35KV智能變電站設(shè)計(jì)方案

1 35能變電站設(shè)計(jì)方案 第一章 緒論 題的背景及意義 當(dāng)前我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，社會對能源的需求也越來越高，能源的穩(wěn)定性對整個(gè)社會的穩(wěn)定以及社會的發(fā)展和繁榮起著重要的作用，隨著當(dāng)前經(jīng)濟(jì)的不斷提升，經(jīng)濟(jì)的安全與發(fā)展受到各個(gè)地區(qū)的關(guān)注。特別是進(jìn)入到 21 世紀(jì)以來，全球環(huán)境發(fā)生的明顯改變，能源越來越短缺，經(jīng)濟(jì)發(fā)展遇到了前所未有的瓶頸，上面的因素都是制約電力行業(yè)發(fā)展所要面臨的一些問題，因此電力工業(yè)被賦予的極其重要的社會責(zé)任，為了更好的履行職責(zé)，發(fā)展智能電網(wǎng)是當(dāng)前電力工業(yè)發(fā)展趨勢，也是必然選擇。 我國自 改革開放以來，社會保持高速發(fā)展，社會用電總量持續(xù)增加，在冬季和夏季的高峰期時(shí)間段，有的地點(diǎn)不得不采取拉閘限電的方式進(jìn)行電力調(diào)節(jié)。歷史和經(jīng)驗(yàn)告訴我們，電力建設(shè)必須要先于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的步伐，如果電力發(fā)展滯后，就會對整個(gè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生重要影響，其次，我國各種自然資源主要集中在西北地區(qū)和西南地區(qū)，但是用電負(fù)荷主要集中在沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的省份，因此建設(shè)特高壓進(jìn)行輸電建設(shè)是必然途徑，通過特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)，能夠緩解各個(gè)地區(qū)的負(fù)荷不平衡，盡管上述的輸電方式較為先進(jìn)，但是面臨了很多工程難題以及技術(shù)難關(guān)，從而為電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來了極大的 挑戰(zhàn)。此外各種電力電子裝置的廣泛使用，使電網(wǎng)的復(fù)雜度進(jìn)一步提升，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提出的更高要求。正是在這樣的背景下，各個(gè)國家都在開展智能電網(wǎng)的發(fā)展和研究，向智能化方向轉(zhuǎn)變，而智能變電站設(shè)計(jì)是其中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)合理與否，對整個(gè)電網(wǎng)產(chǎn)生重要影響，加快特高壓電網(wǎng)的建設(shè)步伐，能夠快速的實(shí)現(xiàn)我國電網(wǎng)的跨越式發(fā)展，有效的實(shí)現(xiàn)互動、經(jīng)濟(jì)、高效、清潔的現(xiàn)代化電網(wǎng)，為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的又好又快發(fā)展提供強(qiáng)大的支撐。 內(nèi)外智能電網(wǎng)發(fā)展概述 智能電網(wǎng)發(fā)展過程中，主要有 6 個(gè)環(huán)節(jié)，分別為 1、發(fā)電， 2、線路， 3、 變電， 4、配電， 5、用電， 5、調(diào)度，建設(shè)智能變電站是其中的一個(gè)目標(biāo)。美國最 2 先進(jìn)行智能電網(wǎng)的建設(shè)，最早是進(jìn)行電力基礎(chǔ)設(shè)置戰(zhàn)略防護(hù)提出的這個(gè)智能電網(wǎng)概念，在 2003 年，美國的相關(guān)研究機(jī)構(gòu)組建了世界上第一個(gè)智能電網(wǎng)的框架結(jié)構(gòu)，后續(xù)又成了相關(guān)的研究項(xiàng)目以及國家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，有專門的研究機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)智能電網(wǎng)。在 2008 年終，美國的科羅拉多州的波爾得城市，率先成為了美國的一個(gè)智能電網(wǎng)城市，此后，很多的電氣巨頭都與美國共同開發(fā)智能電網(wǎng)，此后美國政府公布想相關(guān)的投資計(jì)劃，社會各界開始對智能電網(wǎng)的開發(fā)和建設(shè)工作。在歐洲，他們的 電網(wǎng)運(yùn)行形式與美國不同，對智能電網(wǎng)的研究主要針對分布式能源方面以及可再生能源的利用方向，通過對新能源的開發(fā)利用，從而帶動整個(gè)社會的發(fā)展。目前，日本東京的一個(gè)電力公司電網(wǎng)被世界上認(rèn)為是最接近智能電網(wǎng)運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)，值得其他國家的相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行分析和研究。此外，隨著科技發(fā)展和信息化水平的提高，智能家具、電動汽車、智能電網(wǎng)、智能交通、智能建筑等等都是未來的發(fā)展方向。正是社會各方面的不斷推進(jìn)，需要我們加快發(fā)展智能電網(wǎng)，從而滿足社會各界對能源的需求，才能夠滿足對客戶提供更多個(gè)性化、多樣化、互動化的需求，從而進(jìn)一步提高服 務(wù)水平和質(zhì)量。 我國雖然對智能電網(wǎng)的研究步伐稍晚，但是我國對相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了深入的研究，當(dāng)前我們很多領(lǐng)域以及達(dá)到世界領(lǐng)先水平，特別是特高壓建設(shè)和輸電等諸多領(lǐng)域，在配電領(lǐng)域智能化的應(yīng)用研究也在穩(wěn)步推進(jìn)。