數(shù)字化牽引變電所布置方案研究

摘 要：文章結(jié)合我國首座試點(diǎn)數(shù)字化牽引變電所，對數(shù)字化牽引變電所的幾種接線和布置方式進(jìn)行了分析和探討，并比較了數(shù)字化牽引變電所和常規(guī)牽引變電所在調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)等方面的不同，對數(shù)字化牽引變電所的工程化應(yīng)用進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化；牽引變電所；布置

引言

數(shù)字化牽引變電所由于能解決綜合自動化系統(tǒng)中存在的二次電纜繁多復(fù)雜、數(shù)據(jù)信息采集重復(fù)且不共享、站內(nèi)各種功能系統(tǒng)相互獨(dú)立、二次設(shè)備互聯(lián)互換互操作困難、電流互感器存在磁飽和等問題，有著廣闊的應(yīng)用前景。

目前，電力系統(tǒng)已建成和在建的數(shù)字化變電所覆蓋電壓等級從10kV到1000kV，應(yīng)用已十分普遍，但鐵路牽引供電系統(tǒng)二次技術(shù)水平還主要停留在綜自階段。近年來，我國鐵路系統(tǒng)也加大了對數(shù)字化牽引變電所的研究。今年，我國首座數(shù)字化牽引變電所在山西中南部鐵路通道重載試驗(yàn)段建成試點(diǎn)。

1 數(shù)字化牽引變電所的特點(diǎn)

數(shù)字化牽引變電所的主要技術(shù)特征為：一是基于IEC61850通信規(guī)約，IEC61850將變電站通信體系分為3層[1]，站控層、間隔層、過程層， 采用基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的全站統(tǒng)一平臺，設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換；二是一次設(shè)備智能化，采用電子式互感器、智能開關(guān)（或配智能終端傳統(tǒng)開關(guān)）等智能一次設(shè)備，設(shè)備信息采用光纖傳輸；三是二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化，使用通信網(wǎng)絡(luò)交換信息，系統(tǒng)建模標(biāo)準(zhǔn)化，統(tǒng)一的信息模型和信息交換模型解決了互操作問題，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)、資源共享[2，3]，簡化了系統(tǒng)維護(hù)、工程配置和工程實(shí)施。

典型傳統(tǒng)變電站與數(shù)字化變電站的配置區(qū)別如圖1。

2 數(shù)字化牽引變電所的幾種主接線和布置方式

數(shù)字化牽引變電所主要涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括電子式互感器的應(yīng)用、智能化一次設(shè)備的研發(fā)和牽引變電所基本框架的研究等。

由于具體線路的情況不同、設(shè)備運(yùn)行成熟的程度不同，在數(shù)字化牽引變電所的工程應(yīng)用中存在多種主接線方式和多種運(yùn)行方式。文章以AT供電方式、主變壓器為220/2×27.5kV三相V/X接線、進(jìn)線采用線路變壓器組接線、戶外布置的牽引變電所為例，研究數(shù)字化變電所的布置方案。

2.1 數(shù)字化+常規(guī)綜自雙重配置

由于牽引供電系統(tǒng)負(fù)荷的特殊性，數(shù)字化牽引變電所目前尚無運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和有效的參考數(shù)據(jù)，為保證運(yùn)行的可靠性，同時驗(yàn)證系統(tǒng)的相關(guān)應(yīng)用，在試點(diǎn)階段可選用此種接線方式。

2.1.1 流互、壓互獨(dú)立布置

220kV側(cè)采用常規(guī)電流互感器與電子式電流互感器串聯(lián)，常規(guī)電壓互感器與電子式電壓互感器并聯(lián)；2×27.5kV側(cè)采用常規(guī)雙流互、雙壓互，一路直接接入常規(guī)綜自，一路經(jīng)過當(dāng)?shù)刂悄芙M件就地?cái)?shù)字化接入數(shù)字化綜自。虛框內(nèi)為與數(shù)字化綜自相連接的流互、壓互。

220kV、2×27.5kV側(cè)采用常規(guī)斷路器、隔離開關(guān)、常規(guī)變壓器，均通過當(dāng)?shù)刂悄芙M件實(shí)現(xiàn)就地?cái)?shù)字化。（見圖2）

