐的不断加快，人们对变电站供电功能的连续性与可靠性需求越来越大。然而，现有常规变电站运行使用模式存在一定缺陷，即一旦一路电源出现故障，将会造成中断供电现象出现。对于煤矿以及其他基础设施等重要电力用户来说，传统常规变电站的运行模式，会造成不同程度的人身伤亡、环境污染以及经济损失等问题。为此，相关建设人员以110kV为例，分析了研究常规变电站智能化改造模式的现实意义与应用优势，并通过阐述几种110kV常规变电站智能化改造模式，来为电力用户提供多种选择。此过程，需要电力设施建设人员要根据自身的实际情况，来选择具有针对性常规变电站智能化改造模式，从而提高变电站系统的运行效果。
1.研究110kV常规变电站智能化改造模式的现实意义
智能变电站能够实现站内高级应用、二次设备网络化、一次设备智能化以及IEC 61850标准目标特征，这就意味着其能够作用于变电站所有智能电子设备，并以既定的标准建立起信息模型和通信接口，从而最终使运行设备之间的连接完成无缝作业。而常规的变电站与智能变电站不同，上述内容，均为两者之间的基本区别。为此，相关建设人员应将上述运行使用特征，作为110kV常规变电站智能化改造模式应用研究的方向。值得注意的，因常规变电站的运行使用具有常规性特点，这就意味着科研人员要充分考虑到其应用的供电连续性与经济性因素，从而完成其高普及率的目标价值。这种情况下，意味着，常规变电站的智能化改造模式建设，无需以电子设备运行使用的全面性改造作为目标。而是能够实现必要的运营维护水平、供电可靠性等基础性目标后，还能带来相应的经济效益。这样一来，变电站的智能化改造才能发挥出其真正的作用价值，为此，研究人员应将其重视起来，以作用于实践。
2.110kV常规变电站智能化改造模式应用优势
以某110kV常规变电站为例，其主要负担周边煤矿和钢厂等重要电力用户的供电工作。作为唯一的电源点，如因运行不良导致用户供电失效中断，将会造成较大范围的环境污染、人身伤亡以及难以预计的经济损失。因此，该变电站的智能化改造模式应用控制目标确定为，可靠性与连续性的实现。据国家相关管理部门制定的规范标准指出：为重要电力用户提供供电电源的变电站应采用双电源、多电源以及双回路供电方式，这样一来，一旦一路或一路以上电源发生运行故障，将仍有一路电源发挥作用，来保证供电负荷持续供电[1]。从实践角度来看，智能化改造模式的运行使用并不能避免；临时停电问题的出现，而是只能采用分路以及分段停电的方式，来尽可能缩短停电的时间。为此，110kV常规变电站智能化改造模式是以对重要电力用户零影响为目标而被科研开发出来的，即常规变电站在制定停电计划时，需与重要电力用户进行沟通协调，以保证电力用户进行电力储备或是采取必要的应对措施，从而避免伤亡、经济损失以及环境污染问题的出现。如图1所示，为该110kV常规变电站的主接线图。
由图中所示，变电站以35kV的Ⅰ回的434kV与35kV的Ⅱ回435双回路进行供电，实现了电源的互供互备目标。经分析，这两路电源均带满复核，并配有自投装置。在此变电站智能化改造技术下，实现了停电电路更换保护、校验保护、送电测向量阶段以及二次电缆倒接等目标。由此，降低了供电方式改造过程中出现的安全风险以及电网运行风险，保证了变电站向相关电力用户供电的可靠性与连续性。
3.几种110kV常规变电站智能化改造模式
3.1数字化改造
该改造模式只介于变电站控层与间隔层间进行，互感器以及断路器等一次电子设备的作用效果，从而使IEC61850成功代替103规约通信，以与智能电网进行呼应。最终将变电站引入高级应用状态[2]。
经分析，IEC61850标准改造模式的应用最大特点在于提高了变电站的通信兼容性与开放性。例如，变电站自动化系统在采用IEC61850标准后，不仅能最大限度的实现设备间的相互操作性能，还能提高信息交换的能力。对于变电站内部的间隔层测控与保护系统来说，其采用IEC61850标准进行与站控层的监控后台控制后，实现了远动工作站的通信系统建设目标，即同时完成了GOOSE网络与间隔层装置之间的间隔层联系功能与信息交互运行功能。