此外中國很多的電氣研究院，如中國電氣科學(xué)研究院等單位承擔(dān)了國家制定的 973 計(jì)劃，從而提高大型互聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行可靠性，為發(fā)展智能型電力系統(tǒng)動態(tài)調(diào)度和有效的調(diào)控提高保障，此外通過上面的研發(fā)還能夠?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)的運(yùn)行控制提供很好的發(fā)展平臺。智能電網(wǎng)發(fā)展的核心組成環(huán)節(jié)就是智能變電站，因此深入的開發(fā)研究智能變電站，解決各項(xiàng)技 術(shù)面臨的挑戰(zhàn)和困難，從而保障整個(gè)智能電網(wǎng)的研究，為我國智能電網(wǎng)發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。 3 第二章 智能變電站介紹 能變電站的構(gòu)成 智能變電站是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)中實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)換和控制的核心平臺之一，是智能電網(wǎng)的重要組成部分，它是銜接智能電網(wǎng)發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度六大環(huán)節(jié)的關(guān)鍵，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)風(fēng)能、太陽能等新能源接入電網(wǎng)的重要支撐。 能變電站的特征及功能 智能變電站是采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基 本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能的變電站。智能變電站作為屯力網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，同常規(guī)變電站一樣連接線路、輸送電能，擔(dān)負(fù)著變換電壓等級、匯集電流、分配電能、控制電能流向、調(diào)整電壓等功能。與此同時(shí)，智能變電站能夠完成比常規(guī)變電站范圍更寬、層次更深、結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的信息采集和信息處理，變電站內(nèi)、站與調(diào)度、站與站之間、站與大用戶和分布式能源的互動能力更強(qiáng)，信息的交換和融合更方便快捷，控制手段更靈活可靠。智能變電站具有 全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化和高級應(yīng)用互動化等主要功能： (1)實(shí)現(xiàn)信息數(shù)字化。全站信息數(shù)字化指實(shí)現(xiàn)一次、二次設(shè)備的靈活控制，且具備雙向通信功能，能夠通過信息網(wǎng)進(jìn)行管理，滿足全站信息采集、傳輸、處理、輸出過程完全數(shù)字化。 (2)實(shí)現(xiàn)通信平臺網(wǎng)絡(luò)化。變電站可根據(jù)實(shí)際需要靈活選擇網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用冗余技術(shù)提高系統(tǒng)可靠性 ;互感器的采樣數(shù)據(jù)可通過過程層網(wǎng)絡(luò)同時(shí)發(fā)送至測控、保護(hù)、故障錄波及相角測量等裝置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享 ;利用光纜代替電纜可大大減少變電站內(nèi)二次回路的連接線數(shù)量，從而也提高了系統(tǒng)的可 靠性。 (3)實(shí)現(xiàn)信息共享標(biāo)準(zhǔn)化。信息共享標(biāo)準(zhǔn)化指形成基于同一斷面的唯一性、一致性基礎(chǔ)信息，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化信息模型，通過統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一建模來實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)外的信息交互和信息共享。 (4)實(shí)現(xiàn)高級應(yīng)用互動化。高級應(yīng)用互動化指實(shí)現(xiàn)各種變電站內(nèi) /外高級應(yīng)用系統(tǒng)相關(guān)對象的互動，全面滿足智能電網(wǎng)運(yùn)行、控制要求。 能變電站特點(diǎn) 智能變電站釆用先進(jìn)技術(shù)與設(shè)備，強(qiáng)調(diào)優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能，其根本是服務(wù)于應(yīng)用，從業(yè)務(wù)需求出發(fā)，把技術(shù)問題、經(jīng)濟(jì)問題、管理問題統(tǒng)籌考慮，實(shí)現(xiàn)對 4 三態(tài)數(shù)據(jù) (穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)、暫態(tài)數(shù)據(jù)、動態(tài)數(shù)據(jù) )的統(tǒng)一采集 和處理，從而提高智能電網(wǎng)對全景信息的感知能力，提高高級應(yīng)用的深度和廣度，實(shí)現(xiàn)自動化、互動化的目標(biāo)。為更好地實(shí)現(xiàn)與支持表 1所述智能變電站功能，智能變電站在結(jié)構(gòu)上更加側(cè)重于物理集成與邏輯集成。一方面在系統(tǒng)的層面，物理集成真正體現(xiàn)了面向?qū)ο?、功能自治的思想，有利于提高間隔功能的可靠性，降低運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用 ;另一方面，電力系統(tǒng)本質(zhì)是一個(gè)互聯(lián)的系統(tǒng)，僅依靠單間隔、局部信息是難以在系統(tǒng)層面優(yōu)化保護(hù)與控制功能的。為此，智能變電站同時(shí)強(qiáng)調(diào)邏輯集成，以構(gòu)成面向系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)就地、區(qū)域和全局功能的協(xié)調(diào)，支持具有在線決策、 協(xié)同互動特征的各種高級應(yīng)用。