110kV智能變電站設(shè)計與建設(shè)實(shí)例

【摘要】相比于傳統(tǒng)的變電站，智能變電站由于在節(jié)能、環(huán)保、自動化等方面具有非常大的優(yōu)勢，是未來南方電網(wǎng)電力行業(yè)發(fā)展的必然選擇，但是在設(shè)計和建設(shè)的技術(shù)方面也有一個循序漸進(jìn)、日趨完善的變化過程。本文通過南方某地110KV變電站設(shè)計和建設(shè)的實(shí)例分析，對比傳統(tǒng)變電站和智能變電站的優(yōu)劣，對110KV變電站設(shè)計的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了論述，對電力企業(yè)將來設(shè)計和建設(shè)110KV變電站具有一定的借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】110KV;智能變電站;設(shè)計與建設(shè)研究

引言

智能變電站是變電站發(fā)展的必然趨勢，是智能電網(wǎng)的核心載體，主要是運(yùn)用科學(xué)、集成、安全、環(huán)保的智能設(shè)備，通過實(shí)現(xiàn)電力信息數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、共享化的目標(biāo)要求，對變電站的電力信息資源進(jìn)行自動采集、實(shí)時監(jiān)控、智能調(diào)節(jié)、動態(tài)分析。隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)的日益普及推廣，相比于傳統(tǒng)的變電站，智能變電站在南方電網(wǎng)發(fā)展中具有廣闊的空間。因此，如何探索設(shè)計和建設(shè)智能變電站，便成為了電力企業(yè)深入研究的一項重要課題。筆者通過某地110KV變電站設(shè)計和建設(shè)的實(shí)例，對比于傳統(tǒng)的變電站，對智能變電站在設(shè)計和建設(shè)中需要解a決的一些技術(shù)問題談些粗淺的認(rèn)識。

一、智能變電站和傳統(tǒng)變電站的差異

相比較于傳統(tǒng)的變電站，智能變電站集合了智能化一次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備和自動化通信運(yùn)行設(shè)備，結(jié)構(gòu)比較緊湊，而且利用電子式互感器解決了傳統(tǒng)的互感器固有的一些技術(shù)問題，可以實(shí)現(xiàn)不同電力設(shè)備之間的無縫對接，消除了很多安全隱患，具有非常大的應(yīng)用空間（如圖1所示）。

圖1 南方電網(wǎng)某公司的智能變電站結(jié)構(gòu)圖

（一）智能化一次設(shè)備

涵蓋了電子式互感器和智能斷路器。電子式互感器主要包括無源電子式互感器和有源電子式互感器兩種，比如全光纖電流互感器就是無源型電子式互感器，體積小，重量輕，頻帶寬，光纖傳感，動態(tài)空間廣，有源型電子式互感器能夠?qū)鹘y(tǒng)互感器輸送的電壓和電流就地數(shù)字化，并通過光纖設(shè)施、計算機(jī)設(shè)備和合并單元功能及時傳輸?shù)诫娏ο到y(tǒng)的監(jiān)控、保護(hù)設(shè)備。與傳統(tǒng)的互感器相比，電子式互感器由于使用光纖作為傳輸和敏感元件，安裝維護(hù)很簡便，而且具有良好的抵抗干擾等安全可靠性能（如表1所示）。

表1 電子互感器與傳統(tǒng)互感器對比圖

智能斷路器是運(yùn)用新型傳感器和微電子、計算機(jī)技術(shù)等建立一個全新二次斷路，實(shí)現(xiàn)智能化操作的系統(tǒng)，主要是起輔助作用的斷路器。

（二）網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備

網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備主要包括過程層、間隔層、站控層三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

過程層是一次設(shè)備和二次設(shè)備的結(jié)合體，涵蓋了智能設(shè)備、終端設(shè)備和合并單元，主要實(shí)現(xiàn)電能資源的分配、變換、輸送和檢測、控制、計量、保護(hù)等功能。間隔層一般包括繼電保護(hù)、監(jiān)測控制等二次設(shè)備，通過間隔數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)智能傳感和控制設(shè)備的通信運(yùn)行。站控層囊括了通信、對時、自動化和站域控制等各個子系統(tǒng)，對于智能變電站來說，可以全部完成測量、控制、數(shù)據(jù)采集、信息保護(hù)等功能，是一個高度集成的裝置，既可以嵌入一臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，也能夠在多臺網(wǎng)絡(luò)終端分布，實(shí)現(xiàn)互連互通，非常容易形成共享的網(wǎng)絡(luò)信息資源。因此，對比于傳統(tǒng)的變電站，智能變電站能夠極大地提升不斷裝置的相互操作性能。

二、110KV智能變電站設(shè)計和建設(shè)的技術(shù)要點(diǎn)

（一）科學(xué)選擇智能設(shè)備

一方面，110KV智能變電站主變壓器運(yùn)用電子式互感器，使用光纖傳輸信號，其他一次設(shè)備還沿用以往的傳統(tǒng)變電站設(shè)備，智能化接口運(yùn)用智能終端設(shè)備，借以發(fā)揮智能設(shè)備的作用。另一方面，運(yùn)用中置式真空開關(guān)柜裝置進(jìn)行110KV變電站配電，并分別安裝出線保護(hù)裝置，但是智能終端設(shè)備可以只設(shè)計在主變低壓側(cè)，其他出線裝置上可以不用配備智能設(shè)備。

