智能变电站及与智能电网的关系

智能变电站及与智能电网的关系 江苏西电南自智能电力设备有限公司

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第三部分 第一部分第二部分目录中国智能电网发展方向智能变电站概念智能一次设备与在线监测系统

中国智能电网概念 • 2009年5月，国家电网发布《建设坚强智能电网》的研究报告: 坚强智能电网的内涵：以坚强网架为基础，以信息通信平台为支撑，以智能控制为手段，包括电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节，覆盖所有电压等级，实现"电力流、信息流、业务流"的高度一体化融合，是坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的现代化电网。发展坚强智能电网的目标是加快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、数字化、自动化、互动化特征的统一的坚强智能电网。

中国坚强智能电网发展思路 调度环节通信信息平台线路环节配电环节变电环节发电环节用电服务环节从中国国情出发，以社会用户服务需求为导向，以先进信息、通信和控制技术为手段，以满足经济社会可持续发展为目标，以坚强网架为基础，以信息平台为支撑，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合，构建贯穿发电、线路、变电、配电、用电服务和调度全部环节和全电压等级的电网可持续发展体系。

中国智能电网投资重点 • 1. 2009～2020年将投入7600亿建设完成特高压电网。国家电网2020年前特高压总投资将达 6330亿元（其中2012年前完成总投资的50%左右），加上南方电网的投资，预计到2020年两网的总投资规模将达到7600亿元。其中交流4200 亿元，直流3400亿元。 • 2. 2015年前完成数字化变电站建设，奠定智能化基础。预计2010～2015年间，我国平均每年改造传统变电站 4000座，每年需投入资金约40亿元；每年将新建约2000座变电站，相当于每年增加约20亿元的变电站数字化系统投资。 • 3. 逐步完成智能调度和用户信息采集系统建设。预2009～2015年，我国将投资800亿元用于用户信息采集系统的建设，其中300亿元用于数据系统建设，500亿元用于智能电表采购。

中国智能电网建设规划 完成坚强智能电网的整体规划，形成顶层设计；制定坚强智能电网建设标准；加强各级电网建设，开展关键性、基础性、共用性技术研究工作，进行技术和应用试点。在全面建设的基础上，评估建设绩效，结合应用需求和技术发展，进一步完善和提升坚强智能电网的综合水平，引领国际智能电网的技术发展。完善坚强智能电网建设标准，规范建设要求；跟踪发展需要、技术进步并进行建设评估，滚动修订发展规划，坚强智能电网建设全面铺开。统筹规划、统一标准、分步实施、试点先行、整体推进分阶段发展目标

中国智能电网发展目标 到2011年，坚强智能电网关键技术设备研究和建设试点全面开展 • “两纵两横”特高压网络架构基本形成； • 可再生能源发电运行控制和功率预测技术取得突破； • 特高压直流输电核心技术达到国际领先水平； • 电网优化配置资源能力超过1.2亿千瓦； • 完成智能变电站建设及改造试点； • 完成智能配电网示范性工程建设； • 建设双向互动服务试点，智能电表全面覆盖10千伏电压等级的大用户、工商业用户； • 完成智能调度技术支持系统开发，在国调、“三华”网调和部分省调投入运行； • 建设四个通信枢纽中心，建成“SG186”工程。

中国智能电网发展目标 到2015年，基本建成坚强智能电网，关键技术和装备达到国际领先水平 • 可再生能源发电运行控制和功率预测技术全面推广； • 电网优化配置资源能力超过2.4亿千瓦； • 在电网部分重要区域内开展枢纽变电站智能化建设和改造； • 完成省会城市实用型配电自动化系统建设； • 双向互动服务在部分城市得到应用，基本建成用电信息采集系统； • 公司系统省级以上调度机构建成智能调度技术支持系统； • 建成规范、统一、全覆盖的输配电通信传输网、接入网、管理网、同步网，基本建成国家电网资源计划系统（SG-ERP）。