智能變電站與常規(guī)變電站的結(jié)構(gòu)差異如圖 1示。與常規(guī)變電站相比，智能變電通過設(shè)備或系統(tǒng)的物理集成，為邏輯功能集成提供了載體，進(jìn)而能夠更好地支持高級應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)。 能變電站設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素 智能變電站與其他設(shè)計(jì)的變電站存在一定的相似地方，因此在智能變電站設(shè)計(jì)的過程中，可以借鑒常規(guī)變電站的設(shè)計(jì)方案，特別是一次設(shè)備的選擇方面，選型和配置是極其重要的。在智能變電站中，電子式互感器、交換機(jī)、智能終端、狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)等等都會對變電站電能傳輸方式以及其他表現(xiàn)形式產(chǎn)生一定的影響，此外還應(yīng)當(dāng) 設(shè)計(jì)智能變電站二次系統(tǒng)的相關(guān)功能，是變電站的二次系統(tǒng)的各項(xiàng)功能能夠更好的融合到一起，相互滲透，從而能夠更好的把握設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)計(jì)部分。 智能變電站主要具備以下幾個(gè)特征， 1、結(jié)構(gòu)緊湊， 2、功能集成， 3、信息數(shù)字， 4、狀態(tài)可視。正是由于智能變電站的上面幾個(gè)要求，從而使得該類型的變電站易維護(hù)、升級、改造、和擴(kuò)展。從而能夠?qū)崿F(xiàn)智能電網(wǎng)集約化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等更多更高級的自動化水平，從而完成設(shè)備的在線監(jiān)測和維修、事故異常進(jìn)行分析判斷、一體化五防、對整體的程序進(jìn)行控制以及對系統(tǒng)進(jìn)行整體聯(lián)鎖。上面的相關(guān)方案能夠充分體現(xiàn)了 智能變電站數(shù)字化設(shè)計(jì)的理念和方式，因此設(shè)計(jì)時(shí)只需根據(jù)相關(guān)的國家要求設(shè)計(jì)即可，從而滿足三道防線要求和三級安全的標(biāo)準(zhǔn)，但是為了保障系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定和安全，仍然需要在以下幾個(gè)方面要特別注意： (1) 一次設(shè)備智能化。當(dāng)前一次設(shè)備智能化水平不斷提高，先后出現(xiàn)了智能開關(guān)器件、電子式互感器器件、合并單元等機(jī)電一體化相關(guān)設(shè)備，上面的相關(guān)因素給變電站的發(fā)展提供了很好的基礎(chǔ)平臺。 (2) 二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化。二次設(shè)備主要針對光電式互感器進(jìn)行應(yīng)用發(fā)展，也是一次設(shè)備和其他通訊設(shè)備的需要。主要分為三個(gè)結(jié)構(gòu)部分： 1、間隔層， 2、站控層， 3、過程層。通過互聯(lián)互操作的步驟，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享終端，當(dāng)前設(shè)計(jì)的首要原則就是保障穩(wěn)定和可靠性，從而靠網(wǎng)絡(luò)能夠真實(shí)實(shí)現(xiàn)資源的共享業(yè)務(wù)。 (3) 運(yùn)行管理系統(tǒng)自動化。系統(tǒng)的自動化水平一般包括全自動運(yùn)行、運(yùn)行數(shù) 5 據(jù)的自動記錄，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障之后，能夠及時(shí)的提供故障檢測報(bào)告，從而有效分析故障原因，從而提供解決方案。 (4) 準(zhǔn)規(guī)約的應(yīng)用。上述標(biāo)準(zhǔn)主要針對一次、二次設(shè)備信息為智能研究對象，然后通過高速以太網(wǎng)為基礎(chǔ)。從而實(shí)現(xiàn)智能信息的建設(shè)，按照國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)，不僅規(guī)范了相關(guān)繼電保護(hù)設(shè)備的通訊接口， 還能夠很好的解決不同接口之間數(shù)據(jù)交換的困難。 準(zhǔn)及其特點(diǎn) 智能變電站建立在 準(zhǔn)之上，主要的技術(shù)特點(diǎn)是一次設(shè)備智能化，二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化。 國際電工委員會 (作組制定的變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)系列標(biāo)準(zhǔn)，是基于網(wǎng)絡(luò)通信平臺的變電站自動化系統(tǒng)唯一的國際標(biāo)準(zhǔn)。 范了數(shù)據(jù)的命名、數(shù)據(jù)定義、設(shè)備行為、設(shè)備的自描述特征和通用配置語言，可以非常方便的實(shí)現(xiàn)不同智能電氣設(shè)備相互之間的信息共享和互操作。 僅規(guī)范了以 往變電站二次設(shè)備 如保護(hù)裝置、測控裝置的模型和通信接口，而且還定義了一次設(shè)備如電子式 能化開關(guān)等一次設(shè)備的模型和通信接口。 實(shí)際生產(chǎn)中，綜合自動化站通信規(guī)約各廠家不同，再加上解析規(guī)約時(shí)，又各有理解，導(dǎo)致站內(nèi)各廠家通信困難，聯(lián)調(diào)經(jīng)常需要較長時(shí)間，且每次增加間隔時(shí)，新上設(shè)備需與前期廠家聯(lián)調(diào)，受制于原廠家，不僅不利于規(guī)模招標(biāo)，而且使二次裝置通用性差。