智能变电站关键技术及调试策划_张建玲

doi：10.3969/j.issn.1008-0198.2013.Z1.001

湖南电力

HUNANELECTRICPOWER

2013年7月

智能变电站关键技术及调试策划

张建玲，谭建群，刘海峰，彭敏

(湖南省电力公司科学研究院，湖南长沙410007)

摘

要：介绍我国智能变电站建设的意义、历程和关键技术，并以国家电网公司第二批智能变电站试点工程的220kV林海变为对象，分析目前智能变电站的发展现状。然后

通过对林海变调试工作的科学策划和流程优化，提出一套适合当前智能变电站调试的流程和方法，供湖南省后续智能变电站的建设调试参考。

关键词：智能变电站;关键技术;调试流程;调试优化

中图分类号：TM63文献标识码：B文章编号：1008-0198（2013）S1-0001-04

电力生产包括发、输、变、配、用、调度6个环节，其生产和消费是同时完成的。变电则是电力生产消费过程中的一个关键环节，它连接着电源和负荷，担负着电压等级变换、电能分配等功能。近几十年来，我国变电站自动化技术有了突飞猛进的发展，从RTU到综合自动化系统，从集中式到分布式再到分层分布式结构。微处理器和通信技术的发展不断推动着变电站自动化技术的更新换代。进入21世纪后，随着大容量计算机网络通讯技术的发展成熟，变电站技术进入到了数字化和网络化的时代，出现了数字化变电站并进一步发展为智能变电站。本文主要介绍了智能变电站的建设意义、历程、技术特点及发展现状，在此基础上结合长沙220kV林海智能变电站的调试工作，总结提出了一套更为适合当下智能变电站调试的流程及方法。

源分布和负荷消纳地域分布特点，适应我国当前和未来经济社会健康发展所采取的电网发展方式。它的突出特点是：对各类能源，特别是大规模风力和太阳能发电的接入和送出适应性强；系统安全性和运行控制的灵活性显著提升，能够有效抵御各类严重故障，降低事故风险；具有强大的网络和市场功能，能够实现能源资源的大范围、高效率配置；具有很高的互动水平，能更好地满足各类用户对智能用电的需求，全面提高服务标准和质量。

智能变电站则是坚强智能电网建设中实现能源转换和控制的核心平台之一，是智能电网的重要组成部分，也是实现风能、太阳能等新能源接入电网的重要支撑。智能变电站是衔接智能电网发电、输电、变电、配电、用电和调度六大环节的关键，在技术和功能上能更好地满足智能电网信息化、自动化、互动化的要求。因此，智能变电站的建设，对实现我国能源结构调整具有重要的战略意义。

1智能变电站建设的意义

随着经济的发展、社会的进步、科技和信息化水平的提高以及全球资源和环境问题的日益突出，低碳环保、可持续再生能源接入已经成为电网发展面临的新课题和新挑战。依靠现代信息、通信和控制技术，积极发展智能电网，适应未来可持续发展的要求，成为国际电力工业积极应对未来挑战的共同选择。

具体对我国来说，智能电网建设是根据我国能

收稿日期：2013-05-15

2智能变电站的建设历程

2009年，国家电网公司提出了立足自主创新，以统一规划、统一标准、统一建设为原则，建设以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，具有信息化、自动化、互动化特征的统一坚强智能电网的发展目标。同年，国家电网公司颁布了《智能

，标志着智能变电站的建设正式变电站技术导则》

·1·

第33卷增刊1湖南电力2013年7月

拉开序幕。2010年，长沙110kV金南变、无锡220kV西泾变等国家电网公司第一批4个智能变电站试点工程项目相继建成投入运行，标志着智能变电站正式进入试点阶段。2011年，随着500kV长春南、750kV洛川变的建成投入运行，标志着我国全电压等级智能变电站试点工程的全面建成。同时，一批智能变电站的改造项目也陆续完成并投入运行。

