淺談110kV智能變電站的設(shè)計(jì)

柯賽

摘 要：隨著信息技術(shù)發(fā)展，電力系統(tǒng)也向智能化方向快速發(fā)展，智能變電站作為當(dāng)前變電站發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。文章針對(duì)智能變電站的基本結(jié)構(gòu)、技術(shù)特點(diǎn)，對(duì)110kV智能變電站的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并且結(jié)合有關(guān)的工程實(shí)例對(duì)其相關(guān)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：110kV；智能變電站；設(shè)計(jì)

為進(jìn)一步提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，當(dāng)前變電站發(fā)展的過(guò)程當(dāng)中，許多設(shè)施設(shè)備逐步向自動(dòng)化、智能化發(fā)展，這些也是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)和前提。通過(guò)運(yùn)用智能化設(shè)備，智能變電站可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的智能調(diào)節(jié)和實(shí)時(shí)控制，確保電網(wǎng)的正常運(yùn)行，它高效提升了電力系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性，為此工作人員必須要予以高度關(guān)注。

1 智能變電站概述

1.1 定義

所謂的智能變電站是指有效運(yùn)用現(xiàn)代化智能設(shè)備及其相應(yīng)的組合和處理，使得信息共享標(biāo)準(zhǔn)化、通信平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)化以及變電站信息的數(shù)字化得以實(shí)現(xiàn)，同時(shí)能夠?qū)﹄娏W(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行進(jìn)行自動(dòng)控制、檢測(cè)、采集、測(cè)量以及保護(hù)等，并根據(jù)實(shí)際要求，對(duì)輸配電網(wǎng)進(jìn)行在線決策分析、協(xié)同互動(dòng)以及實(shí)時(shí)控制等，從而真正實(shí)現(xiàn)與周圍變電站交流互動(dòng)。

1.2 智能變電站的基本結(jié)構(gòu)

通常情況下，就物理結(jié)構(gòu)而言，智能變電站可以分為智能化一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備；就系統(tǒng)功能而言，智能變電站可以分為過(guò)程層、間隔層以及站控層，其中過(guò)程層設(shè)備主要由變壓器以及斷路器等一次設(shè)備和相關(guān)的智能組件構(gòu)成，間隔層設(shè)備主要由計(jì)量設(shè)備、測(cè)控設(shè)備等相關(guān)接入轉(zhuǎn)化設(shè)備構(gòu)成。而站控層則主要是由防誤閉鎖系統(tǒng)、保護(hù)信息管理系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)等組成。

1.3 智能變電站的技術(shù)特點(diǎn)

1.3.1 中端分級(jí)控制設(shè)備技術(shù)

依靠電力安全的生產(chǎn)準(zhǔn)則來(lái)有效控制技術(shù)水平的高低，這樣一來(lái)，其設(shè)備層和間隔層就可以通過(guò)較為獨(dú)立的分級(jí)控制模式來(lái)發(fā)揮其相關(guān)的功能，同時(shí)也能夠較大幅度的提升變電站設(shè)備的利用率，大大減輕了中央處理設(shè)備的負(fù)荷，也使得由于集中控制設(shè)備而存在的運(yùn)作風(fēng)險(xiǎn)得以降低。

1.3.2 引用設(shè)備控制端

智能變電站通過(guò)計(jì)算機(jī)的引用設(shè)備控制端來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)維工作，總體而言，計(jì)算機(jī)的終端系統(tǒng)具有高智能化的運(yùn)作大腦們能夠根據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行再次運(yùn)作，從而減少變電連鎖故障，110kV變電站的供電可靠性提高。

1.3.3 光纖技術(shù)的電力裝置集成化

利用先進(jìn)的科學(xué)光纖技術(shù)對(duì)相關(guān)局域網(wǎng)監(jiān)督管理是智能變電站運(yùn)作的主要方式，同時(shí)它也可以使得各層之間的數(shù)據(jù)傳輸變得更加的可靠穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)信息化的自由傳播，這不僅能夠使得變電站的電能管理及監(jiān)測(cè)更為集中化，也能夠使得設(shè)備空間及安裝成本得到節(jié)約。

1.3.4 局部全局的智能控制

110kV智能變電站在選擇控制設(shè)備時(shí)，必須要滿足設(shè)備智能化的一系列要求，從而有效實(shí)現(xiàn)設(shè)備的全自動(dòng)化以及智能化的控制，并通過(guò)對(duì)第一、二控制基礎(chǔ)的有效運(yùn)用以及先進(jìn)光電信息技術(shù)來(lái)科學(xué)完成對(duì)總端的合理控制，并實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備柜以及電流互感器的智能化管理。

2 智能變電站的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 對(duì)智能化一次設(shè)備進(jìn)行選擇

（1）依據(jù)工作需要，在110kV智能變電站主變側(cè)運(yùn)用的都是電子式互感器信號(hào)傳輸元件主要使用的是光纖，光纖與磁光玻璃通過(guò)膠結(jié)的方式進(jìn)行連接，與其他的相比而言，它有著較短的維護(hù)周期，且閉環(huán)控制技術(shù)能夠確保自身有著較大的精準(zhǔn)度和動(dòng)態(tài)范圍。此外，部分一次設(shè)備還能夠確保原來(lái)設(shè)備不變，將其智能化接口作為智能終端，能夠有效實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的運(yùn)行要求。

（2）使用中置式真空開關(guān)柜對(duì)l10kV電力系統(tǒng)進(jìn)行配電，在各自的開關(guān)柜上統(tǒng)一安裝其各出線的保護(hù)測(cè)控裝置，為此，只需要在主變低壓側(cè)外匹配智能終端，不需要對(duì)每個(gè)出線柜都予以相關(guān)配置。