與以往規(guī)約不同， 僅僅是一個(gè)單純的通信規(guī)約，而且是智能變電站自動化系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)了變電站自動化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、研發(fā)、制造、工程、維護(hù)等 各個(gè)環(huán)節(jié)。它不僅僅可以滿足不斷前進(jìn)的通信技術(shù)的發(fā)展革新與復(fù)雜多變的變電站自動化應(yīng)用功能，可以對變電站自動化系統(tǒng)的通信能力進(jìn)行科學(xué)的評估，更重要的方面，它滿足了變電站應(yīng)用功能的分布式實(shí)現(xiàn)和組合應(yīng)用，真正意義上支持了變電站自動化相關(guān)設(shè)備的互操作，建立了完整的支持體系，對該體系作出了嚴(yán)格的規(guī)定，不再僅僅是一個(gè)傳統(tǒng)的通信協(xié)議。 章小結(jié) 本章主要介紹了目前智能電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀及研究背景，并闡述了智能變電站的基本原理，分析了智能變電站技術(shù)特征和構(gòu)成特點(diǎn)，以及設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素，介紹了 準(zhǔn)及其特點(diǎn)。 6 第三章 智能變電站的一次設(shè)備設(shè)計(jì) 言 智能電網(wǎng)的重要組成部分就是智能變電站一次設(shè)備的設(shè)計(jì)，經(jīng)過多年的分析研究，逐漸形成了我國關(guān)于智能變電站一次設(shè)備的相關(guān)理論，即智能一次設(shè)備是一次設(shè)備與相關(guān)傳感器及智能電子設(shè)備的有機(jī)結(jié)合體，是具有測量數(shù)字化、控制網(wǎng)絡(luò)化、狀態(tài)可視化、功能一體化和信息互動化特征的一次設(shè)備，也是一次設(shè)備智能化技術(shù)的具體體現(xiàn)。從上面的總體來講，可以將一次設(shè)備智能化設(shè)計(jì)后，不僅對整個(gè)控制技術(shù)進(jìn)行了革新，同時(shí)測量技術(shù)水平也在提高，對整個(gè)變電站的規(guī)劃設(shè)計(jì)和電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行以及其他方面的發(fā)展都 會產(chǎn)生一定的影響。 能一次設(shè)備的構(gòu)架與組成 能一次設(shè)備的構(gòu)架 此處將智能一次設(shè)備分為三個(gè)方面進(jìn)行分析研究： (1) 一次設(shè)備，指的就是一次設(shè)備本體。 (2)傳感器，一般將傳感器放置在設(shè)備上，有些傳感器也架設(shè)到其他的設(shè)備之上，此外有些傳感器還包含其他設(shè)備，如執(zhí)行器等相關(guān)器件。 (3)智能組件，主要為一次設(shè)備提供相關(guān)的測量服務(wù)。能夠有效的進(jìn)行測量、控制、實(shí)時(shí)監(jiān)測、保護(hù)等，傳感器與一次設(shè)備形成一個(gè)完整的整體，能夠?qū)崿F(xiàn)控制、計(jì)量、測量、保護(hù)等功能。 感器 將一次設(shè)備進(jìn)行智能化 升級過程中，首要解決的問題就是能夠較為準(zhǔn)確的獲得設(shè)備的相關(guān)信息，而要完成這樣的任務(wù)與傳感器植入或接入存在密切的聯(lián)系。傳感器將一次設(shè)備的相關(guān)信息轉(zhuǎn)化為一次設(shè)備中相關(guān)智能化器件可處理的信息，然后進(jìn)行分析，其中的環(huán)節(jié)當(dāng)中，自檢測功能是最重要的功能。接入的傳感器，必須能夠在靈敏度范圍內(nèi)對其進(jìn)行全方位的檢測，同時(shí)安裝使用相當(dāng)來講比較方便，最重要的是不會對設(shè)備本體或者其他人造成重大影響。并不是說傳感器安裝越多越好，在工程實(shí)際中，需要根據(jù)相關(guān)的理論進(jìn)行計(jì)算，確定按照的具體位置和數(shù)量，從而達(dá)到最佳的性價(jià)比。 能組件 (1)智能組件相關(guān)的組成構(gòu)架 一次設(shè)備最關(guān)鍵的環(huán)境就是智能組件的一次設(shè)備。對整個(gè)一次設(shè)備產(chǎn)生極其 7 重要的影響。該器件的組成部分有，電力電子裝置、合并單元、狀態(tài)監(jiān)測、智能終端等等。能夠承擔(dān)起相關(guān)設(shè)備的測量任務(wù)，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制等功能。在滿足相關(guān)的要求標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)，還需要將保護(hù)設(shè)備和電能表等設(shè)備嵌入其中，從而能夠及時(shí)的承擔(dān)計(jì)量保護(hù)等功能。智能組件的其他一次設(shè)備可以組成一個(gè)整體實(shí)現(xiàn)功能，也可以分散獨(dú)立，從而能夠較好的實(shí)現(xiàn)就地布置測控、計(jì)量、保護(hù)裝置、狀態(tài)監(jiān)測等。當(dāng)前智能組件的發(fā)展趨勢是結(jié)構(gòu)為一體化設(shè)施，功 能更加齊全，更加集成化。其中最核心設(shè)備智能組件能夠集中反映宿主設(shè)備。一般智能組件一般滿足以下三個(gè)屬性： 1、首先是一個(gè)物理設(shè)備， 2、是一次設(shè)備的一部分， 3、至少包含一個(gè)智能電子設(shè)備。在工程實(shí)際中，一次設(shè)備包含的相關(guān)智能組件 內(nèi)部相關(guān)結(jié)構(gòu)圖如圖 示。 圖 2分智能組件內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 子式互感器與數(shù)字采樣技術(shù) 當(dāng)前，當(dāng)前電力系統(tǒng)廣泛使用電壓電流互感器以及常規(guī)的電容互感器，絕緣結(jié)構(gòu)相當(dāng)比較復(fù)雜，體積較大無法適應(yīng)很多場合的應(yīng)用要求，因此發(fā)展受到了一定的局限，正是在這樣的背景下 ，需要研發(fā)出能夠適應(yīng)的互感器，因此電子式互感器得到了人們的重視，相比之下，電子式互感器絕緣相對簡單，體積較小，無磁飽和影響，而且暫態(tài)是影響方位較大，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。