这些试点项目充分遵循了积极探索、充分论证、大胆尝试的原则，在建设方案上进行了大量的创新。出现了例如三层一网、四网合一的110kV高度集成方案和三层两网的典型设计对比方案；交换机环网结构和按间隔配置的星型结构对比方案；保护集中组屏和按间隔组屏下方就地的对比方案；直采直跳、直采网跳、网采网跳等动作方式的对比试验；电子式互感器和电磁式互感器计量精度和累积误差的对比试验；IEEE1588对时技术的应用以及一体化信息平台和机器人巡检等各种技术的应用创新。通过这些技术上的尝试，总结出了大量的经验，为后续智能变电站的建设奠定了良好的基础。

同时，国家电网公司在不断试点和总结经验的过程中，按照统一标准的指导原则，陆续颁布了《110（66）kV～220kV智能变电站设计规范》、《智能变电站调试规范》等各类标准规范近60项。涵盖了设备制造、设计、调试等各个环节，包括了一、二次设备及辅助设备等全套系统的整个智能变电站建设体系。通过这些标准的制定，统一了技术路线，有效规范了智能变电站的建设。

2012年，随着国家电网公司第二批智能变电站试点工程的建设，我国的智能变电站正式进入了大规模商用建设阶段。

技术、抽象通信服务接口和特定通信服务映射、变电站配置语言和功能分层的结构，实现了对全站设备的统一建模和自我描述，增强了设备之间的互操作性，可以在不同厂家的设备之间实现无缝链接。3.2

电子式互感器

电子式互感器从传感头有无电源的角度分为无源电子式互感器和有源电子式互感器。无源电子式互感器常指光电流互感器（OCT）和光电压互感器（OPT），是一种采用“光学传感+光纤传输”模式的互感器，

有源电子式互感器传感头部分需要提供工作电源，其传变常采用罗格夫斯基（Rogowski）线圈传变电流、电容分压传变电压，其传感基于电气原理，是一种“电气传感+光纤传输”模式的互感器。

电子式互感器绝缘结构简单，一、二次之间仅有光纤的联系，抗电磁干扰能力强，没有饱和及电磁谐振的问题，也没有二次开路和短路的危险，优势明显。3.3

智能一次设备

理想中的智能化一次设备一般应具备在线监测功能、智能控制功能及操动机构电子化功能。在线监测实现如跳合闸电流、SF6气体密度、压力、温度、开关电寿命、机构动作速度、小信号监测等功能。智能控制提供开关本体保护、分合闸脉冲控制、基于网络通信的联锁功能、开关柜内环境的智能控制、顺序控制及最佳开断时刻的计算和选择。对外只提供1个或多个光纤接口，实现与间隔层设备之间的数据交互。3.4

网络通讯技术

网络通讯技术的应用是智能变电站的显著特点之一，主要是指过程层二次设备数据通信方式的网络化。具体实现是将常规变电站内的实时模拟量、非实时模拟量信号和开关量信号由传统的电缆传输方式转变为光纤以太网传输方式，从而实现站内信息共享。

3

3.1

智能变电站特点及关键技术

IEC61850标准

IEC61850标准由IEC标准化委员会制定，主要应用于变电站自动化系统，它定义了变电站内的各种智能电子装置（IED）之间的通讯标准以及相关的系统要求，着力于解决变电站内部不同厂家设备之间的互操作性和信息共享等问题。

与以往的通信规约相比，IEC61850标准有着本质的不同。以往的通信规约主要用于传输电力系

4智能变电站的发展现状

自2009年以来，通过3年的试点完善，智能

变电站建设的相关技术标准已经比较齐全，设计方案基本定型，建设模式也已经有一些成熟的经验。在此结合220kV林海智能变电站总结一下主要设备和技术的应用情况。

统实时数据、告警和配置等信息，双方信息基于点表的方式表达和映射，规约种类和版本众多，缺乏一致性。IEC61850标准则采用了面向对象的建模·2·

第33卷增刊14.1

张建玲等：智能变电站关键技术及调试策划2013年7月

电子式互感器的应用

2010年国家电网公司第一批智能变电站试点对时系统采用支持北斗系统和GPS系统单向标准授时信号的双主钟设备，支持卫星时钟与地面时钟互为备用，并优先采用北斗系统。站控层采用简单网络时间协议（simplenetworktimeprotocol，SNTP）对时，对时精度在ms级，间隔层和过程层采用IRIG－B，1pps对时，其中过程层设备采用光B码对时，对时精度在μs级。IEEE1588对时方式复杂，实现困难，目前较少采用。

