淺議110kV變電系統(tǒng)設(shè)計

【摘 要】變電站綜合自動化系統(tǒng)的設(shè)計是個較綜合的問題，其涉及的專業(yè)知識面較寬。站內(nèi)通訊網(wǎng)的結(jié)構(gòu)及與上級調(diào)度的通訊接口是設(shè)計選型時要考慮的必要問題，也是衡量設(shè)計是否成功的重要指標(biāo)。本文綜合某工程實例，對110kV綜合系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行論述。

【關(guān)鍵詞】110kV;系統(tǒng)設(shè)計;結(jié)構(gòu)模式

1、工程概況

兩回且110kV線路為變電站供電電源。主變?yōu)閮膳_50MVA，110/10kV變壓器，配電電壓等級為10kV。110kV和10kV系統(tǒng)均為單母線接線系統(tǒng)。

2、一次設(shè)備選型

要實現(xiàn)變電站安全、可靠運行，減少電氣設(shè)備維護(hù)工作量，保證變電站自動化系統(tǒng)的正常運行，選擇優(yōu)良設(shè)備是設(shè)計的基礎(chǔ)。

(1)主變壓器選用低噪音、低損耗、節(jié)能型的有載調(diào)壓變壓器。

(2)110kV斷路器選用SF6設(shè)備，采用戶內(nèi)安裝。SF6開關(guān)性能好，無油污染，無火災(zāi)危險，檢修周期長，維護(hù)工作量少。

(3)10kV開關(guān)柜選用愷裝移動式真空開關(guān)柜，真空開關(guān)技術(shù)先進(jìn)，可靠性高，檢修周期長。

(4)110kV側(cè)隔離開關(guān)和主變中性點隔離開關(guān)選用電動操作機構(gòu)，以適應(yīng)遙控要求。

(5) 其它設(shè)備盡量采用無油化，高可靠性的設(shè)備。

3、變電站綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式的分類及設(shè)計選型

3.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式

結(jié)構(gòu)模式分為兩種:即目前流行的分層分布式系統(tǒng)和傳統(tǒng)的微機集控臺系統(tǒng)。傳統(tǒng)的微機集控臺系統(tǒng)其所有間隔的保護(hù)、測量、控制由幾片CPU完成，CPU的工作量大，變電站的各種信號通過電纜引入到變電站控制室的控制臺上，電纜安裝維護(hù)量大，各開關(guān)間隔沒有自己的專用CPU，技術(shù)性能差，但造價低。

分層分布式系統(tǒng)在縱向分為兩層，即變電站層和間隔層。變電站層由上位機和下位機組成，位于變電站主控室內(nèi);間隔層為向變電站各開關(guān)間隔的次電力設(shè)備。間隔層在橫向按站內(nèi)次設(shè)備(主變、線路等)分布式配置。間隔層中各個單元的設(shè)備功能相對獨立，僅通過站內(nèi)通信網(wǎng)互聯(lián)，并同變電站層通信。凡在間隔層完成的功能不依賴站內(nèi)通信網(wǎng)。

分層分布式結(jié)構(gòu)包括分散式和集中組屏兩種形式。分散式是將數(shù)據(jù)采集、控制單元和微機保護(hù)單元就地安裝在開關(guān)柜或其他次設(shè)備附近，互相之間用網(wǎng)絡(luò)電纜或光纜連接起來。這種形式最大優(yōu)點是節(jié)省電纜，避免了電纜傳送信息的電磁干擾，且壓縮了二次設(shè)備的占地面積。集中組屏是將控制、保護(hù)單元集中安裝在控制室。這種形式保護(hù)裝置工作環(huán)境較好，干擾源較少，系統(tǒng)便于擴充與維護(hù)，但二次電纜數(shù)量較多。分層分布式系統(tǒng)同集控臺式系統(tǒng)相比具有以下優(yōu)點:

(1) 可靠性高，任一間隔設(shè)備故障僅影響本間隔。

(2) 可擴展性和靈活性高。

(3) 減少站內(nèi)二次電纜，減少安裝維護(hù)工作量。

3.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計選型分層分布系統(tǒng)具有許多集控臺式系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)越性，故設(shè)計選用了分層分布系統(tǒng)。如某用戶110kV變電站，110kV開關(guān)及主變次設(shè)備數(shù)量較少，可靠性要求較高，設(shè)計選用分層分布式集中組屏方案，測控保護(hù)屏位于控制室內(nèi)，運行環(huán)境較好，維護(hù)方便。對于10kV配電系統(tǒng)，由于開關(guān)柜數(shù)量較多，選用分層分布式分散式結(jié)構(gòu)，各功能單元自我完備，互相獨立，節(jié)省了大量電纜。所有的測控保護(hù)單元箱通過間隔層由站內(nèi)通訊網(wǎng)S-485或CAN網(wǎng)與變電站層相聯(lián)，從而構(gòu)成一個功能完善的變電站綜合自動化系統(tǒng)。

4、變電站綜合自動化的功能基本要求

4.1 對微機保護(hù)裝置的要求

(1) 能夠遠(yuǎn)方在線修改保護(hù)定值;(2) 具有完善的保護(hù)功能;(3) 具有事件順序記錄功能;(4) 具有事故追憶功能;(5) 記錄故障電流值。

