110 kV戶外模塊化智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)及優(yōu)化

蘇婷, 李鈞超

(1.國網(wǎng)寧夏電力設(shè)計(jì)有限公司，寧夏 銀川 750002；2.國網(wǎng)寧夏電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，寧夏 銀川 750002)

110 kV戶外模塊化智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)及優(yōu)化

蘇婷1, 李鈞超2

(1.國網(wǎng)寧夏電力設(shè)計(jì)有限公司，寧夏 銀川 750002；2.國網(wǎng)寧夏電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，寧夏 銀川 750002)

研究預(yù)制艙式組合二次設(shè)備配置方案模塊化集成能更好地推進(jìn)模塊化智能變電站建設(shè)。基于工程設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從設(shè)計(jì)角度總結(jié)模塊化智能變電站建設(shè)中存在的問題，并重點(diǎn)研究110 kV模塊化智能變電站預(yù)制艙式組合二次設(shè)備配置方案及模塊化集成，優(yōu)化方案可顯著減少變電站二次設(shè)備及屏柜數(shù)量，減輕現(xiàn)場施工及調(diào)試工作量。

模塊化變電站；功能集成；預(yù)制艙；二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)；優(yōu)化方案；二次設(shè)備

0 引 言

隨著近年智能電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展，設(shè)備開發(fā)、設(shè)計(jì)、現(xiàn)場施工、后期調(diào)試等各方面技術(shù)都已日趨成熟。與此同時(shí)仍存在一些問題，導(dǎo)致變電站建設(shè)周期較長、投資較大。例如變電站二次系統(tǒng)的建設(shè)周期主要受其建設(shè)模式影響。傳統(tǒng)的建設(shè)模式為：首先由設(shè)計(jì)人員對(duì)整個(gè)站內(nèi)二次系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并根據(jù)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備、保護(hù)設(shè)備及其他智能化設(shè)備的ICD文件設(shè)計(jì)虛回路；然后由建設(shè)方繼保人員、設(shè)計(jì)人員以及相關(guān)設(shè)備廠家技術(shù)人員至綜合自動(dòng)化系統(tǒng)廠家進(jìn)行綜自聯(lián)調(diào)，繼而將設(shè)備運(yùn)至現(xiàn)場；最后由廠家技術(shù)人員和設(shè)計(jì)人員配合施工方及建設(shè)方開展相關(guān)配線、安裝、調(diào)試等工作。可以看到，傳統(tǒng)模式環(huán)節(jié)多且耗時(shí)，為了有效解決這一問題，近年來，國家電網(wǎng)公司從電網(wǎng)建設(shè)的實(shí)際出發(fā)，大力推進(jìn)“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化加工、模塊化建設(shè)”工作。模塊化智能變電站在這一形勢下應(yīng)運(yùn)而生，并以其諸多優(yōu)勢成為今后智能變電站建設(shè)發(fā)展的主要方向。

二次系統(tǒng)設(shè)備模塊作為戶外模塊化智能變電站的重要構(gòu)成部分，它的研發(fā)優(yōu)化可以明顯減少變電站建設(shè)的人力及物力消耗，縮短工程建設(shè)周期，降低工程投資。整站二次系統(tǒng)設(shè)備模塊由廠家集成，在工廠內(nèi)以最優(yōu)方式對(duì)設(shè)備進(jìn)行模塊化集成及相關(guān)加工、安裝、配線、調(diào)試等工作，并作為一個(gè)整體運(yùn)輸至工程施工現(xiàn)場[1]?？梢园l(fā)現(xiàn)，采用模塊化集成的二次系統(tǒng)建設(shè)流程精簡，較傳統(tǒng)模式明顯減少了設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試消缺的工作量，大大縮減工程的建設(shè)周期，建設(shè)效率明顯提高。