工程中普遍采用了电子式互感器，如全光纤式的电流互感器和基于分压原理的电压互感器。从试点的效果来看，其可靠性还有待进一步提高。主要问题是全光纤式电流互感器在小电流情况下噪声较大；而电压互感器由于高压传感头部分有电子电路器件，需要外部供电，电磁兼容需要特殊处理。同时，由于电子式互感器均有二次调理电路，使用寿命和一次部件不同步。考虑到实际运行的可靠性等因素，目前包括林海变在内的多数站都采用了常规互感器加合并单元的A/D采样模式。4.2

一次设备智能化

目前，一次设备的智能化是通过二次设备整合

5智能变电站调试的组织与策划

智能变电站的标准调试流程

〔1〕

包括组态配置

→系统测试→系统动模→现场调试→投产试验5个步骤。其中组态配置阶段的主要工作是SCD文件的配置和下装，由设计院和系统集成商完成；系统测试主要是进行系统出厂联调，由调试单位主持完成；系统动模为选做项目，一般在系统结构首次应用时进行动模试验；现场调试主要完成二次回路、通讯链路和辅助设备的调试及整组试验；投产试验主要包括一次设备启动试验、核相与带负荷试验。但由于目前省内掌握智能变电站技术的单位较少，运维单位普遍对智能变电站技术不了解，各参建单位也水平参差不齐。因此，实际很难按照标准化的流程各司其职，这就需要调试单位在设计期间就深度介入，同时在调试的过程中同步完成对运维单位的培训。5.1

前期阶段

前期阶段的主要工作是系统设计、SCD文件配置、虚端子表编制、备投逻辑、告警信号点表、五防逻辑、顺控逻辑等的编制和审查工作。调试单位需要深度参与上述工作，并据此编制系统集成测试方案。

系统设计主要是确定二次设备的配置和组网架构，确定各设备之间的接口和通讯方式，配置SCD文件等内容。由于没有了二次回路原理图，因此，二次设备之间的逻辑链接关系不可见，需要设计院提供虚端子表来给出设备之间的接口联系供调试单位使用。因此，SCD文件和虚端子表的正确性就显得格外重要。

设计单位在做出整体架构方案后，首先要组织调试单位、运维单位和厂家讨论设计方案的合理性，确定各设备厂家之间的端口型号、数量及逻辑功能的实现方式。然后由设计单位和系统集成商根据设计方案生成虚端子表，并配置SCD文件，由调试单位和运维单位进行审核。最后，运维单位根

·3·

一次设备来实现的，通过合并单元、智能终端等过程层设备实现一次设备与间隔层设备之间的数据接口。一次设备如变压器、断路器等本身没有任何改变。这种方式是在当前技术发展程度下的一种过渡形式。4.3

变电设备在线监测系统

林海变的变电设备状态在线监测系统主要实现了变压器油色谱、铁芯接地电流、避雷器泄漏电流、SF6气体密度、压力等状态量的监测。技术相对比较成熟，结果较为准确。其他如断路器触头温度、开关行程等监测项目，从原理上及实际应用上都需要进一步的研究。

但从目前应用的现状来看，在线监测系统的整体应用效果不佳，监测系统自身的运行可靠性远不如一次设备本身可靠性高。突出表现在传感头容易损坏，长时间运行探测精度较低，数据可信度不高。同时，因大量的电子器件和通讯设备运行的就地，处于强电磁干扰环境中，受电磁干扰、震动及环境温度、湿度影响较大，也容易损坏。因此，目前变电设备在线监测主要以试点为主。4.4