中国智能电网发展目标 到2020年，全面建成坚强智能电网，技术和装备全面达到国际领先水平 • 可再生能源有序并网发电，并与电力系统协调经济运行； • 电网优化配置资源能力超过4亿千瓦； • 枢纽及中心变电站完成智能化建设和改造； • 在重点城市建成具有自愈、灵活、可调能力的智能配电网； • 双向互动服务得到推广，全面建成并完善用户用电信息采集系统； • 进一步强化和优化通信网络，全面建成SG-ERP系统。

主要技术标准 2009－2010年国网公司发布了多个关于智能变电站建设的相关标准 • Q/GDW 383-2009 智能变电站技术导则 • Q/GDW 396-2009 IEC 61850工程继电保护应用模型 • Q/GDW Z 414-2009 变电站智能化改造技术规范 • Q/GDW Z 410-2010 高压设备智能化技术导则 • Q/GDW 424-2010 电子式电流互感器技术导则 • Q/GDW 425-2010 电子式电压互感器技术导则 • Q/GDW 426-2010 智能变电站合并器单元技术规范 • Q/GDW 427-2010 智能变电站测控单元技术规范 • Q/GDW 428-2010 智能变电站智能终端技术规范 • Q/GDW 429-2010 智能变电站网络交换机技术规范 • Q/GDW 430-2010 智能变电站智能控制柜技术规范 • Q/GDW 431-2010 智能变电站自动化系统现场调试导则 • Q/GDW 441-2010 智能变电站继电保护技术规范

变电站自动化系统的演变 数字化过程是一个逐步深入的过程传统变电站－综合自动化站－数字化变电站数字化是智能化的手段、智能化是数字化的目的

演变关系 智能电网特点2：通信平台网络化特点3：信息共享标准化高级应用智能变电站数字化变电站特点1：全站信息数字化智能一次设备特点4：高级应用互动化

智能变电站 高级应用数字化变电站智能一次设备智能变电站

智能变电站定义 采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。

智能变电站的四个方面 • 电子式互感器 • 解决传统互感器的固有缺陷； • 节约绝缘和材料成本。 • 数字化平台 • 取消长电缆连接，提高系统性能，同时消除事故隐患； • 使用IEC 61850标准，有利于设备之间的互操作。 • 新型保护和控制技术的采用。 • 一体化系统 • 智能一次设备 • 监视设备运行状态，消除事故隐患; • 提高设备运行寿命，降低全生命周期成本； • 实现智能操作。 • 高级应用 • 分担主站负担，提高电网智能化水平；

传统变电站到数字化变电站的演变 智能变电站设备功能分布端子箱一次设备智能化二次设备和一次设备功能重新定位：电缆传统微机保护电缆交流输入组件 A/D 转换组件保护逻辑(CPU) 开入开出组件 GOOSE 光纤 SMV 光纤 ECT IED 数字化保护 MU 人机对话模件智能终端一次设备的智能化改变了传统变电站继电保护设备的结构： 1、AD变换没有了，代之以高速数据接口。 2、开关量输出DO、输入DI移入智能化开关，保护装置发布命令，由一次设备的执行器来执行操作。

数字化变电站与传统变电站结构对比 3种典型组网模式数字化变电站结构图传统变电站结构图

智能一次设备 又名智能化高压设备：由高压设备本体和智能组件组成，具有测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化、信息互动化特征的高压设备。

智能组件 智能组件由若干智能电子装置集合组成，承担宿主设备的测量、控制和监测等基本功能；在满足相关标准要求时，智能组件还可以承担相关计量、保护等功能。可包括测量、控制、状态监测、计量、保护等全部或部分装置。

智能组件 • 数字化变电站阶段的智能组件： • 智能终端：给传统断路器或变压器提供数字化接口 • 合并单元：电子式互感器的标准单元

装置照片 PSMU 602 合并单元

装置照片 • PSMU 602 合并单元 MU基本特性 • 支持PPS、B码、IEEE 1588多种对时方式； • 支持国网FT3、国网9-2多种输出协议； • 软件积分，精度高。