目前，國內(nèi)許多地方供電公司已陸續(xù)開展模塊化智能變電站試點(diǎn)工程的建設(shè)，但建設(shè)技術(shù)尚未成熟，有待進(jìn)一步改善與推進(jìn)。論文基于筆者自身工程實(shí)踐設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，從設(shè)計(jì)角度淺談模塊化智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中存在的問題，并對(duì)110 kV模塊化智能變電站預(yù)制艙式組合二次設(shè)備配置方案及模塊化集成重點(diǎn)研究。

1 存在的問題及影響分析

模塊化智能變電站二次系統(tǒng)的建設(shè)模式，較常規(guī)的智能變電站雖然有諸多優(yōu)勢，但仍存在以下幾個(gè)問題。

1.1 二次設(shè)備的功能集成與組柜

二次設(shè)備的功能集成沒有達(dá)到最優(yōu)化，存在很大的整合空間。且落實(shí)到各地方供電公司，部分功能集成會(huì)因一些特殊原因不能得以實(shí)施，導(dǎo)致二次系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量較傳統(tǒng)的智能變電站并未明顯減少，交換機(jī)數(shù)量無法減少，網(wǎng)絡(luò)接線仍舊復(fù)雜。

例如目前全站的計(jì)量方式仍采用常規(guī)電子式電能表，不僅增加了設(shè)備數(shù)量且在組柜方式也存在爭議。常規(guī)電能表的組柜方式有二種：若電能表單獨(dú)組柜，則110 kV變電站電能表(除去中、低壓側(cè)電能表)至少需要二面柜體；若將電能表下放至各間隔保護(hù)測控柜，雖然可以減少二面柜體，但會(huì)給供電公司保護(hù)專業(yè)、計(jì)量專業(yè)人員的正常工作帶來不便與糾紛。

總體來說，整站二次設(shè)備數(shù)量及所需屏柜數(shù)量無明顯減少，且在設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)方面無顯著改善。

1.2 招標(biāo)模式

首先，由于缺乏模塊化智能變電站整站二次設(shè)備集中招標(biāo)專用技術(shù)規(guī)范，設(shè)計(jì)人員提報(bào)物料技術(shù)規(guī)范無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)模板，若要招得整站二次設(shè)備集成商，只能采用現(xiàn)行智能變電站獨(dú)立物料技術(shù)規(guī)范模板并打包的方式。這種做法的缺點(diǎn)是：設(shè)計(jì)人員需在國網(wǎng)公司審查技術(shù)規(guī)范時(shí)，要求國網(wǎng)物資部將整站二次設(shè)備技術(shù)規(guī)范打包。若出現(xiàn)設(shè)備漏打包的現(xiàn)象，則會(huì)導(dǎo)致整站二次設(shè)備招標(biāo)廠家不唯一。

其次，不能保證協(xié)議庫存設(shè)備及單一來源設(shè)備是否具備前接線前顯示功能，以及能否與集成商提供的其他設(shè)備進(jìn)行模塊化集成對(duì)接。

最后，由于目前國內(nèi)各大廠家規(guī)模參差不齊，統(tǒng)一集中招標(biāo)的中標(biāo)廠家有無模塊化集成的設(shè)計(jì)能力不得而知。中標(biāo)廠家的設(shè)計(jì)能力直接影響到與甲方及甲方設(shè)計(jì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的銜接配合順暢與否，影響變電站正常建設(shè)。

1.3 模塊化集成商

據(jù)筆者調(diào)研，目前國內(nèi)多數(shù)變電站綜自廠家對(duì)模塊化智能變電站建設(shè)的認(rèn)知仍停留在前幾年的裝配式智能變電站上，認(rèn)為模塊化智能變電站較常規(guī)智能變電站的不同之處僅體現(xiàn)在預(yù)制艙以及設(shè)備的即插即用上，對(duì)變電站各個(gè)模塊的劃分與集成不甚了解。