4.2 測量功能

(1) 連續(xù)檢測設(shè)計要求的各電量及非電量值。(2) 檢測各故障信號，并顯示、報警、打印。

4.3 控制及操作功能

4.3.1 屏幕顯示

(1) 反應(yīng)變電站運行狀態(tài)的主接線圖。(2) 顯示主要回路指定時間段的負(fù)荷曲線和電壓曲線。(3) 列表顯示全站主要設(shè)備參數(shù)，保護(hù)整定值，保護(hù)及自動裝置動作情況。

4.3.2 操作

操作除微機操作(當(dāng)?shù)睾笈_機、遙控均可)外，在保護(hù)測控功能單元上設(shè)有人工操作作為備用。微機操作指用鼠機或鍵盤功能鍵進(jìn)行操作。包括:各斷路器的分合閘，主變中性點接地刀閘的分合，主變分接頭檔位調(diào)整，電壓切換，保護(hù)定值的整定，保護(hù)的投退。所有操作均模擬常規(guī)方式下操作和監(jiān)護(hù)兩個環(huán)境執(zhí)行，并具有當(dāng)?shù)?遠(yuǎn)方操作閉鎖，操作權(quán)限閉鎖設(shè)密碼，“五防”功能閉鎖。閉鎖措施從硬件和軟件兩方面設(shè)計上得到保證。

4.4 遠(yuǎn)動功能

綜合自動化系統(tǒng)與全廠生產(chǎn)調(diào)度端有兩種通訊方式相配合，保證了變電站安全、穩(wěn)定運行。

5、110kV變電站綜合自動化系統(tǒng)的特點

(1) 各功能單元相互獨立，不依賴于后臺機，保證在后臺機故障時，變電站仍能運行。

(2) 裝置有熱恢復(fù)功能和斷電保護(hù)措施，出現(xiàn)死鎖和斷電時不丟失內(nèi)存已有的累計數(shù)據(jù)和重要的生成數(shù)據(jù)，出現(xiàn)自恢復(fù)時開關(guān)變位信息反應(yīng)開關(guān)實際位置，不會將錯誤開關(guān)位置信息上傳調(diào)度。

(3) 裝置硬件結(jié)構(gòu)模塊化，人機界面友好，方便擴充及運行維護(hù)。

(4) 裝置具有在線自診斷功能，自檢故障有就地和遠(yuǎn)方報警顯示。

(5) 裝置滿足電力系統(tǒng)繼電保護(hù)反事故措施及調(diào)度自動化要求。

(6) 裝置采用交流采樣，提高了采樣精度。

6、具體設(shè)計時要考慮的幾個問題

6.1 模擬量采集方式

變電站的模擬量大致分為兩種即來自于PT、CT 的交流信號，另種為直流信號如直流操作電源的直流電壓，變壓器溫度傳感器、檔位傳感器的直流電壓信號等，對這些量的采集，分為直流采樣與交流采樣。直流采樣易于實現(xiàn)濾波，能方便地濾去交流信號中的各種高頻成分，易于處理干擾問題，但直流采樣所采集的數(shù)據(jù)實時性差，從交流信號轉(zhuǎn)換成可用的直流信號往往有較大的時滯;另外，直流采樣需要另外的變送器的投資，增加了控制室的面積，故在實時性及精度要求較高的場合，一般采用交流采樣。交流采樣優(yōu)點是實時性好，易于掌握輸入信號間的幅頻、相位等動態(tài)關(guān)系，此外交流采樣所用的傳感器簡單，價格相對較低。交流采樣技術(shù)的采用，使人們可以簡單地通過數(shù)字手段獲得各序諧波分量，使得一些新的保護(hù)原理能方便地移植到微機保護(hù)中。

6.2 開關(guān)量開出和開關(guān)量輸入的抗干擾措施

為了防止開出和開入回路引入的各種現(xiàn)場電磁干擾竄進(jìn)計算機系統(tǒng)，一般要在開入與開出回路中加入光電隔離措施。在二次回路中的跳合閘線圈并接反向二級管，消除火花帶來的電磁干擾

6.3 良好的接地措施

通常變電站綜合自動化系統(tǒng)中有模擬地、數(shù)字地、屏蔽地等，如果地線系統(tǒng)接地有誤，那么現(xiàn)場的各種干擾源很容易通過地線竄進(jìn)計算機系統(tǒng)，危及系統(tǒng)的安全運行。一般而言，屏蔽地、機殼等與大地相連，接地電阻應(yīng)小于4Ω，該接地網(wǎng)若與變電站的接地系統(tǒng)相連，接地電阻應(yīng)小于1Ω。而模擬地與數(shù)字地為懸浮地。

7、結(jié)束語

變電站綜合自動化系統(tǒng)是實現(xiàn)電網(wǎng)自動化的主要基礎(chǔ)之一，是滿足現(xiàn)代化供用電的實時、可靠、安全、經(jīng)濟運行管理的需要，它已通過計算機網(wǎng)絡(luò)與企業(yè)全廠信息管理系統(tǒng)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)資源的共享。利用計算機強大的制表與分析統(tǒng)計能力，進(jìn)行生產(chǎn)的成本核算，綜合利用電能計費時的峰谷差，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益。工礦企業(yè)變電站采用綜合自動化系統(tǒng)取代常規(guī)二次系統(tǒng)已成為必然趨勢。