電子式電壓互感器、電子式電流互感器輸出數(shù)字信號，通過合并單元將采樣信息以IEC61850傳輸標(biāo)準(zhǔn)傳輸給各保護(hù)測控等間隔層設(shè)備。

2.1.2 流互、壓互緊湊布置

圖3與圖2的區(qū)別是，2×27.5kV側(cè)的流互、壓互盡量緊湊布置，圖2中流互采用單臺單桿布置，圖3中采用一組2臺同桿架設(shè)；圖2中壓互8臺，圖3中壓互4臺，每臺采用雙線圈分別接入傳統(tǒng)綜自和數(shù)字化綜自。此種布置方式既能保證兩套綜自系統(tǒng)之間的相對獨(dú)立性，又減少了設(shè)備，節(jié)約了場地。我國首座數(shù)字化牽引變電所試點(diǎn)即采用的此種布置方式。

2.2 數(shù)字化布置

隨著數(shù)字化相關(guān)設(shè)備和技術(shù)的逐步成熟，數(shù)字化牽引變電所可直接采用數(shù)字化系統(tǒng)。

2.2.1 常規(guī)流互、壓互+當(dāng)?shù)刂悄芙M件

采用常規(guī)互感器和常規(guī)開關(guān)，通過智能組件柜實(shí)現(xiàn)就地?cái)?shù)字化，提供數(shù)字接口與間隔層保護(hù)測控裝置進(jìn)行通信。（見圖4）

2.2.2 220kV采用電子式流互、壓互

220kV側(cè)采用電子式流互和電子式壓互，通過合并單元將采樣信息以IEC61850傳輸標(biāo)準(zhǔn)傳輸給各保護(hù)測控等間隔層設(shè)備；其他設(shè)備采用常規(guī)設(shè)備，通過智能組件柜實(shí)現(xiàn)就地?cái)?shù)字化，提供數(shù)字接口與間隔層保護(hù)測控裝置進(jìn)行通信。（見圖5）

2.2.3 隨著設(shè)備智能化、集約化程度的不斷提高，設(shè)備布置可采用新的型式：隔離式斷路器（DCB），以“斷路器+隔離開關(guān)”合二為一的模式取代兩個分立設(shè)備的組合；流互和壓互的功能在同一臺設(shè)備中實(shí)現(xiàn)，即電子式電流電壓互感器；電子式互感器融入隔離式斷路器；電子式電流電壓互感器同時兼作進(jìn)線隔離開關(guān)的靜觸頭支持裝置。這些智能化的設(shè)置會不斷提高設(shè)備性能、減少占地和投資，但目前在應(yīng)用上尚不成熟。

2.3 數(shù)字化牽引變電所的布置方式比較（見表1）

3 數(shù)字化牽引變電所設(shè)計(jì)中需注意的問題

目前，數(shù)字化牽引變電所的研究和應(yīng)用還處于初級階段，帶來了很多新的技術(shù)，給設(shè)備的運(yùn)營維護(hù)提出了新的要求。

表2 數(shù)字化牽引變電所在運(yùn)營維護(hù)方面

與常規(guī)牽引變電所的不同

這就需要積極探索數(shù)字化牽引變電所的運(yùn)營維護(hù)模式，逐步提高運(yùn)營維護(hù)人員的專業(yè)化水平。

4 結(jié)束語

目前基于IEC61850的數(shù)字化變電所試運(yùn)行在我國已經(jīng)開始，隨著新設(shè)備智能化程度的不斷提高以及新技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字化牽引變電所將會逐步減少投資和土地占用；數(shù)字化的一些高級應(yīng)用如以供電臂為單元的網(wǎng)絡(luò)化保護(hù)、一次設(shè)備在線態(tài)勢感知、二次信息模型通用設(shè)計(jì)、系統(tǒng)自動在線檢驗(yàn)技術(shù)、系統(tǒng)功能自愈技術(shù)等也會不斷開展，數(shù)字化技術(shù)將為牽引變電所帶來廣闊前景。

參考文獻(xiàn)

[1]IEC61850 1999，Communication networks and system in substations[S].

[2]周建.基于數(shù)字化技術(shù)的牽引變電所自動化研究[J].電氣化鐵道，客運(yùn)專線技術(shù)研討會論文集 [C].

[3]李建，鄧四俊.數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)淺談[J].四川水利，2005（6）.