模塊化智能變電站實(shí)現(xiàn)了硬件的集成優(yōu)化，相應(yīng)的軟件升級(jí)改造必須向面向?qū)ο?、結(jié)構(gòu)化、模塊化、分布式的方向發(fā)展。

1.4 艙體的選擇與布置

目前，變電站可根據(jù)需要設(shè)置公用設(shè)備預(yù)制艙式二次組合設(shè)備、間隔預(yù)制艙式二次組合設(shè)備、交直流電源預(yù)制艙式二次組合設(shè)備、蓄電池預(yù)制艙式二次組合設(shè)備等。

如何最佳的選擇艙體大小，及如何優(yōu)化整站二次設(shè)備模塊劃分集成，直接決定了全站電纜、光纜的用量，影響變電站的投資及施工安裝工藝。

1.5 改變傳統(tǒng)的運(yùn)維習(xí)慣

模塊化新技術(shù)的產(chǎn)生，將改變傳統(tǒng)的運(yùn)維習(xí)慣，需要相關(guān)工作人員與時(shí)俱進(jìn)，接受新技術(shù)新思想，摒棄傳統(tǒng)的觀念。

2 設(shè)計(jì)優(yōu)化方案

2.1 二次設(shè)備功能高度集成

隨著現(xiàn)代電力電子、通信、計(jì)算機(jī)、人工智能等技術(shù)的飛速發(fā)展，及電力系統(tǒng)二次設(shè)備可靠運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)積累、集成化硬件的性能不斷提升，智能變電站二次系統(tǒng)的硬件設(shè)備將會(huì)向一體化集成的方向發(fā)展，軟件也將向面向?qū)ο?、模塊化、結(jié)構(gòu)化、分布式的方向發(fā)展。因此，對(duì)二次系統(tǒng)設(shè)備集成技術(shù)的研究符合國內(nèi)智能變電站未來的發(fā)展方向[2]。

對(duì)于110 kV智能變電站二次系統(tǒng)，可行的裝置集成方案有以下幾種：

(1)戶外站110 kV線路、分段(橋)均采用保護(hù)測控一體化裝置。戶內(nèi)站可根據(jù)實(shí)際情況采用保護(hù)、測控、計(jì)量、智能終端、合并單元多合一裝置[3]。

(2)主變配置主、后一體雙套電量保護(hù)。

(3)取消常規(guī)電子式電能表，實(shí)現(xiàn)測控裝置集成計(jì)量功能。

(4)當(dāng)采用保護(hù)、測控、計(jì)量、智能終端、合并單元多合一裝置時(shí)，可配置一套站域控制裝置，實(shí)現(xiàn)110 kV母線保護(hù)、全站備自投、低頻低壓減載等自動(dòng)控制功能。

(5)故障錄波與網(wǎng)絡(luò)記錄分析集成。

(6)保護(hù)及故障信息系統(tǒng)子站不配置獨(dú)立裝置。保護(hù)裝置信息由Ⅰ區(qū)監(jiān)控主機(jī)接收后存儲(chǔ)在Ⅰ區(qū)。故障錄波器信息由Ⅱ區(qū)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)(綜合應(yīng)用服務(wù)器)接收后存儲(chǔ)在Ⅱ區(qū)。

旅游營銷推廣方面，應(yīng)凸顯地域特色，優(yōu)化、整合文化傳播媒介。出游前，目的地文化主要通過大眾媒體、文學(xué)藝術(shù)作品等使游客產(chǎn)生旅游動(dòng)機(jī)。這一階段，文化傳播媒介能夠?qū)τ慰偷某跏颊J(rèn)知產(chǎn)生較大的影響，相關(guān)營銷機(jī)構(gòu)可以挖掘地方文化特色，提煉具有吸引力的旅游目的地形象，通過優(yōu)化和整合各種親近大眾生活的傳播渠道，如文學(xué)、藝術(shù)、歷史和民俗等，進(jìn)行推廣宣傳，達(dá)到更深遠(yuǎn)的營銷效果。此外，在文化傳播的內(nèi)容上，一方面應(yīng)該深入了解游客對(duì)旅游目的地具體的感知和興趣點(diǎn)，強(qiáng)化這些重要概念的傳播；另一方面可根據(jù)游客視角的文化認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)，挖掘和激活地域文化中重要但游客不了解的概念，并通過建立概念之間的聯(lián)系，豐富游客對(duì)地域文化的認(rèn)知。