该模式虽然未作用于变电站的过程层设备与过程层网络，但IEC 61850标准化却满足了通信能力提出的高要求。即传统常规变电站需要采用更换保护测控装置与后台远动的方式，来保证运行效果，而智能化变电站的辅助设备则可借助规约转换器来进行接入，来提高系统的运行效果。
基于IEC61850标准的110kV常规变电站智能化改造模式属于较简单的运行方案，具有较高的实用性，易于在老变电站推广改造，同时改造风险小。但缺点是过程层的一次设备仍为传统常规设备，仍需要使用大量的控制电缆[3]。
3.2智能终端
由于传统常规变电站运行模式中的断路器与刀闸等一次设备，并不具备实践上述数字化智能改造模式的应用，因此，相关建设人员可采用智能终端配置，来使其过程层具备总线接口的功能，从而实现一个完整的控制单元的控制量预计状态量的信息处理目标。简单来说，就是经过与智能化变电站过程层的网路与对应间隔层进行设备通信，来完成过程层的数字化运行[4]。
例如，当智能终端接收到保护控制装置经GOOSE网络传递来的跳合闸命令后，通过自带操作回路来完成断路器的跳合闸，这使变电站的操作回路具备断路器的防跳、跳合闸的电流保持以及压力闭锁等功能。对于主变非电量保护运行过程，其采用的就是就地跳闸方式，即事件会通过智能终端联络接入。此状态下，户外就地配置变压器将具备分接开关档位控制、中性点闸刀控制以及温度采集的运行功能目标[5]。
图1 该变电站的主接线图
此外，还可采用常规互感器加装合并单元，来减少常规变电站互感器的数量，从而节约电缆、测控、录波器以及传统保护设备的建设费用成本，从而达到110kV常规变电站智能化改造模式应用经济性的目标需求。这里节省的费用主要指：模数采集回路与AC模件的应用，从而降低了二次设备费用与全站的电缆费用。对于常规互感器加装合并单元的实际运行过程，顾名思义，就是将智能终端与合并单元采用过程层网络搭建的方式，使智能变电站体现出功能分散且信息资源共享的优势作用。这是实现变电站二次设备运行一体化设备目标的有效改造模式。
以110kV常规变电站的主变保护配置过程为例，因其会受造价成本问题的限制，所以，研究人员应采用主后分开的方式来进行改造。而且，在智能变电站的构建过程中个，还可在不增加设备硬件成本的前提下，采用双配置与主后一体的配置方式，来提高变电站的运行稳定性。与此同时，在传统变电站运行模式的测控装置与保护装置，因其具有交流通道差异且CPU处理能力有限的问题，应采用独立配置的方式，来进行优化。具体来说，就是利用智能终端与合并单元分别承担变电站模拟供电量采集的环节、开关量处理环境，从而简化二次设备的运行方式，最终实现测控与保护设备的运行一体化[6]。如图2所示，为该模式下变电站继电保护装置的运行通道。
图2 智能变电站继电保护装置的运行通道
3.3实现高压电器智能化
上述改造模式的应用虽能实现变电站运行的数字化，但却不能实现高压电器的智能化。为此，改造模式应用人员还可采用一体化的设计方式，来进行电子式互感器、高压电器以及在线监测技术等方面的设计，从而进一步深化电力用户应用变电站设备的智能化效果[7]。
具体来说，就是采用“紧耦合”法，来进行变电站智能组件与高压电器的一体化设计。例如，在进行GIS一体化设计后，实现了一下运行目标，一、二次防跳回路统一在智能组件完成；减少断路器、闸刀的位置辅助接点数量；传统电气回路用软件方式在智能组件实现
，包括间隔内电气联/闭锁、总位置信号、三相不一致等；取消汇控柜的模拟屏和操作把手，在智能组件中通过“液晶+触摸屏”的方式实现以及实现了选相分与合闸技术的应用。
