“十二五”智能变电站 建设方案 （内部资料，妥当保存） 2012年3月1日 目 录 TOC \o 1-3 \h \z \u 1 概述 3 1.1 背景 3 1.2 现状及成就 4 1.3 设计和建设的必要性 6 满意电网发展方式转变的要求 6 满意公司发展方式转变的要求 7 满意智能变电站技术进步的要求 8 1.4 建设目标 8 1.5 主要技术特点及效果分析 10 1.6 发展要求 12 1.7 面临的挑战 13 1.8 建设管理思路 14 2 需求分析 15 2.1 业务及数规划需求分析 16 2.2 一次新技术需求分析 18 2.3 二次新技术需求分析 19 3 新一代智能变电站技术路途 20 3.1 发展要求 20 3.2 技术路途 22 整体设计 22 统一标准 23 先进好用 23 4 新一代智能变电站总体架构 23 6 新一代智能变电站设备研制总体方案 29 6.1 新一代智能变压器 29 产品现状回顾 29 产品改进技术路途及解决方案： 30 6.2 断路器及隔离开关 33 设备现状 33 设备需求与技术路途 33 6.3 电子式互感器 36 设备应用现状 36 设备需求及解决方案 37 6.4 爱护及测控装置 37 集中式爱护装置 37 站域爱护 38 网络化爱护 38 多端差动爱护及同杆四回线 测控装置与相关设备的集成 39 适应三网合一的爱护/测控装置 40 爱护/测控装置的安装集成 40 6.5 网络交换机 41 设备现状 41 设备需求及解决方案 41 6.6 一体化信息系统 43 设备现状 43 设备需求及解决方案： 44 6.7 二次设备在线监测与网络记录分析系统 45 设备现状: 45 设备需求及解决方案: 45 7 新一代智能变电站设计总体方案 46 7.1 新一代智能变电站概念设计 46 近期方案 47 中期方案 48 7.2 设计专题探讨 48 结构布局设计专题探讨 48 系统集成专题探讨 51 技术装备专题探讨 52 节能环保专题探讨 53 支持调控一体专题探讨 53 概述 背景 2009年,公司开展了建设坚毅智能电网课题的探讨，提出了坚毅智能电网的总体发展目标及其基本特征和内涵。智能变电站是坚毅智能电网的重要基础和支撑，是电网运行数据的采集源头和吩咐执行单元，与别的环节联系紧密，是统一坚毅智能电网平安、优质、经济运行的重要保障，也是实现智能电网自动化特征的主要体现。因此，加强智能变电站的建设，对公司坚毅智能电网的建设至关重要。 为了助力电网发展方式转变，支撑公司“五大”体系建设，引领世界智能变电技术发展趋势，有必要总结现有智能变电站设计、建设及运行的胜利阅历和存在问题，结合大建设、大运行、大检修建设的目标和任务，开展新一代智能变电站设计与建设探讨，全面梳理、归并整合智能变电站的功能需求，进一步深化智能变电站基础理论探讨、核心研发技术和关键设备研制，努力在世界智能电网科技领域实现“中国创建”和“中国引领”。 现状及成就 智能变电站技术现状 现阶段智能变电站采纳“一次设备+智能终端+传感器”的模式实现一次设备智能化，实现对一次设备的在线监测和状态检修，采纳“常规互感器+合并单元”模式实现信息采集数字化，部分变电站采纳了电子式互感器。变电站自动化系统采纳“三层两网”结构，爱护采纳直采直跳方案。对少量二次设备做优化整合，如在110kV电压等级采纳爱护测控一体化集成装置。配置依次限制、智能告警与分析等高级应用功能。 智能变电站试点工程建设状况 智能变电站的整体建设实施工作在国家电网公司“统筹规划、统一标准、试点先行、整体推动”工作方针的指导下，依据“统一规划、统一标准、统一建设”的工作原则，在不同电压等级、不同地域选取74 座新建或改造变电站作为试点工程，全部试点工程均已投产（待落实）。依据国网统一制定的有关标准规范，重点在一次设备智能化、电子式互感器、一次设备状态监测、高级应用、一体化电源、协助系统智能化等几个维度进行试点建设。 