(7)智能輔助系統(tǒng)綜合監(jiān)控平臺(tái)后臺(tái)系統(tǒng)，可由綜合應(yīng)用服務(wù)器實(shí)現(xiàn)。

2.2 二次設(shè)備模塊化集成

模塊設(shè)置主要按照設(shè)備功能及間隔對(duì)象進(jìn)行劃分，盡量減少模塊間二次接線工作量[4]。

1)主要模塊劃分

(1)站控層設(shè)備模塊

包含監(jiān)控系統(tǒng)站控層設(shè)備、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、二次系統(tǒng)安全防護(hù)設(shè)備、輔助控制系統(tǒng)等。

(2)公用設(shè)備模塊

包含站域保護(hù)控制裝置、公用測控裝置、時(shí)鐘同步系統(tǒng)、故障錄波及網(wǎng)絡(luò)記錄分析裝置、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)等。

(3)一體化電源系統(tǒng)模塊

包含站用交流電源、直流電源、交流不間斷電源(UPS)、蓄電池等。

(4)110 kV間隔設(shè)備模塊

包含110 kV線路(分段)保護(hù)測控集成裝置、過程層交換機(jī)等。

(5)主變間隔層設(shè)備模塊

包含主變壓器保護(hù)裝置、主變測控裝置等。

(6)通信設(shè)備模塊

包含光纖系統(tǒng)通信設(shè)備、站內(nèi)通信設(shè)備等。

2)設(shè)備配置優(yōu)化方案

一個(gè)規(guī)模較大的110 kV智能變電站，最佳的配置方案是：在110 kV配電裝置區(qū)空隙場地配置一個(gè)Ⅲ型間隔層設(shè)備預(yù)制艙，尺寸為12 200 mm×2 800 mm×3 133 mm，艙內(nèi)含110 kV系統(tǒng)設(shè)備模塊、主變系統(tǒng)設(shè)備模塊、直流系統(tǒng)設(shè)備模塊以及故障錄波、公用測控、時(shí)鐘同步等公用設(shè)備模塊。其他模塊采用預(yù)制式二次組合設(shè)備布置于二次設(shè)備室內(nèi)。35 kV及10 kV保護(hù)測控裝置就地安裝于配電室開關(guān)柜內(nèi)。預(yù)制艙式二次組合設(shè)備采用前接線、前顯示式裝置。

具體設(shè)備配置方案如表1所示。

3)預(yù)制光纜及預(yù)制電纜

(1)預(yù)制光纜

全站采用雙端預(yù)制光纜。艙/室內(nèi)屏柜之間采用雙端預(yù)制尾纜，艙/室內(nèi)保護(hù)裝置到戶外智能控制柜采用光纖轉(zhuǎn)接方案。在預(yù)制艙及二次設(shè)備室分別設(shè)置光纖轉(zhuǎn)接柜，光纖轉(zhuǎn)接柜與艙/室內(nèi)二次設(shè)備間采用尾纜連接，在工廠完成接線及調(diào)試；與艙/室外設(shè)備間采用多芯室外預(yù)制光纜連接，現(xiàn)場即插即用。因此各間隔光纜連接可由原來的智能控制柜與多個(gè)二次設(shè)備的連接，簡化為智能控制柜與艙/室內(nèi)光纖轉(zhuǎn)接柜的連接，即采用1或2根多芯光纜完成智能控制柜與艙/室內(nèi)光纖轉(zhuǎn)接柜的所有接線。