當(dāng)前光纖技術(shù)和電子技術(shù)不斷取得突破性進(jìn)展，因此在以后的智能電網(wǎng)建設(shè)方 8 面，電子式互感器會得到廣泛的應(yīng)用。 子式電流互感器 根據(jù)相關(guān)的國家要求和規(guī)范，電子式電流互感器按照測量原理分為以下幾類： 1、羅氏線圈式， 2、鐵芯線圈式低功率， 3、光學(xué)電流式。上面的互感器均有適應(yīng)自己的應(yīng)用空間，要根據(jù)實(shí)際場合的要求，選擇恰當(dāng)?shù)幕ジ衅髌骷?，從而能夠發(fā)揮其自身最大的價(jià)值。如光學(xué)電流是互感器主要運(yùn)用光學(xué)原理，通過光學(xué)原理第一被測電流調(diào)制的光波物理特征、參量的變化情況進(jìn)行分析，從而得到最佳的效果。 子式電壓互感器 根據(jù)相關(guān)的國家要求和規(guī)范，電子式電壓互感器按照測量原理分為以下幾類： 1) 阻容分壓型電壓互感器。該互感器通過電容和電阻兩部分進(jìn)行分壓處理，將得到的分壓信號通過光纖組織傳輸?shù)蕉无D(zhuǎn)換器當(dāng)中，然后進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)解，最后得到被測的電壓信號，因此也稱上面的方法為傳光型電子式電壓互感器。 2) 光學(xué)電壓互感器。該互感器主要通過光學(xué)晶體制作 而成，里面包含大量的敏感元件，通過相應(yīng)的原理如、逆壓電效應(yīng)、電光效應(yīng)、干涉等方式從而完成最終的調(diào)制工作，將測到的電壓信號直接加到敏感的元器件當(dāng)中，通過光纖光纜，進(jìn)行傳輸。 電子式電壓互感器如果按照相關(guān)的電壓等級進(jìn)行劃分：可以分為以下幾個(gè)部分： 1、中壓 (10級， 2、高壓 (110以上 )等級， 3、超高壓 (500上 )等級等。 子式互感器的技術(shù)優(yōu)點(diǎn) 在整個(gè)電力系統(tǒng)當(dāng)中，常規(guī)互感器一般認(rèn)為有下面幾個(gè)部分： 1、電磁式電壓型， 2、電容式電壓型， 3、電磁式電流型。而電子式互感器包含常規(guī) 互感器的全部功能，兩者運(yùn)行的原理和結(jié)果不同，最突出的不同之處在于絕緣能力和暫態(tài)性能方面。總的來講，電子式互感器主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 1) 電力系統(tǒng)故障響應(yīng)快，現(xiàn)有的保護(hù)裝置主要是根據(jù)得到的工頻量進(jìn)行分析判斷，容易受到其他信號的干擾，因此判斷的準(zhǔn)確度下降，無法滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展的要求，因此需要進(jìn)行改進(jìn)。 2) 消除了磁飽和現(xiàn)象。常規(guī)的電流互感器在運(yùn)行時(shí)，很有可能導(dǎo)致一些異?，F(xiàn)象發(fā)生，如發(fā)生短路時(shí)會導(dǎo)致電流值很大，特別是在非周期分量還未衰減之前，會導(dǎo)致相關(guān)的斷路器發(fā)生動作，從而使設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)問題。 3) 絕 緣性能更好，隨著電壓水平的生高，對電磁式電壓、電流互感器的絕緣水平也要求越來越高，因此需要開發(fā)新的絕緣材料，才能滿足實(shí)際的要求。 9 4) 適應(yīng)電力計(jì)量與保護(hù)數(shù)字化的發(fā)展。通過數(shù)字信號進(jìn)行相關(guān)的計(jì)量和保護(hù)，有助于二次設(shè)備的進(jìn)一步發(fā)展，今后的發(fā)展方向是集成化，更加便捷，從而加深整個(gè)變電站的數(shù)字化和信息化進(jìn)程，能夠更好為電力系統(tǒng)的發(fā)展做出重大貢獻(xiàn)，普及自動化裝置等。 5) 消除了鐵磁諧振，通過相應(yīng)的技術(shù)，能夠加強(qiáng)抗干擾能力，有效提升常規(guī)互感器的應(yīng)用效果，一般是通過電磁諧振的原理完成整個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)。在電子式互感器當(dāng)中 ，不存在電磁諧振，因此也就不會產(chǎn)生電磁諧振，因此其抗干擾能力更強(qiáng)。 6)經(jīng)濟(jì)性好。隨著電壓等級的上升，常規(guī)互感器的價(jià)格上升很高，因此費(fèi)用較大，但電子式互感器價(jià)格增長不算太大，因此具有良好的經(jīng)濟(jì)型，此外電子式互感器體積較小，能夠節(jié)約空間，因此使用非常方便，有效減少變電站占地面積。 次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測 隨著相關(guān)電力電子器件技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)在線對高壓一次設(shè)備進(jìn)行檢測是當(dāng)前發(fā)展的必然趨勢，智能變電站的狀態(tài)檢測是在不影響其正常使用的前提下，根據(jù)相關(guān)的檢測設(shè)備對變電站相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測和記錄，從而能夠及時(shí)獲取設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)信息以及周圍環(huán)境相關(guān)信息，根據(jù)專家總結(jié)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行計(jì)算和分析判斷，然后給出預(yù)警信息。變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視是智能變電站設(shè)計(jì)方案中重要的環(huán)節(jié)之一，主要分為在線和離線兩種檢測方案。 線監(jiān)測 在線監(jiān)測一般是指不對設(shè)備的正常運(yùn)行產(chǎn)生任何影響，保持設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，一般將相關(guān)的檢測元器件安裝在被檢測的設(shè)備上面，通過實(shí)時(shí)進(jìn)行連續(xù)的記錄數(shù)據(jù)，或者設(shè)定一定的周期，從而完成自動檢測的過程。