智能变电站建设取得的效益 围绕智能变电站工程建设，我国在智能电网变电环节取得重大突破，在核心技术、关键设备研制、标准制定、工程建设、运行维护等方面取得重大进展，经济与社会效益显著。为新一代智能变电站的设计及探讨打下坚实基础。 （1）核心技术方面 依托《智能变电站技术体系探讨》、《智能一次设备结构体系探讨》等公司重点课题，通过组织科研单位、设备制造企业联合攻关，解决了一次设备智能化、自动化系统网络结构、同步采样、高级功能设计、系统集成等一系列关键技术难题。 （2）关键设备方面 公司制定发布了《智能电网关键设备（系统）研制规划》，在依托工程建设的同时，引导设备厂家开展设备研制和技术创新。在公司主导下，依靠自主创新，一次、二次设备研制取得重大突破。实现了由“中国制造”向“中国创建”的转变，大量智能变电站有关技术均处于国际领头羊。 （3）标准制定方面 为规范和统一智能变电站技术标准，指导试点工程建设，在充分总结变电站技术现状的基础上，公司制定完成并正式对外发布的智能变电站系列标准（含技术文件）有46 项(待落实)，初步形成了系列化的可用于指导工程实施的技术标准体系。 （4）工程建设方面 通过试点工程建设所取得的珍贵阅历为今后新一代智能变电站的建设供应了基础，有利于智能变电站整体水平的逐步提升和完善。 （5）运行维护方面 新技术、新设备、新功能在智能变电站中被大量运用，获得了珍贵的运行维护阅历，为新一代智能变电站进一步的系统整合、模型标准化、网络平安化、高级应用功能的完善、高效便捷维护管理打下良好基础。 （6）经济社会效益显著 智能变电站削减了变电站的占地面积，缩短了设备的调试周期，降低检修维护成本。智能变电站的建成投运，大幅度的提高设备正常运行牢靠性，实现设备操作的自动化，提高资源运用和生产管理效率，使运行更加经济、节能和环保。同时还可提高供电牢靠性和电能质量；可实时优化调整电网运行方式，大大降低电网电能损耗，带来可观的干脆经济效益；同时，可实现对电网的实时监控，削减运维管理费用，可大大削减运维人员的工作量，社会效益特别显著。 设计和建设的必要性 满意电网发展方式转变的要求 智能变电站作为智能电网建设的重要环节之一，是电网最重要的基础运行参量采集点、管控执行点和将来智能电网的支撑点，其发展建设的水平将干脆影响到我国智能电网建设的总体高度。电网发展方式转变，建设具有信息化、自动化、互动化的坚毅智能电网为智能变电站的发展提出了新的要求。新一代智能变电站建设应以“系统高度集成、结果布局合理、技术装备先进、经济节能环保，支持调控一体”为特征，通过电网运行数据的全面采集和实施共享，支撑电网实时限制和智能调整，提升电网运行稳定性和牢靠性。新一代智能变电站应围绕“平安牢靠、配置优化、工艺一流、经济合理”的设计理念，结合新技术、新设备和新工艺的应用，建设具有节材、节地、节能，削减运行维护工作程度的智能变电站。 满意公司发展方式转变的要求 随公司“五大”体系建设，智能电网对公司管理模式优化的支撑作用逐渐重要。公司“大运行”、“大检修”、“大营销”，对智能变电站的发展提出了新的要求。构建“大运行”体系，新一代智能变电站应更好的支撑调度运行业务一体化须要，实现变电站设备监控的统一管理，通过信息流优化整合，与调度系统全景数据共享，提升决策限制实力，提高运行效率；构建“大检修”体系，新一代智能变电站应更好支撑变电站专业化检修、维护须要，实现设备运维、检修一体化。通过在线监测，设备状态可视化技术，为检修管理供应优化和决策依据，提高设备利用效率和设备管理上的水准；构建“大营销”体系，新一代智能变电站应满意提高营销实力和服务的品质的要求，实现变电站计量信息与营销服务系统的精确交互。 满意智能变电站技术进步的要求 我国在智能变电站探讨与建设领域已经取得了很多成果，但面对新技术、新设备和新工艺的进步，仍有必要加大智能高压设备和智能变电站自动化系统核心技术探讨与关键设备的研制，制定技术标准体系和运维管理规定。 