表1 110 kV戶外站二次系統(tǒng)設(shè)備配置方案

(2)預(yù)制電纜

電力電纜均采用非預(yù)制電纜，控制電纜部分采用預(yù)制電纜，使用航空插頭進(jìn)行連接。

2.3 推出模塊化智能變電站專用技術(shù)規(guī)范模板

在1.2章節(jié)中已列出缺乏模塊化智能變電站專用技術(shù)規(guī)范模板的諸多弊端，為更好的推進(jìn)今后模塊化智能變電站建設(shè)工作，筆者認(rèn)為推出模塊化智能變電站專用技術(shù)規(guī)范模板意義重大。

3 結(jié)束語

論文主要對(duì)110 kV模塊化智能變電站預(yù)制艙式組合二次設(shè)備配置方案及模塊化集成進(jìn)行研究。通過工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)設(shè)計(jì)過程中存在的問題，提出了設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，可顯著減少變電站二次設(shè)備及屏柜數(shù)量，工廠設(shè)備模塊化集成可有效減輕現(xiàn)場施工及調(diào)試工作量。論文未考慮變電站一次設(shè)備與二次設(shè)備的模塊化集成方案，今后還需進(jìn)一步深入研究全站設(shè)備模塊化集成方案。

致 謝

本文是在國網(wǎng)寧夏電力設(shè)計(jì)有限公司王建春等工作人員的大力支持下完成的，在此向他們表示衷心的感謝。

[1] 倪益民，楊宇，樊陳等.智能變電站二次設(shè)備集成方案討論[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2014，38(3)：194-199.

[2] 陳文興 . 模塊化智能變電站二次設(shè)備集成優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J]. 電力科技, 2015, 8(3): 307-308.

[3] 宋璇坤，沈江，李敬如，等. 新一代智能變電站概念設(shè)計(jì)[J].電力建設(shè)，2013，56(6)：11-15.

[4] 余盛超，陳文軍，司海建,等.模塊化變電站建設(shè)及運(yùn)維過程分析[J].中國電業(yè)(技術(shù)版)，2014，4(7)：63-65.

地球是我家，綠化靠大家。樹木擁有綠色，地球才有脈博。

一花一草皆生命，一枝一葉總關(guān)情。綠色是地球的本色。

小草有生命，足下多留“情”。綠色——生命之源。

帶走的花兒生命短暫，留下的美麗才是永遠(yuǎn)。

一棵樹加一棵樹。等于一片樹林。

Design and Optimization of the Secondary System for the 110 kV Outdoor Modularized Intelligent Substation

Su Ting1, Li Junchao2

(1. State Grid Ningxia Electric Power Design Co., Ltd., Yinchuan Ningxia 750002, China; 2. State Grid Ningxia Electric Power Economic and Technical Research Institute, Yinchuan Ningxia 750002, China)

This paper studies a configuration scheme and modularized integration for prefabricated cabin type combined secondary equipment to promote construction of modularized intelligent substations. Based on experiences in engineering design and from the design angle, this thesis summarizes problems existing with the construction of modularized intelligent substations, and focuses on the study of the configuration scheme and modularized integration of prefabricated cabin type combined secondary equipment in the 110 kV modularized intelligent substations. The optimization scheme can reduce substantially the number of secondary equipment and panels at the substation and relieve the workload of on-site construction and debugging.

modularized substation； function integration； prefabricated cabin； secondary system design； optimization scheme； secondary equipment

10.3969/j.issn.1000-3886.2017.02.025

TM711

A

1000-3886(2017)02-0083-03

蘇婷(1989-)，女，寧夏人，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)二次設(shè)計(jì)。 李鈞超(1989-)，男，寧夏人，學(xué)士，工程師，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)設(shè)計(jì)評(píng)審工作。

定稿日期: 2016-08-31