該方法主要的優(yōu)點(diǎn)在于，能夠?qū)崟r(shí)檢測到記錄的數(shù)據(jù)運(yùn)行量，因此能夠真實(shí)的反映出設(shè)備運(yùn)行的實(shí)際情況，因此參考價(jià)值較大，缺點(diǎn)是，因?yàn)?需要保證設(shè)備的正常運(yùn)行，因此測量的數(shù)量比較有限。 當(dāng)時(shí)各項(xiàng)技術(shù)不斷完善，因此在線監(jiān)測功能系統(tǒng)逐漸趨于成熟，基本上能夠?qū)崿F(xiàn)集成化模塊，各種變電設(shè)備的監(jiān)測單元通過相關(guān)的現(xiàn)場總線或以太網(wǎng)與主機(jī)相連，從而完成數(shù)據(jù)的采集工作，進(jìn)行分析判斷，根據(jù)最后分析的結(jié)果，將數(shù)據(jù)上傳到相關(guān)的監(jiān)控主機(jī)數(shù)據(jù)庫中，主機(jī)會對獲得的相關(guān)信息進(jìn)行綜合判斷和分析，最后根據(jù)結(jié)果生成圖表、報(bào)表等形式，統(tǒng)一存放到數(shù)據(jù)庫中。變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)的形成實(shí)現(xiàn)了隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，各類單一功能的在線監(jiān)測系統(tǒng)趨向集成，各種變電設(shè)備的監(jiān)測電抗器、 路器、 避雷器、容性設(shè)備、高壓套管、變電站變壓器、變電設(shè)備的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測功能。 10 線檢測 離線監(jiān)測一般通過各種儀器儀表或者其他的生產(chǎn)設(shè)備等進(jìn)行人工測量，然后記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。能夠從運(yùn)行的設(shè)備中獲得相關(guān)的采樣數(shù)據(jù)，通過儀器或者其他設(shè)備對這些樣本進(jìn)行分析和判斷，然后進(jìn)行加工處理，一般來講，離線檢測一般具有非實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)，因此實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不是當(dāng)場獲得，一般具有一定的延遲特性，不能反映出設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行狀況。但是通過離線檢測，也能夠記錄設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，相關(guān)的運(yùn)行參數(shù)，能夠有效的發(fā)現(xiàn)故障出現(xiàn)的一些征兆，從而為排除故障，提出改進(jìn)的方法。 離線檢測一般需要停電處理，從這些年的運(yùn)行情況來看，突發(fā)性的故障占到了相當(dāng)大的比重。因此隨著智能互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，離線監(jiān)測由于需要的試驗(yàn)時(shí)間較長，工作量大等情況，或造成停電損失，因此會設(shè)備產(chǎn)生一定的影響，成為了制約電網(wǎng)發(fā)展的一個(gè)重要因素。正是在這樣的情況下，所以實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)越來越得到重視，需要進(jìn)一步加強(qiáng)電力設(shè)備和人身安全等等。離線監(jiān)測對可能存在的或者已經(jīng)存在的很多故障情況進(jìn)行分析研究，從而做到防患于未然，是進(jìn)行檢修的重要手段之一。在實(shí)際當(dāng)中，由于兩種方法各有優(yōu)勢和缺點(diǎn)，因此需要根據(jù)實(shí)際情況，綜合 利用兩種方法進(jìn)行測量，最大限度的發(fā)揮他們的優(yōu)勢，當(dāng)發(fā)生異常情況后，根據(jù)嚴(yán)重程度采取恰當(dāng)?shù)牟呗詫Ξ惓０l(fā)生的情況進(jìn)行判斷，最終得到檢修策略。所以實(shí)時(shí)監(jiān)測電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)對電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行至關(guān)重要，加強(qiáng)電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測與診斷，有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患以確保電力設(shè)備和人身安全。離線檢測是對可能存在或已經(jīng)存在的故障進(jìn)行分析，而在線監(jiān)測的實(shí)質(zhì)是要求分析設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)及未來趨勢，在發(fā)生故障之前提出檢修計(jì)劃，做到防患于未然，是狀態(tài)檢修的技術(shù)基礎(chǔ)之一。在實(shí)際的應(yīng)用中有時(shí)需要結(jié)合在線監(jiān)測和離線檢測兩種手段，充分發(fā)揮各自的優(yōu) 點(diǎn)，一般的做法是采用在線監(jiān)測的方法對運(yùn)行的設(shè)備實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)測，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常后，根據(jù)嚴(yán)重程度可以采用必要的合適的離線檢測方法對異常進(jìn)行進(jìn)一步的判定，最終確定檢修策略。 