开展新一代智能变电站技术探讨，在研发技术、科学技术创新、标准编制、管理优化等每个方面实现突破，推动智能变电站技术创新发展、跨更加展；开展新一代智能变电站技术探讨，主动引导国内设备制造企业开展设备研制和技术创新，努力在世界智能电网科技领域实现“中国创建”和“中国引领”。 建设目标 设计和建设“占地少、造价省、效率高”的新一代智能变电站，做到结构布局合理、系统高度集成、技术装备先进、经济节能环保、支持调控一体。 结构布局合理。在确保电网平安的前提下，优化变电站主接线，适当削减互感器数量，合理支配一次设备布置，节约变电站电力设备和基建费用；传感器与一次设备本体进行一体化设计，电子式互感器成熟稳定后，可集成在一次设备中，进一步提升设备集成度，削减设备体积；充分的利用一次设备场地的空余面积，将相关二次设备下放到一次设备旁边就地安装，同时采纳新型就地安装设备和检修设备，便利恶劣天气检修维护；通过优化设计削减二次设备屏柜数量，进而节约建筑面积。 系统高度集成。新一代智能变电站遵循整体设计的原则，实施系统优化集成，以高度集成方式推动智能变电站创新发展。实现一次设备集成和一二次设备深度集成，提高设备集成度与智能化水平；对变电站二次子系统进行一体化集成，以面对对象或面对功能为基础，实现站内爱护、测控、计量、功角测量等功能的有效集成；以变电站的全景数据为基础，将变电站与调控中心、检修中心的应用功能进行相对有效的集成，实现各自精确的功能定位，优化网络信息流，构建纵向贯穿、分层分区的变电站信息系统。 技术装备先进。新一代智能变电站采纳智能化一次设备，集成化二次系统，改进现有设备，研制新型设备，技术指标先进、稳定性很高，全寿命周期长；变电站设计、调试技术取得突破，设计、配置、调试工具便利高效。采纳基于图形用户界面的设计、配置成套工具，二次虚端子接线设计文件与变电站配置文件无缝接口，CAD图形文件与SCD模型文件可同步转换，并具备图形连接与模型中虚端子自动匹配和校核功能。变电站设计、安装、调试效率大幅度的提升。 经济节能环保。新一代智能变电站符合国家环境爱护、水土保持的有关法律和法规的要求，城区站符合城市总体发展规划和土地利用规划；在全寿命周期内，最大限度地节约世界资源，节地、节能、节水、节材、爱护环境和削减污染，试点应用可再次生产的能源发电作为站用电源的补充，实现效率最大化、资源节约化、环境友好化。 支持调控一体。新一代智能变电站支持调控一体化业务，满意调度（调控）中心对站内信息的要求，为主站系统实现智能变电站监视限制、信息查询和远程阅读等功能供应数据、模型和图形的传输服务。上传信息分层分类，增加信息维度，精简信息总量。支持与多级调度（调控）中心的信息传输。 新一代智能变电站建设有支配分步骤完成。近期目标（2012、2013两年）完成总体设计、建设策划、实施方案、建设标准编制，推动关键技术、设备的探讨并取得突破；突破一批试点一批，采纳多处、分步试点模式，确定若干座不同电压等级变电站，部分应用关键技术和设备，取得初步的试点成果。远期目标（2014、2015及以后）以技术探讨和试点成果为基础，制订设计、设备技术标准，及配套运行和管理标准。在分步试点的基础上，确定1-2座220kV变电站试验示范工程，集成应用关键技术和设备，形成新一代智能变电站试点成果。试点技术与设备成熟后逐步推广。 主要技术特点及效果分析 新一代智能变电站的探讨和建设，依据整体设计、统一标准、先进好用的原则进行，可大幅度的提高电网运行的牢靠性。集成融合后的变电站自动化系统高度集成，结构布局合理，实现了设备集约化和小型化，运行维护简洁。新技术、新材料和新工艺的运用，提高了资源运用和生产管理效率，使运行更加经济、节能和环保。新一代智能变电站全方面提升变电站建设效率，节约运维成本，削减占地面积，引领智能变电站技术发展趋势。 新一代智能变电站的基础是一体化的限制系统和高牢靠性的设备，通过综合分析和自动协同限制，实现设备信息数字化、功能集成化、结构紧凑化和检修状态化，最终达到运维简洁高效的目标。详细技术特点如下： 设备高度集成。