装置照片 PSIU601开关智能终端

前进中的智能一次设备 智能组件：测量、控制、监测；智能汇控柜与一次设备机构箱光纤连接；实现操作机构回路的软件化、逻辑化；减少硬回路数量、提高响应时间等指标；融合一次设备状态量监测；实现自诊断、自预警甚至自愈合；智能操控保护、计量功能

输变电设备状态在线监测与诊断技术的重要性 • 从国内外电网大面积停电事故原因的分析表明： • 输变电设备自身故障一直是危及电网安全运行的主要原因之一； • 输变电设备自身故障在电网故障起因中所占的比例相当大； • 应当重视和加强对输变电设备状态在线监测与诊断技术的研究、开发和应用。 • 输变电设备运行状态在线监测与诊断技术的最终目标： • 实现对输变电设备运行状态进行在线评估及剩余寿命在线预测； • 为状态维修提供理论基础和判据； • 大幅度提高电网运行的安全性和经济性。

事故检修 定期检修状态检修 50年代以前，设备发生了故障或事故以后进行检修 60~70年代，定期预防检修根据设备状态确定检修策略 • 设备的生产效率越来越高 • 突发故障造成的损失越来越大 • 通过定期检修，设备能恢复到接近新设备的状态 • 以牺牲企业的自身经济利益为代价，造成了不必要的人、财、物的浪费 • 在前苏联、东欧各国和我国推广应用并延续到现在 • 起源于60年代美国航空工业飞行器的设备检修方式 • 1978年开始应用于美国海军舰艇设备检修 • 80年代在核工业中推广应用，并很快发展到电气设备检修 • 针对性强，经济合理 • 设备比较简单 • 设计裕量大 • 修复容易 • 设备停运影响不大电气设备检修技术的发展大致可分为三个阶段

在线监测的必要性：经济性指标的需要 • 设备检修费用在整个生产成本中占有相当大的比例计划经济市场经济电力企业追求经济效益和社会效益最大化提高电力企业效率和降低生产成本定期检修已不能满足形势发展的要求状态检修是提高发、输配电效率和降低设备检修费用的重要措施

在线监测的必要性：定期预防性检修的技术手段不合理在线监测的必要性：定期预防性检修的技术手段不合理预防性试验电压一般最高10kV 不能有效暴露某些绝缘缺陷，真实反映设备状态设备运行电压为110kV、220kV、330kV、500kV或更高 • 对运行电压下才能暴露的绝缘缺陷，定期预防性试验手段不合理 • 在线监测在运行电压下对设备状态进行监测，能较准确地反映设备的客观状态有效的在线监测技术是状态检修的重要技术手段

在线监测系统

智能变电站在线监测

智能变电站在线监测 • 变压器 • 主要有充油的电力变压器，其次是SF6气体绝缘和环氧树脂浇注绝缘的变压器； • 主要的监测特征量有：油中溶解气体（单一或多种）分析，局部放电，绕组变形，铁芯接地电流，高压套管的介损、油中微水含量等。 • 容型设备 • 包括电流互感器、电容式电压互感器、电容器、电缆等； • 主要的监测特征量有：介损，泄漏电流、等值电容（也可监测局部放电）等。 • 氧化锌避雷器 • 主要监测阻性电流、也有的监测总泄漏电流，动作次数。

智能变电站在线监测 • 高压断路器 • 包括油断路器、SF6断路器(含GIS内的断路器)、真空断路器； • 目前可监测的特征量有：合、分闸线卷电流，操作机构的行程、速度和机械振动，动态回路电阻等。 • 其它 • 还可通过变压器的电容式高压套管（配置专门的测量小套管）或母线（分压的专门传感器）监测电网的内外过电压、谐波、线路及支柱绝缘子的泄漏电流等。 • 各种输变电设备的状态在线监测与诊断可以是集中控制式系统，也可以是便携式装置（即可以单独监测运行部门认为是重要的某一特征量或某一种设备的多种特征量）。

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