章小結(jié) 智能一次設(shè)備是智能變電站的重要組成部分，本章分別介紹了智能一次設(shè)備的構(gòu)架、電子式互感器、數(shù)字采樣技術(shù)及一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的狀態(tài)監(jiān)測，并細(xì)化分析了幾種常用類型傳感器及智能組件、電子式電壓互感器、電流互感器，簡述了各自的優(yōu)缺點(diǎn)和使用范圍，同時(shí)對在線監(jiān)測和離線監(jiān)測的不同配置和應(yīng)用范圍。 11 第四章 智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)計(jì) 能變電 站一體化信息平臺 智能變電站站控層技術(shù)的基礎(chǔ)就是進(jìn)行一體化信息平臺的建設(shè)，根據(jù)相關(guān)的國家要求，需要制定一整套數(shù)據(jù)庫，從而完成統(tǒng)一的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的調(diào)度流程，通過對第一批智能變電站試點(diǎn)的相關(guān)工程可以看到，一體化信息平臺得到了較為廣泛的運(yùn)用。 體化信息平臺介紹 一體化信息平臺貫穿于整個(gè)智能變電站，將所有的有效信息融合到一個(gè)系統(tǒng)之中，從而滿足各種需求。一體化信息平臺主要運(yùn)用的技術(shù)為無關(guān)的圖形基系統(tǒng)和統(tǒng)一建模技術(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，因而在各個(gè)部門之間數(shù)據(jù)可以通用，此外還能夠提供基于 模型應(yīng)用的編程端口，從而方便對歷史信息的搜索和查詢，最后提供的數(shù)據(jù)信息通過標(biāo)準(zhǔn)化的接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和文件的相關(guān)服務(wù)功能。 體化信息平臺特點(diǎn) 一體化體化信息平臺的關(guān)鍵技術(shù)主要有下面幾種： 1、圖形基系統(tǒng)技術(shù)， 2、全景數(shù)據(jù)庫技術(shù)， 3、通信標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)。 1) 圖形基系統(tǒng)技術(shù)。該方法與實(shí)際的應(yīng)用設(shè)計(jì)方法無關(guān)，這個(gè)技術(shù)能夠?qū)D形與具體的應(yīng)用分離開，通過各種操作指令進(jìn)行控制，從而完成對輸出圖形的顯示工作，這種控制方法能夠通過加載相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)接口從而擴(kuò)展到其他的應(yīng)用領(lǐng)域。 2) 全景數(shù)據(jù)庫技術(shù)。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)變電站 靜態(tài)、動態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)與變電站其他運(yùn)行的數(shù)據(jù)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，從而完成整個(gè)數(shù)據(jù)信息的共享，從而實(shí)現(xiàn)資源共享的功能，降低整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)測成本?？赡芡ㄟ^相關(guān)的技術(shù)，將采集到的各類數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為可以被其他系統(tǒng)識別的數(shù)據(jù)，從而為相關(guān)的其他工作提供便利，運(yùn)用更加方便，費(fèi)用更低。 3) 通信標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)。該技術(shù)使得通信規(guī)約、通信架構(gòu)、通信流程能夠統(tǒng)一到一個(gè)模塊之中，從而為平臺與其他過程層、間隔層進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化通信，然后通過智能接口的方法，進(jìn)行信息的交換工作，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的高標(biāo)準(zhǔn)通信，通過變電站的相關(guān)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，一體化信息平臺 的建立，實(shí)現(xiàn)整個(gè)信息的交互功能。 能變電站二次系統(tǒng) 智能變電站的二次系統(tǒng)釆用統(tǒng)一監(jiān)測控制后臺，相關(guān)的控制單元建立統(tǒng)一的 12 信息平臺，然后對得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理，從而對整個(gè)變電站運(yùn)行情況進(jìn)行及時(shí)反饋，對變電站安全防范、自然災(zāi)害預(yù)測、異常情況預(yù)警等都會產(chǎn)生影響。 間同步系統(tǒng) 隨著變電站自動化水平的提高，電力系統(tǒng)對時(shí)鐘統(tǒng)一對時(shí)的要求越來越迫切。建立了統(tǒng)一精確的時(shí)間，既可實(shí)現(xiàn)全站各系統(tǒng)在統(tǒng)一時(shí)間基準(zhǔn)下的運(yùn)行監(jiān)控和事故后的故障分析，也可以通過各開關(guān)動作、調(diào)整的先后順序及準(zhǔn)確時(shí)間來分析事故的原因及 過程。 (1)時(shí)間同步系統(tǒng)的概念及組成 時(shí)間同步系統(tǒng)由主時(shí)鐘、時(shí)間信號傳輸通道、時(shí)間信號用戶設(shè)備接口 (擴(kuò)展裝置 )組成。其中主時(shí)鐘設(shè)定方位一般為變電站的二次設(shè)備間，主要包含的元器件有： 1、接收模塊， 2、接收天線， 3、電源模塊， 4、標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱， 5、時(shí)間信號輸出模塊等。變電站時(shí)間同步系統(tǒng)通常采用組屏方案，包括主時(shí)鐘屏和擴(kuò)展時(shí)鐘屏。主時(shí)鐘屏一般由兩臺主時(shí)鐘及數(shù)臺從時(shí)鐘構(gòu)成，擴(kuò)展時(shí)鐘屏由數(shù)臺從時(shí)鐘構(gòu)成。