打破现有的一次、二次设备的界限，变压器、断路器等综合智能组件集成爱护、测量、限制、计量、状态监测等功能，并与一次设备做融合，实现一次设备的高度集成，节约世界资源，削减占地，进而从一次设备智能化过渡到智能一次设备。 系统深化整合。把变电站内部现有的后台监控系统、故障录波系统、网络分析系统、状态监测系统、协助限制系统等众多子系统进行相对有效融合，构建变电站一体化监控系统，实现全站信息的统一接入、统一存储、统一处理、统一展示、统一上送，为调度（调控）中心和生产管理系统供应支撑。 信息标准统一。变电站全部信息参照IEC 61850以及国内应用的特点，为全部设备的信息交互和高级应用功能定义统一的模型，有效确保全站信息流的统一，实现站内信息的无缝连接。全站信息可以在一定程度上完成IEC 61850与IEC 61970之间的信息模型转换，实现与调度/限制中心之间无缝连接。 系统协同互动。在创建开放的系统和建立共享的信息模式的基础上，以通信和信息技术为基础，进行变电站与主站之间、变电站之间、变电站内部各功能之间的协同互动，实现数据的实时、高速、双向流淌，优化电网的管理，将电网提升为互动运转的全新模式，提高整个电网的牢靠性、可用性和综合效率。 结构布局合理。采纳集成紧凑型设备，优化主接线和通信网络架构，实现易扩展、易配置、性能牢靠的变电站系统结构。依靠技术方法，进行多方案技术经济比较，形成土建、一次设备、二次系统一体化考虑的变电站最优结构布局。 运维高效便捷。制订系统全面的管理流程，供应自动化的调试、配置和检测工具，使得整个变电站的调试、维护工作实现标准化和流程化，实现变电站系统和设备的集中运维监控，降低运维成本，提高管理效率，满意变电站将来功能扩展、升级、改造和维护的须要。 发展要求 智能变电站信息一体化。依据全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化的基础要求，通过系统集成优化，实现全站信息的统一接入、统一存储和统一展示，反映变电站电力系统运行的稳态、暂态、动态数据及变电站设备正常运行状态、图像等的数据的集合，实现运行监视、操作与限制、信息综合分析与智能告警、运行管理和协助应用功能。 支持智能电网调度。智能变电站作为智能电网的重要节点，须要支持智能电网的调度与运行，满意智能电网调度中心对变电站的要求，支持调控一体化，满意大运行体系建设的要求。以变电站的三态数据及设备状态监测等数据为基础，将变电站与调控中心、检修中心的应用功能进行有效的集成，实现各自精确的功能定位，优化网络信息流，构建纵向贯穿、分层分区的变电站信息系统。 智能一次设备。在前期一次设备智能化基础上，进一步研制并应用智能一次设备，包括智能变压器、智能开关等设备。采纳智能组件技术路途，对一次设备进行深度智能化，使一次设备具备测量、限制、监测功能，具备条件时可集成计量和爱护功能。打破现有的一二次设备的界限，实现一次设备的集成（变压器、断路器、隔离开关、互感器等主设备之间的集成，电容器、电抗器的组合集成）和一、二次设备的集成（二次限制回路、智能组件、爱护、测控、计量等二次设备的集成），提高设备集成度与智能化水平。 设备功能适度集成，优化布局。从设备优化布局角度，对智能变电站功能进行横向的功能集成，以面对功能为基础，实现站内爱护、测控、计量、功角测量等功能的有效集成，削减设备数量，简化设备配置。 满意输变电工程长寿命周期的要求。国网公司提出输变电工程，一次设备40年，二次设20年，建构筑物60年的要求。智能变电站设备须要满意国网公司对输变电工程长寿命周期的要求。 面临的挑战 新一代智能变电站设计与建设工作是具有自主创新、国际领先水平的，其设计创新、科研攻关、设备研制、工程建设等设涉及多个单位、部门和专业，是一项困难的系统工程，面临着很多困难和挑战。 一是系统困难、实现难度大。新一代智能变电站面对智能电网发展需求和“五大”体系建设需求，和五级调度的业特点，采纳顶层设计指导设备研发和干脆为工程立项课题探讨的工作模式在提高了系统整体性的同时，也增加了系统设计的困难性和实现的难度。 二是须要突破的关键技术多。