国网公司智能变电站调研报告

智能变电站设计、技术及工程应用专题调研报告国家电网公司基建部2009年8月目录1前言.............................12智能变电站........................12.1智能变电站结构...........................................................................................................22.1.1数字化变电站结构分层.........................................................................................12.1.2主要特征.................................................................................................................22.2关键技术.....................................................................................................................33智能变电站现状调研................43.1设备供应商情况.........................................................................................................43.2工程应用实例...........................................................................................................254智能变电站建设规划技术原则.......434.1已有国家、行业、国际标准...................................................................................434.2需要研究编制的技术标准.......................................................................................434.3智能变电站建设技术总体要求.................................................................................444.4智能变电站原则性方案.............................................................................................454.5智能变电站一般要求.................................................................................................475智能变电站发展规划和存在的问题...505.1发展规划.....................................................................................................................505.2存在问题.....................................................................................................................5611前言国家电网公司提出建设“统一坚强的智能电网”，作为智能电网的重要组成部分和关键节点，智能变电站的设计和建设应当充分体现“信息化、自动化和互动化”的特点和需求。目前智能变电站还没有统一定义。一般认为，智能变电站是以数字化变电站为依托，通过采用先进的传感器、电子、信息、通信、控制、智能分析软件等技术，建立全站所有信息采集、传输、分析、处理的数字化统一应用平台，实现变电站的自动运行控制、设备状态检修、运行状态自适应、分布协同控制、智能分析决策等高级应用功能，提高管理和运行维护水平。智能变电站有利于信息统一采集，数据共享，设备在线监测，方便实现高级应用，但目前智能变电站的设计和建设还缺乏统一标准。为进一步掌握近年来智能变电站关键技术和设备工程应用情况，跟踪智能变电站最新技术发展动态，为下一步设计建设创造条件，国网公司基建部于2009年5月～7月组织相关单位和专家开展了智能变电站设计、技术和工程应用专题调研。对2008年组织开展的浙江兰溪500kV变电站、四川绵阳东220kV变电站、江西泰和220kV变电站等3座变电站试点成果和经验进行了分析和总结；同时对华北、天津、江苏、河南公司，以及国网电科院、许继、南自、新宁、南瑞航天等科研制造单位进行了实地专题调研，形成专题调研报告。2智能变电站22.1智能变电站结构IEC61850标准将变电站自动化系统从结构上分为变电站层、间隔层、过程层。1传统变电站智能变电站工作站1远动站工作站2工作站1远动站工作站2以太网IEC61850-8-1电子式互感器智能一次设备传统互感器传统一次设备RS485、以太网IEC-60870-5-104/103电缆光缆装置nECVTCT/PT装置1装置n装置1合并单元智能接口站控层间隔层过程层网关网关网关2远动工作站1MMS/GOOSE网超五类屏蔽双绞线系统服务器兼操作员站1保护测控系统服务器兼操作员站2远动工作站2通讯在线监视终端故障录波电能计量其他智能设备SMV网GOOSE网光缆变电站层间隔层合并单元智能单元过程层过程层网络变电站层网络光缆电缆电子式互感器开关设备（主变、断路器、刀闸）保护及故障信息管理子站GOOSE视频联动服务器智能变电站网络结构图12.1.1数字化变电站结构数据网络分为变电站层网络、过程层GOOSE网络、过程层SMV采样值网络。