主時(shí)鐘屏和擴(kuò)展時(shí)鐘屏可分散布置。變電站時(shí)間同步系統(tǒng)以北斗定位系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng) 時(shí)間基準(zhǔn)，能輸出各種 編碼信號。與常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)相比，智能變電站間隔層和站控層的設(shè)備只是接口和通信模型發(fā)生了變化，而過程層卻發(fā)生了較大的改變，由常規(guī)的互感器、一次設(shè)備以及一次設(shè)備與二次設(shè)備之間的電纜連接，逐步改變?yōu)橹悄芙K端、合并單元與二次設(shè)備之間的光纖連接等。 (2)時(shí)間同步系統(tǒng)的應(yīng)用 為了保障整個(gè)智能變電站能夠非常精準(zhǔn)的運(yùn)行，需要保持相對統(tǒng)一精確時(shí)間系統(tǒng)，此外該環(huán)節(jié)還是提高整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行水平的重要措施，主要有兩種方案： 1) 站控層使用 時(shí)，間隔層和過程層采用 588 碼對時(shí)。 2) 站控層使用 時(shí)，間隔層和過程層采用 對時(shí)。 上述兩個(gè)方案的站控層都使用 術(shù)，方案 1 的間隔層和過程層采用588 技術(shù)，方案 2 間隔層和過程層采用 技術(shù)。 根據(jù)上面的要求，實(shí)際應(yīng)用中，一般需要考慮 588 成本和可靠性，方案 1 應(yīng)用相當(dāng)較少，方案 2 是目前應(yīng)用較多方案。隨著當(dāng)前各種技術(shù)的不斷發(fā)展，芯片技術(shù)成本下降，功能不斷的增強(qiáng)，因此其時(shí)間同步精度高和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)勢越來越明顯，因此在之后的發(fā)展中， 588 技術(shù)將會得到更為廣泛的應(yīng)用前景。 直流一體化電 源 交直流一體化電源系統(tǒng)包含： 1、直流電源部分， 2、交流不間斷電源 (分， 3、逆變電源 (1分， 4、直流變換電源 (C)部分，這些電源模塊 13 組成為一個(gè)整體，從而方便的完成一體化設(shè)置、一體化監(jiān)控，設(shè)計(jì)更加簡便，實(shí)現(xiàn)了整體的設(shè)計(jì)，其運(yùn)行時(shí)，需要遠(yuǎn)方進(jìn)行操控。各電源之間能夠?qū)崿F(xiàn)各種數(shù)據(jù)的共享功能，具體的結(jié)構(gòu)圖如 示。 圖 3直流一體化電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 助系統(tǒng) 智能輔助控制系統(tǒng)包含下面相關(guān)模塊： 1、環(huán)境監(jiān)測部分， 2、火災(zāi)報(bào)警模塊，3、圖像監(jiān)視及安全警衛(wèi)模塊，通過二次系 統(tǒng)的相關(guān)模塊，從而完成上面幾個(gè)子系統(tǒng)之間信息傳遞和共享，能夠有效的實(shí)現(xiàn)照明、暖通、消防等功能。其中環(huán)境監(jiān)測主要對環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，包含 漏傳器、濕度傳感器、水浸傳感器等，火災(zāi)自動報(bào)警包含探測器、地址模塊、控制模塊、控制器、手動報(bào)警按鈕等，圖像監(jiān)視及安全警衛(wèi)包含攝像機(jī)、編碼器、視頻服務(wù)器、錄像設(shè)備等信息記錄設(shè)備。 章小結(jié) 本章從智能變電站二次系統(tǒng)的重要性開始分析，分別詳細(xì)說明了智能變電站一體化信息平臺目前的組成結(jié)構(gòu)，介紹了信息化平臺的使用特點(diǎn)；通過分析時(shí)間同步系統(tǒng)、交直流一體化電源在變電站的重 要性，并提出了幾種簡單的設(shè)計(jì)方案。 14 第五章 未來與展望 論 本文通過分析目前智能電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀及前期，圍繞智能變電站建設(shè)設(shè)計(jì)技術(shù)，從基本概念入手，對智能變電站中若干關(guān)鍵技術(shù)，如一次設(shè)備智能化技術(shù)、電子式互感器與數(shù)字化釆樣技術(shù)、一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)、二次系統(tǒng)智能化技術(shù)和智能變電站試驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，歸納智能化變電站設(shè)計(jì)重點(diǎn)內(nèi)容： (1)設(shè)備高度集成、系統(tǒng)深入整合。將變壓器、斷路器等綜合智能組件將集成保護(hù)、測量、控制、計(jì)量、狀態(tài)監(jiān)測等功能，并將與一次設(shè)備進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備的高度集成。 (2)信息標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、系統(tǒng)協(xié)同互動。對于系統(tǒng)全景信息的采集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了全站各子系統(tǒng)的信息共享，同時(shí)，各功能模塊間的協(xié)同互動成為可能。 (3)簡化接線方式、運(yùn)維高效便捷。智能一次設(shè)備的應(yīng)用使得控制回路大大簡化，極大地縮減了檢修工作量。 望 智能電網(wǎng)的出現(xiàn)是社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的需求，也是科技日益發(fā)展的產(chǎn)物。隨著未來信息接口的不斷更新發(fā)展，需要更多新材料、新技術(shù)、新工藝和新設(shè)備的不斷投入，也囊括了未來一次設(shè)備本身的技術(shù)革新和其智能化部件技術(shù)革新以及它們相互之間的融合，同時(shí)還需要在智能組件方面加大研究力度 ，提