110kV銅川柳灣智能變電站技術(shù)探析

張曉梅，張艷龍，寇少強(qiáng)，劉 偉

1.銅川供電局，陜西銅川 727031

2.延安供電局，陜西延安 716000

3.華能銅川電廠，陜西銅川 727031

0 引言

智能電網(wǎng)已進(jìn)入全面發(fā)展階段，智能電網(wǎng)的理解在世界各國、研究機(jī)構(gòu)、電力公司等地方都是不相同的。國外電力企業(yè)智能電網(wǎng)的應(yīng)用實(shí)踐工作中輸電側(cè)開展的相關(guān)研究的推廣應(yīng)用較少，大多側(cè)重于配電和用戶側(cè)了。我國智能電網(wǎng)的發(fā)展戰(zhàn)略是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)為基礎(chǔ)，利用先進(jìn)的通信、信息和控制等技術(shù)，構(gòu)建以信息化、自動(dòng)化、數(shù)字化、互動(dòng)化為特征的國際領(lǐng)先、自主創(chuàng)新、中國特色的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)。而智能變電站作為輸電、配電的集結(jié)點(diǎn)，是智能電網(wǎng)的重要組成部分，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。在智能電網(wǎng)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。110kV柳灣智能輸變電工程是國家電網(wǎng)公司智能化變電站第二批試點(diǎn)項(xiàng)目，是目前國內(nèi)設(shè)備技術(shù)最為先進(jìn)、供電可靠性強(qiáng)、智能化水平最高的110kV柳灣變電站，也是陜西省第一座110kV智能化變電站?！笆濉逼陂g，國家電網(wǎng)將在全國建立5 000座左右的智能變電站。

1 智能變電站的定義及特點(diǎn)

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(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動(dòng)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(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高級功能的變電站。智能變電站作為組成智能電網(wǎng)的核心構(gòu)成部分，相對于傳統(tǒng)綜自站來說，有著標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化和高度集成化、數(shù)字化、信息化的顯著特點(diǎn)。數(shù)字化變電站由網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備和智能化的一次設(shè)備構(gòu)成，站內(nèi)采用IEC61850通訊協(xié)議來實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的互操作和信息共享。

2 柳灣變概述

2.1 全站規(guī)劃

柳灣變?yōu)?10/35/10kV變電站,主變壓器本期裝設(shè)2×20mVA三相三繞組全密封自冷有載調(diào)壓變壓器SSZ10-M-20000/110，遠(yuǎn)期2×50mVA三相三繞組全密封自冷有載調(diào)壓電力變壓器；110kV本期出線4回，遠(yuǎn)期出線6回，均采用單母分段接線；35kV本期出線4回，遠(yuǎn)期出線8回，均采用單母分段接線；10kV本期出線8回，遠(yuǎn)期出線16回，均采用單母分段接線；本期每臺(tái)主變壓器低壓側(cè)各裝設(shè)1×3 000kvar電容器成套裝置，遠(yuǎn)期每臺(tái)主變壓器低壓側(cè)各裝設(shè)2×3 000kvar電容器成套裝置。

2.2 站內(nèi)一次設(shè)備

智能化GIS通過以先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對GIS設(shè)備的位置信號(hào)采集和監(jiān)視、模擬量信號(hào)采集與顯示、遠(yuǎn)方/就地控制、信號(hào)與操作事件記錄與上傳、諧波分析、儲(chǔ)能電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和控制、在線監(jiān)測、基于網(wǎng)絡(luò)通訊的軟件聯(lián)鎖等一系列功能。將傳統(tǒng)的二次測控功能與GIS監(jiān)控有機(jī)結(jié)合在一起，優(yōu)化控制回路，構(gòu)成智能的控制功能。

應(yīng)用GIS智能化的主要優(yōu)勢有：

1）節(jié)約了電纜等設(shè)備投資以及保護(hù)小室、主控室等的占地面積；

2）GIS智能控制柜優(yōu)化了二次回路和結(jié)構(gòu)；

3）智能控制裝置提供了強(qiáng)大的系統(tǒng)交互性；

4）基于通訊和組態(tài)軟件的聯(lián)鎖功能比傳統(tǒng)硬接點(diǎn)聯(lián)鎖方便。

110kV配電裝置采用戶內(nèi)GIS設(shè)備，35kV、10kV配電裝置采用開關(guān)柜就地安裝模式。

2.3 電子式電流電壓互感器

110kV GIS電子式電流電壓互感器為三相共箱結(jié)構(gòu)，主要由3部分組成：

1）一次結(jié)構(gòu)主體，包括互感器罐體、變徑法蘭、絕緣盆子、一次導(dǎo)體等；

2）一次傳感器，110kV GIS電子式電流電壓互感器為三相共箱結(jié)構(gòu)，每相配置一個(gè)低功率CT（LPCT）、一個(gè)空芯線圈、一個(gè)同軸電容分壓器；