（二）合理設(shè)計網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

一是運(yùn)用高速以太網(wǎng)，確保110KV智能變電站的傳輸速率達(dá)到每秒鐘100Mb以上，而且通信接口連接到全部變電設(shè)備上，同時需要支持IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)。二是110KV智能變電站的所有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要包含過程層、間隔層和站控層三個層次。過程層要按照SV網(wǎng)、GOOSE網(wǎng)物理獨(dú)立設(shè)計，運(yùn)用星型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌瑫r為了實(shí)現(xiàn)雙重化保護(hù)，以及達(dá)到繼電保護(hù)裝置點(diǎn)對點(diǎn)的直采和直跳，過程層要進(jìn)行雙重配置，而且要遵循相互獨(dú)立的原則。站控層要運(yùn)用傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備設(shè)計，實(shí)現(xiàn)單以太網(wǎng)光纖連接，而且運(yùn)用單星型結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌瑫r要能夠支持GOOSE網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

三、110kV智能變電站設(shè)計和建設(shè)實(shí)例

近年來，隨著國家能源產(chǎn)業(yè)變革步伐的日益加快，南方電網(wǎng)公司堅持圍繞“一個目標(biāo)”，促進(jìn)“兩個轉(zhuǎn)變”，落實(shí)“三步走”，遵循“四個戰(zhàn)略取向”，建設(shè)“五個核心能力”的總體發(fā)展思路，電網(wǎng)運(yùn)行始終保持了安全穩(wěn)定的良好態(tài)勢，也帶動了110KV智能變電站設(shè)計和建設(shè)的數(shù)量的日益增多。

（一）設(shè)計建設(shè)站控層

對110KV智能變電站實(shí)行統(tǒng)一信息存取建模，確保信息數(shù)據(jù)采集、存儲、處理、傳輸能夠安全、穩(wěn)定、科學(xué)、高效運(yùn)行。

（二）設(shè)計建設(shè)間隔層

包括保護(hù)、測量、監(jiān)控、表計設(shè)備等。因?yàn)?10KV智能變電站的電力供應(yīng)運(yùn)用的是輻射式的結(jié)構(gòu)，通常不在進(jìn)線的地方設(shè)計保護(hù)裝置，而只是將保護(hù)裝置設(shè)計在內(nèi)橋或分段的地方。主變壓器設(shè)計一體化雙套后備保護(hù)裝置，每套裝置實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)電力信息采集和過流保護(hù)，非電量保護(hù)裝置通過本體智能終端實(shí)現(xiàn)跳閘保護(hù)，并及時將信息傳輸?shù)竭^程層GOOSE網(wǎng)。同時在電力信息的計量上仍然配備傳統(tǒng)的計量系統(tǒng)，110KV線路運(yùn)用電子式互感器后配置傳統(tǒng)計量互感器和數(shù)字式電能表兼容使用，以實(shí)現(xiàn)0.2s的精度，10KV低壓側(cè)仍然運(yùn)用傳統(tǒng)互感器和傳統(tǒng)智能電能表。

（三）設(shè)計建設(shè)過程層

依然通過光纖傳輸，運(yùn)用點(diǎn)對點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)總線的辦法來連接過程層和間隔層，變壓器的智能化通過變壓器、智能終端設(shè)備和智能組件來共同完成，開關(guān)設(shè)備的智能化通過GIS開關(guān)、智能終端設(shè)備和智能組件來共同完成，互感器設(shè)備的數(shù)字化通過智能變電站光電電流電壓互感器來完成。主變壓器高壓、低壓端的智能設(shè)備，仍然設(shè)計兩套，而且各自配備獨(dú)立GOOSE接口，實(shí)現(xiàn)與保護(hù)裝置點(diǎn)對點(diǎn)連接，并分別連接到GOOSE網(wǎng)，確保非電量信號能夠順利采集。同時，電子式互感器的設(shè)計要滿足科學(xué)性和效益型，運(yùn)用數(shù)字化接口，通過光纖實(shí)現(xiàn)合并單元傳輸，精確電流不能小于0.2s，保護(hù)電流不能小于5TPE，精確電壓不能小于0.2，保護(hù)電壓不能小于3P。主變高壓側(cè)可以依據(jù)A、B、C設(shè)計雙套全光纖電流型電子式互感器，110KV高壓母線設(shè)計一套全光纖電壓型電子式互感器，同時可以將常規(guī)電壓、電流互感器分別接到OCT、OPT后側(cè)，10KV低壓處可以設(shè)計一套三相電流電壓組合互感器，出線、電容器、接地變可以設(shè)計一套三相常規(guī)的電流互感器，低壓母線處可以設(shè)計三相常規(guī)電壓互感器。設(shè)計電子式互感器和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備連接系統(tǒng)的合并單元時，可以運(yùn)用光纖以太網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)IEC 61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)模式傳輸，高、低壓變壓器仍然設(shè)計雙套裝置，高壓側(cè)合并單元用中性點(diǎn)電流接入，主變和內(nèi)橋均設(shè)計雙套合并單元，每個合并單元都設(shè)計成單獨(dú)的GOOSE網(wǎng)絡(luò)切口和SV接口，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)自動保護(hù)和實(shí)時監(jiān)控。

結(jié)語

對于未來的變電站發(fā)展態(tài)勢來看，智能變電站是必然的發(fā)展趨勢，但是目前智能變電站仍然處于探索階段，在理論和實(shí)踐方面尚需進(jìn)一步的研究和應(yīng)用，特別是110KV智能變電站在設(shè)計和建設(shè)方面，由于需要同時兼容傳統(tǒng)變電站自動化系統(tǒng)、計算機(jī)保護(hù)裝置和一次設(shè)備的技術(shù)成熟度，仍然有許多關(guān)鍵性的技術(shù)需要解決和逐步完善。因此，110KV智能變電站的設(shè)計和建設(shè)也不是一蹴而就的事情，而應(yīng)當(dāng)結(jié)合電力行業(yè)發(fā)展的客觀實(shí)際循序漸進(jìn)、逐步實(shí)施推廣。

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