主要包括：系统整体架构与技术路途的制定；智能高压设备与变电站自动化系统等核心技术与关键设备研制；智能变电站功能、设备、信息集成等优化设计； 智能变电站施工、检修和调试等管理规定的制定。 三是装备研发周期和工程实施冲突突出。新一代智能变电站是依据顶层设计对设备进行设计和研发，无论是断路器、电子互感器等高压设备还是爱护自动化等二次装置都须要一个较长的时间过程才能完善，国外同类系统从设计研发到投入商业化运行，一般都须要 3～5 年的时间，按此进度难以智能电网发展要求，必须要实行特别的组织和技术措施进行保障。 建设管理思路 面对设计和建设占地少、造价省、效率高的智能化变电站的实际需求，充分汲取和借鉴国内外相关领域最新探讨、应用成果，坚持自主创新，发挥公司科技优势、人才优势和集团化优势，围绕新一代智能变电站建设目标，坚持“设计为龙头、科研为支撑、设备为关键、建设为基础”的工作思路，统一组织、分工协作，有步骤、高成效地推动新一代智能变电站建设工作。 设计为龙头。充分发挥设计龙头作用，组织一流设计资源，集中才智、集中精力、集中力气，开展设计攻关。通过优化顶层设计，明确功能需求，引导关键技术探讨与关键设备研制；系统开展设计专题探讨，主动采纳先进理念，全程动态优化设计，全面提高设计水平。 科研为支撑。建立科研攻关与工程设计互动的常态机制，全面调动各方科研资源，着力探究前沿技术，联合开展工程科研攻关，刚好为工程建设各阶段供应坚毅技术支撑，满意工程设计和建设的需求，推动智能变电站创新发展。 设备为关键。以实现建设目标为核心，全面搜集国际装备制造信息，驾驭最新动态，紧密结合新技术、新工艺、新材料的进步，加快智能高压设备、一体化监控系统等关键设备（系统）的研制，提高智能变电站设备集成度、成熟度及经济合理性。 建设为基础。严格执行工程技术方案，通过试点工程，验证设计方案可行性和设备牢靠性，提升试验与调试方法与手段。严密组织、细心策划、规范管理，全面抓好建设实施工作，推动土建、电气、二次接口的标准化，实现工厂化调试、装配式施工，缩短建设工期，为新一代智能变电站全面建设积累阅历。 需求分析 业务及数规划需求分析 1.业务需求分析 目前，调度端业务主要包括能量管理系统（EMS）、电网备用调度自动化系统、广域相量测量系统（WAMS）、电网动态监视预警系统、调度生产管理信息系统（DMIS）、调度运行管理系统(OMS)、在线动态平安评估及决策系统、在线预决策稳定限制系统、发电调度技术支持系统、负荷预料系统、稳定校核系统、方式定值管理系统、检修票管理系统、继电爱护定值管理系统、继电爱护定值整定计算系统、继电爱护故障信息管理系统、故障录波系统、电能量计量系统（TMR）、电力市场技术支持系统、电力设备远程监测诊断中心系统、变电站视频及环境监控系统、环境监测系统、电能质量监测与分析系统、输电地理GIS信息系统、雷电定位监测系统、气象卫星云图系统等。 变电站站端业务主要包括继电爱护、平平稳定限制、电网运行数据采集和限制、电能量计算、电能质量分析、在线监测、变电站监控、自动化通信、爱护限制通信等。 由于历史缘由，上述各类系统由各级调度的各专业分别建设，在如系统名称、功能定位等系统建设的标准化以及规范化等方面都存在很大的不一样。但是各个系统相互之间仍旧存在肯定的必定联系，在调度中心内部和与上下级调度机构之间、调度中心与厂站间必定须要进行数据交换。 智能变电站作为电网的节点，继电爱护、稳定限制等爱护限制专业能够独立完成数据采集及决策限制，但其设备运作时的状态、限制决策信息须要传输给变电站监控及调度中心进行展示及作为其他业务的数据基础。电网运行状态采集、电量计算、电能质量分析 、在线监测状态等更是担当了各类基础数据测量的业务。为消退信息孤岛，提高通信效率，要求站端能够供应的数据能够满意不同业务须要的数据种类以及数据质量的要求。 2.电网数据分析 目前厂站端运行的业务系统及相关

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