2.2 構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

有效運(yùn)用高速以太網(wǎng)絡(luò)，能夠大大提升系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸速率，使其速率超過(guò)100Mb/s，同時(shí)所有設(shè)備支持IEC61850規(guī)約且都有相應(yīng)的通信接口，依據(jù)邏輯功能，則可以將網(wǎng)絡(luò)劃分為三個(gè)不同的層次，即間隔層、過(guò)程層和站控層。

過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)可以分為采樣數(shù)據(jù)網(wǎng)和GOOSE網(wǎng)，從物理特性方面看，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為星型拓?fù)?，兩者之間相互獨(dú)立。站控層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥x取的單星型結(jié)構(gòu)。GOOSE控制網(wǎng)的相應(yīng)設(shè)備必須支持GOOSE技術(shù)，且符合IEC61850規(guī)約。針對(duì)雙重化的系統(tǒng)保護(hù)特殊要求，對(duì)于有關(guān)的過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)為雙重化配置必須要確保。在進(jìn)行構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)時(shí)，應(yīng)該堅(jiān)持雙重化配置的兩個(gè)過(guò)程層完全獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)原則，滿足繼電保護(hù)的相關(guān)要求，從而使得電力系統(tǒng)的安全有足夠的保證。

3 智能變電站的設(shè)計(jì)方案

3.1 某智能變電站工程的概況

某智能變電站的設(shè)計(jì)電壓等級(jí)為110kV，是全戶內(nèi)終端變電站，目前擁有12回10kV出線，1回110kV出線，設(shè)計(jì)規(guī)劃為2臺(tái)，50K～A變壓器1臺(tái)。該變電站僅有一座生產(chǎn)綜合樓，規(guī)模較小，使用的是GIS組合電器和開關(guān)柜設(shè)備。

3.2 智能化一次設(shè)備

根據(jù)智能變電站設(shè)計(jì)以及應(yīng)用等相關(guān)要求，在滿足經(jīng)濟(jì)性、可靠性的前提下，采取一些有效的措施對(duì)智能化一次設(shè)備進(jìn)行選擇，同時(shí)配備相應(yīng)的傳感器以及智能終端等設(shè)備，逐步將以往的一次設(shè)備轉(zhuǎn)換成現(xiàn)代化的智能一次設(shè)備。

（1）對(duì)主變壓器的智能化改造。通過(guò)科學(xué)使用智能化終端設(shè)備能夠有效實(shí)現(xiàn)油中溶解氣體的特征量的監(jiān)測(cè)分析、有載調(diào)壓開關(guān)等主變壓器電量以及設(shè)備的控制和管理、主變中性點(diǎn)隔離開關(guān)的控制。

（2）對(duì)110kV進(jìn)線側(cè)以及內(nèi)橋側(cè)進(jìn)行智能化改造，具體可以選用羅氏線圈電子式的電流電壓互感器，考慮到性價(jià)比的因素，對(duì)于出線間隔可以選擇一些較為常規(guī)的互感器，比如說(shuō)羅氏線圈電子式電流互感器。

（3）設(shè)置變電站智能開關(guān)。在對(duì)110kV進(jìn)行安裝時(shí)，可以運(yùn)用就地開關(guān)柜的多功能裝置實(shí)現(xiàn)測(cè)控、計(jì)量以及相關(guān)的保護(hù)功能，并通過(guò)對(duì)斷路器狀態(tài)的分析、監(jiān)測(cè)和采集等方式，有效實(shí)現(xiàn)對(duì)110kV斷路器的管控。

（4）對(duì)于智能變電站而言，還可以使用在線統(tǒng)一的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，信號(hào)的傳輸通過(guò)電纜得以實(shí)現(xiàn)，連接傳感器信號(hào)與間隔智能單元，從而有效實(shí)現(xiàn)對(duì)在線數(shù)據(jù)信息的監(jiān)測(cè)和采集，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性。

3.3 智能變電站系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

（1）間隔層

優(yōu)化設(shè)計(jì)變電站系統(tǒng)時(shí)，可以直接連接110kV設(shè)備與站控層中心交換機(jī)。與此相比，單星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是110kV間隔設(shè)置時(shí)必須要做的工作，此時(shí)通過(guò)光纖能夠有效實(shí)現(xiàn)與站控層網(wǎng)絡(luò)的合理連接。

（2）過(guò)程層

間隔層和過(guò)程層設(shè)備均屬于就地一體化設(shè)計(jì)，大大簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以直接取消過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)，從而使得成本得以節(jié)約。

（3）站控層

選取單星型結(jié)構(gòu)的站控層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行構(gòu)建時(shí)需要根據(jù)MMS、SNTP合一的形式，在滿足智能化功能要求的前期下，適當(dāng)減少成本和設(shè)備投資。同時(shí)，還需要結(jié)合該變電站的實(shí)際情況，配置兩臺(tái)24口站控層以太網(wǎng)的交換機(jī)，以此來(lái)滿足該變電站的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展以及實(shí)際需求。

4 結(jié)束語(yǔ)

就目前而言，國(guó)內(nèi)智能變電站仍處于起步階段，需要進(jìn)一步的分析和應(yīng)用，特別是在對(duì)110kV智能變電站進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，還需要進(jìn)一步提升一次設(shè)備兼容技術(shù)、傳統(tǒng)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)保護(hù)裝置等技術(shù)水平。所以，我們需要依據(jù)電力行業(yè)發(fā)展的實(shí)際情況，逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)智能變電站的推廣工作。