二次设备组网方案及对时方式

林海智能变电站在组网方案上遵循了三层两网的设计方案。合并单元和智能终端按间隔下方布置于就地汇控柜中，保护装置采用保护测控一体化装置，按间隔集中组屏。220kV电压等级保护及110kV的主变保护双重化配置，交换机采用星型双网结构；110kV为户内GIS站设备，保护装置采用下方就地的布置方式，单重化配置，采用单网结构。保护采用直采直跳方式，跨间隔的如启动失灵、间隔闭锁等信号通过GOOSE网络传输。

第33卷增刊1湖南电力2013年7月

据设计院提供的虚端子表编制备投逻辑、告警信号点表、五防逻辑及顺控逻辑等，并交由设计单位和调试单位审查。调试单位再根据设计方案和设备配置编制相应的调试方案。

通过调试单位和运维单位深度参与前期设计阶段的工作，不仅可以在前期阶段完成SCD文件配置、虚端子表及五防、顺控逻辑编制等工作，又可以通过集中会审的方式最大限度保证其正确性，避免将这些准备工作遗留到系统集成测试阶段进行，以免出现边调试、边修改的现象而出现调试返工。同时，还可以深入了解全站的设备配置和组网结构，便于调试方案的编制，整个调试工作的流程也更为清晰。

5.2系统测试阶段

在前期阶段的各项工作完成后，由系统集成商组织将所有二次设备搭建出完整的二次设备网络。由调试单位主持开展系统测试工作，系统测试主要完成CID文件的下装和检查，二次设备的单体功能和性能测试，网络功能试验和性能测试，全站二次系统的联调及监控后台对点等工作。由于前期阶段的相关准备工作已经到位，系统测试阶段主要是实现系统的各项功能并满足相关标准的要求，并对SCD文件进行完善。5.3

现场调试阶段

在系统测试完成后，现场测试不需要再次进行系统测试项目的验证。主要工作是二次回路检查、光纤链路检查、辅助系统调试、一二次设备整组试验及投产试验等工作。

在220kV林海变的调试过程中，通过这种关口前移的方式，深度参与前期设计准备阶段的工作，不仅深入了解了设计方案，也为后续的调试工作奠定了良好的基础。同时，大大提高了设计的正

确性，避免把设计错误遗留在调试阶段解决，避免了调试返工的现象。此外，这种方式也提高了调试的效率，缩短了系统测试的时间，减轻了调试的工作量，理顺了各参建单位的工作职责和配合关系。同时，在现阶段运维单位对智能变电站技术不够了解的情况下，邀请运维单位的人员全程参与系统测试和现场调试，同步开展技术培训工作，便于实现基建和生产的顺利交接。

6结论与建议

智能变电站已进入大规模建设阶段，但由于各参建单位技术水平的差异，目前难以做到按标

准化流程执行，需要调试单位充分利用自身的技术优势，把握各关键环节。在220kV林海变的调试流程上，由于充分重视了前期的设计过程，将大量的基础性技术工作和错误解决在前期阶段，不仅大大提高了调试的效率，也减轻了调试的工作难度和工作量。这种方式更为适合目前阶段智能变电站调试工作，对今后智能变电站的调试工作有很强的借鉴意义。

参

电网公司，2012．

考文献

〔1〕QGD－W689—2012《智能变电站调试规范》〔S〕．北京：国家

作者简介

张建玲（1964—谭建群（1962—刘海峰（1980—彭

敏（1965—

），男，硕士，高级工程师，从事电力工程技术），男，学士，高级工程师，从事电力系统工程），男，硕士，工程师，研究方向为电力系统继），男，学士，高级工程师，从事电力工程技术

管理工作。技术管理工作。

电保护与控制、智能变电站技术等。管理工作。

·4·