(1)过程层过程层是一次设备与二次设备的结合面，主要由电子式互感器、合并单元、智能单元等自动化设备构成，主要完成与一次设备相关的功能，如开关量、模拟量的采集以及控制命令的执行等。(2)间隔层间隔层主要包括变电站的保护、测控、计量等二次设备，主要任务是利用本间隔的数据完成对本间隔设备的监测和保护判断。(3)变电站层变电站层主要包括变电站监控系统、远动系统、继电保护故障信息系统等，其作用是完成对本站内间隔层设备及一次设备的控制，并完成与远方控制中心、工程师站及人机界面的通信功能。(4)GOOSEGOOSE(GenericObjectOrientedSubstationEvent)是一种面向变电站事件通用对象服务，它支持由数据集组织的公共数据的交换。主要用于实现在多个具有保护功能的IED之间实现保护功能的闭锁和跳闸。(5)电子式互感器（含合并单元）电子式互感器主要分为有源式和无源式，有源式包括罗氏线圈（无铁芯）和低功耗线圈（LPCT，含铁芯）；无源式包括磁光玻璃和2光纤等纯光学原理。合并单元是电子式互感器的重要组成部分，其作用是将电子式互感器数据规范处理，供保护、测控、计量等装置使用。合并单元按功能可分为间隔合并单元和电压合并单元。(6)智能单元智能单元是一次设备的信息化终端，用于接收间隔层设备命令，控制开关、主变分接头等，并正确反映设备状态，通常安装于一次设备处，以光缆与间隔设备连接。2.1.2主要特征(1)一次设备智能化(2)二次设备网络化(3)数据交换标准化(4)设备检修状态化(5)管理运维自动化近期智能变电站的建设主要是基于IEC61850的二次设备发展，一次智能设备明显滞后于二次智能设备的发展，一次设备的智能化仅依靠二次设备厂家的附加设备将一次设备智能化后接入数字化变电站二次采集系统，而基于IEC61850的二次设备取得全面提升。此阶段电子式互感器的应用还处于试用和起步阶段。而数字化变电站的建设和管理正处于积累经验的阶段，开始对基于现阶段技术水平的数字化变电站提出一些运行、管理上的规范。中期智能化变电站的电子式互感器的发展已经较成熟，开始全面3应用于数字化变电站，由此带动二次智能设备装置性能提升、功能分布更加合理。有革命性变革的智能一次设备开始逐渐应用于变电站中，但技术和应用程度都有待进一步提高。基于IEC61850的二次系统更加完善，互操作、网络技术等发展已经趋于成熟和稳定。整个智能化变电站管理体系已经逐渐成熟。远景智能一次设备已经基本发展成熟，在智能化变电站中全面应用，完全意义上的智能化变电站开始出现，基本掌握与之相适应的智能化变电站技术、管理系统。2.2关键技术(1)智能变电站体系研究智能电网发展对智能变电站的要求研究智能变电站及其架构研究(2)智能化一次设备应用研究电子式互感器在智能变电站中的应用研究智能化高压电器在智能变电站中的应用研究一次设备在线监测(3)数字化变电站自动化系统研究基于IEC61850标准的变电站自动化系统总体方案研究智能变电站继电保护技术研究智能变电站测控技术研究智能变电站故障录波/网络分析技术研究(4)智能变电站电能计量技术研究4(5)智能变电站安全可靠性研究智能变电站系统安全可靠性研究智能变电站信息安全及对策研究(6)智能变电站相关技术标准、规范研究智能变电站相关认证、试验及验收标准研究智能变电站设计规范研究智能变电站运行及管理规范研究智能变电站典型设计制订3智能变电站现状调研3.1设备调研情况3.1.1智能一次设备智能一次设备是智能电网和智能变电站的重要标志，考虑智能一次设备的发展滞后于智能二次设备发展的情况，主要从两个方面进行了调研，一是一次设备厂家是否生产智能一次设备，实现方法及智能化程度；二是常规AIS设备能否与二次厂商合作开发智能化一次设备，或由二次厂商开发智能化一次设备在一次设备本体内安装。针对第一个内容，国外如ABB、西门子研发过或正在研发智能一次产品，部分已挂网运行，但都不够成熟，同时存在抗干扰等因素，暂不会发布。国内如平高正与许继合作开发智能化隔离开关，但目前还没有成熟产品面世。智能化一次设备目前理论论证可以实现，但经过调研，目前国内外还没有纯粹的智能化开关设备面世。ABB的pass、AREVA的HYpact可以做到组合式智能化开关，但目前这两种智能化5组合开关暂不在国内销售。其余部分国内厂商如平高、思源等正从事相关产品研发。根据调研情况，智能化一次设备在开发过程中主要困难有三点：①IEC61850仅给出了开关量信号的定义，对于在线监测数据流没有明确的标准。②设备抗干扰问题。③一次设备与二次设备分属不同厂商，部分厂商初步表示可以与二次厂商合作开发，但配合较为困难。针对第二个内容，目前平高已与许继合作开发，ABB、SIMENS可独立研发一次设备及智能化设备。大部分厂商未考虑过一次设备智能化问题。对于GIS设备，ABB等国外厂商可独立生产GIS或HGIS一次及二次数字化产品，也可与其它厂家配合。平高正与二次设备厂家合作。目前GIS变电站数字化主要通过装设电子式电流电压互感器、在汇控柜内装设合并器及智能单元等方法实现。GIS本体厂家没有做太多工作。3.1.2电子式互感器目前电子式互感器的生产厂家主要是二次厂家。国电南自、新宁、南瑞继保、南瑞航天、许继电气、深圳南瑞、西安同维、中德及AREVA、ABB等均有相关产品。电子式互感器分有源式与无源式。在高压侧需要电源(主要是电子元器件的供电)的称为有源电子式互感器；在高电压侧不需要提供电源的称为无源电子式互感器。电子式互感器的分类详见下表。63.1.2.1罗氏线圈和电容分压电阻分压型电子式互感器罗氏线圈电子式电流互感器（ECT）是以电磁式电流互感器为基础，根据传感方法