以电子式互感器的一体化设计过程为例，110kV的常规变电站智能化高压侧互感器主要包括：电流互感器、进线侧电压以及桥开关电流互感器等。为此，设计人员应通过电子式互感器来提高低压侧互感器的经济性因素，即应用常规互感器。此外，在使用电子式互感器的过程中，不仅能够从源头上解决变电站常规互感器绝缘结构的复杂性，还能降低铁心与铁磁等饱和与谐振问题。而且，电子互感器与二次设备间采用的光线连接方式，节约了大量的电缆，与变电站电子设备使用的经济性目标一致[8]。
就目前来说，在市面上采用的较为成熟的电子式互感器是在罗柯夫斯基线圈原理的作用下，完成作业的，这就意味着其是基于电容分压技术于电流互感器来进行作用的。为此，研究人员应将其广泛的应用于各类变电站智能化改造过程，以提高系统高压电器智能化的运行一体化效用。
4.110kV常规变电站智能化改造模式比较分析
经实践调查证实，上述三种110kV常规变电站智能化改造模式均有自身的优劣性。为此，基于变电站智能化改造模式应用的智能化与可靠性需求，应将智能终端与高压电器智能化改造模型融合起来，来作为变电站智能化目标的改造方案。具体来说，变电站全部按照IEC61850标准推荐的三层两网模式，即将变电站间隔层采用半数字化保护设备；将站控层采用一体化信息平台；并将过程层配备智能终端设备；变压器配置油色谱与色谱法进行在线监测。值得注意的是，在进行上述融合式变电站智能化改造模式过程中，要注意如下几点问题：
首先，常规变电站中一次设备和二次设置间的连接电缆多为控制电缆，而数据采样电缆较少。其次，智能变电站采用“智能终端+一次设备”的模式已经较为成熟，GOOSE信号数据带宽小，实时性高的突发数据，对带宽没有很高的要求，全站可采用组网模式。再次，智能变电站大部分问题都出现在电子式互感器的使用中，目前仍然无法大面积推广使用，所以仍采用传统互感器。最后，主变油色谱在线监测经过多年的经验积累目前已较为成熟，在110kV变电站改造中增设油色谱在线监测装置，并可在调度端建立在线监测主站系统，为以后大范围进行设备的在线监测奠定基础。
以某地110kV变电站的改造模式为例，智能化改造人员在智能终端模式的基础上进行了优化，即对过程层以及网络进行了优化控制。采用合并终端一体化设备的方式测量，成功将合并单元与智能终端的控制功能组合在一个设备中，从而使COOSE与SMV公用一个光纤口。这就在很大程度上减少了设备与光纤口交换的数量，以使智能终端与合并单元合二为一，实现了减少装置数据，并节约就地安全智能控制柜空间的目标。
此过程，智能化改造人员还结合了高压电器智能化的作用优势，增加了状态监测系统的后台系统与传感器的功能。这里的各类传感器具有实时采集各个电力功能元件状态信息，从而传输至状态监测IED。在此监测控制下，可形成MMS报文，以通过站内的光纤网络传送至在线监控的后台系统中，从而实现变电站内部运行情况的实时监测目标。这样一来，就能缩短变电站内部各个功能元件运行状态的评析评价时间，以便于开展状态检修工作。
5.结束语：
综上所述，110kV变电站智能化改造模式是提高常规变电站运行可靠性与运行系统建设经济性的关键，为此，相关建设人员应从现有的科学技术手段入手，即从三个方面，即数字化、智能终端以及高压电器的智能化，来保证其作用于电力用户的可控性。这是实现当前现代化经济建设背景下供电设施可持续性目标的重要发展方向，研究人员应将其重视起来，以作用于实践。
参考文献：
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[8]刘国争,刁守斌,亓莉莉. 110kV老旧变电站智能化改造[J]. 山东电力技术,2013,(05):39-41.
论文作者:110kV常规变电站智能化改造模式
论文发表刊物:《电力设备》2017年第9期
论文发表时间:2017/8/2
标签：变电站论文; 常规论文; 模式论文; 智能论文; 互感器论文; 设备论文; 终端论文; 《电力设备》2017年第9期论文;