3）遠(yuǎn)端模塊，GIS電子式互感器有兩個(gè)完全相同遠(yuǎn)端模塊，兩個(gè)遠(yuǎn)端模塊互為備用，保證電子式互感器具有較高的可靠性。

其結(jié)構(gòu)示意圖見圖1所示：

圖1 110kV GIS電子式電流電壓互感器結(jié)構(gòu)

110kV GIS電子式互感器的主要特點(diǎn)：

1）絕緣結(jié)構(gòu)簡單可靠，體積小，重量輕，精度高、穩(wěn)定性好；

2）電流互感器與電壓互感器可組合為一體，實(shí)現(xiàn)對一次電流和電壓的同時(shí)檢測；這樣提高了保護(hù)的可靠性，減少了傳統(tǒng)配置方案中，母線合并單元到線路間隔合并單元的鏈路延時(shí)，提高了系統(tǒng)可靠性；

3）空心線圈、LPCT、電容分壓器及遠(yuǎn)端模塊均雙套冗余配置，可靠性高。

35kV、10kV低壓電子式互感器輸出小模擬信號(hào)，就地安裝在開關(guān)柜內(nèi)，通過合并單元（功能已含在保護(hù)測控裝置中）把電子式互感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，傳送至保護(hù)、測控、智能終端一體化裝置。合并單元和保護(hù)、測控、智能終端裝置均安裝在開關(guān)柜內(nèi)。

2.4 站內(nèi)通訊方式

全站建立在IEC61850通信規(guī)范基礎(chǔ)上， 使其成為能夠?qū)崿F(xiàn)站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。

全站分為三層兩網(wǎng)，站控層和間隔層之間采用MMS網(wǎng)（以太網(wǎng)電接口），采用IEC61850-8-1通信協(xié)議；間隔層與過程層設(shè)備單元采用GOOSE通信協(xié)議，電子式互感器的合并單元與保護(hù)測控設(shè)備的采樣值信息采用IEC61850-9-2格式的點(diǎn)對點(diǎn)方式傳輸。本站間隔層、站控層之間采用以太網(wǎng)單網(wǎng)結(jié)構(gòu)，以IEC61850通信協(xié)議構(gòu)建，具備站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操作的條件。全站 GOOSE組網(wǎng)，110kV橋、主變保護(hù)、主變高、低壓智能控制裝置、低壓母聯(lián)智能控制裝置等組成GOOSE網(wǎng)，單獨(dú)組網(wǎng)，通信介質(zhì)采用光纖。智能控制裝置PCS-9821接入GOOSE網(wǎng)，PCS-9821安放在智能匯控柜內(nèi)擔(dān)負(fù)間隔測控、GIS智能控制以及智能終端的功能，PCS-9821能夠接收來自于主變保護(hù)的GOOSE信號(hào)。

2.5 站內(nèi)對時(shí)方式

本系統(tǒng)通過GPS接收衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)。絕對時(shí)間通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行廣播，秒脈沖或者分脈沖經(jīng)過擴(kuò)展，以差分信號(hào)（RS485）和空接點(diǎn)的形式與需要校時(shí)的設(shè)備相連，以此校準(zhǔn)站控層工作站以及各測控裝置、保護(hù)單元、故障錄波器等的時(shí)鐘。對時(shí)精度可以滿足事件順序記錄分辨率不高于2ms的要求。

系統(tǒng)也可以通過遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)，接收調(diào)度端的對時(shí)命令。

本站站控層網(wǎng)絡(luò)采用SNTP碼對時(shí)；間隔層與過程層的對時(shí)采用光纖IRIG-B碼對時(shí)，精度可達(dá)到微妙級，由于保護(hù)直采直跳，無需采用IEC61588網(wǎng)絡(luò)對時(shí)方式。

3 結(jié)論

柳灣變的建成投產(chǎn)，對于完善銅川電網(wǎng)架構(gòu)、提高電網(wǎng)自動(dòng)化水平，滿足銅川老市區(qū)快速增長的用電需求，引領(lǐng)陜西智能電網(wǎng)建設(shè)具有十分重要的意義。

[1]張文亮，劉壯志，王明俊，楊旭升.智能電網(wǎng)的研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009，33(13)：1-11.

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