110kV智能化變電站電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

杜家威　張亞敏　王一帆

摘要：在現(xiàn)階段，為了應(yīng)對這些嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，電力行業(yè)確定了向智能電網(wǎng)發(fā)展的方向，智能電網(wǎng)的提出能很好地解決當(dāng)前電力行業(yè)所面臨的問題。在智能電網(wǎng)的改造建設(shè)中，智能變電站會比傳統(tǒng)變電站擔(dān)任更加重要的工作任務(wù)。結(jié)合智能電網(wǎng)中分布式電源的大量接入和與用戶的互動(dòng)性要求，采用數(shù)字化測量和智能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等智能技術(shù)構(gòu)建智能電網(wǎng)。

關(guān)鍵詞：110kv智能化變電站；電氣系統(tǒng)；設(shè)計(jì)措施

1.變電站電氣一次設(shè)計(jì)

1.1布置電氣平面

對場地因素進(jìn)行充分分析，對施工場地的情況進(jìn)行勘察設(shè)計(jì)，制定設(shè)計(jì)規(guī)劃，然后設(shè)計(jì)變電站電氣一次設(shè)備，最終形成總體設(shè)計(jì)方案。如戶內(nèi)布置和戶外布置的主變形式，設(shè)計(jì)中充分分析主變設(shè)計(jì)消防設(shè)備和通風(fēng)措施，此外，設(shè)計(jì)二次設(shè)備的時(shí)候，垂直空間中不能設(shè)計(jì)電容器，避免電容器干擾計(jì)算機(jī)設(shè)備，提升電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性和可靠性。

1.2選擇電氣設(shè)備

完成變電站建筑平面設(shè)計(jì)之后，依據(jù)設(shè)計(jì)區(qū)域的功能進(jìn)行劃分，需考慮電流、負(fù)荷等參數(shù)。利用主接線方式來對電氣設(shè)備額定值進(jìn)行選擇，分析合理工作狀態(tài)，校驗(yàn)核算電氣設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性等參數(shù)，并且對設(shè)計(jì)原則進(jìn)行分析，在滿足安全位置、環(huán)境需求以及使用規(guī)范的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)設(shè)備體積，通過已確定變電站為系統(tǒng)提供運(yùn)行方式以及供電量，對變電站系統(tǒng)的技術(shù)和變壓器數(shù)量進(jìn)行確定。

1.3設(shè)計(jì)主接線

第一，選擇雙電源形式，主要就是利用I型接線方式進(jìn)行處理，此外能夠連接其他變電電路，變壓器連接高壓側(cè)線線路，依據(jù)母線分段的方式來處理低壓線路，不需要使用很多高壓設(shè)備，具備靈活、清晰的線路性質(zhì)。實(shí)際操作中比較少連接高壓設(shè)備，存在相對小的占地面積，高壓線如果出現(xiàn)故障，能夠通用主變壓器，若某個(gè)電源出現(xiàn)失效的現(xiàn)象，利用繼電保護(hù)方式進(jìn)行自動(dòng)切換，在符合功率轉(zhuǎn)移規(guī)范的前提下設(shè)計(jì)。第二，選擇單母線形式，這種設(shè)計(jì)方式主要包括兩種電源進(jìn)線方式，一路作為備用、一路作為主線，依據(jù)單母線方式連接高壓線路，以便能夠穩(wěn)定安全地運(yùn)行供電系統(tǒng)。如果電源出現(xiàn)故障，利用連接備用低壓接線兩段母線來對系統(tǒng)進(jìn)行供電恢復(fù)。實(shí)際操作中應(yīng)用備用電源接線，具有成本較高和工藝復(fù)雜的的特點(diǎn)，適合應(yīng)用在城市供電網(wǎng)中高功率轉(zhuǎn)移、大電需求的場合中。第三，選擇內(nèi)橋連接形式，這種技術(shù)能夠在電網(wǎng)中接入兩路接線，系統(tǒng)中接人高壓線內(nèi)橋，有機(jī)結(jié)合低壓線，以便形成四回路供電系統(tǒng)，斷路器保護(hù)系統(tǒng)不需要過多，因?yàn)橄到y(tǒng)中存在多回路，降低系統(tǒng)靈活性，出現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)行程序，如果變壓器故障，存在兩個(gè)以上斷路器，對故障線路進(jìn)行切斷，適合用在頻繁操作的電路中。

1.4防雷及過電壓保護(hù)裝置設(shè)計(jì)

避雷器是一種保護(hù)電器，用來保護(hù)配電變壓器，電站和變電所等電器設(shè)備的絕緣免受大氣過電壓或某些操作過電壓的危害。大氣過電壓由雷擊或靜電感應(yīng)產(chǎn)生；操作過電壓一般是由于電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況發(fā)生突變而產(chǎn)生電磁振蕩所致。避雷器有兩種：①閥型避雷器按其結(jié)構(gòu)的不同，又分為普通閥型避雷器和磁吹閥型避雷器；②管型避雷器，利用絕緣管內(nèi)間隙中的電弧所產(chǎn)生的氣體把電弧吹滅。用于線路作為防雷保護(hù)。閥型避雷器應(yīng)按下列條件選擇：①額定電壓：避雷器的額定電壓應(yīng)與系統(tǒng)額定電壓一致。②滅弧電壓：按照使用情況，校驗(yàn)避雷器安裝地點(diǎn)可能出現(xiàn)的最大的導(dǎo)線對地電壓，是否等于或小于避雷器的最大容許電壓（滅弧電壓）；在中性點(diǎn)非直接接地的電網(wǎng)中應(yīng)不低于設(shè)備最高運(yùn)行線電壓。

2.電氣二次設(shè)計(jì)

2.1智能化設(shè)備整合

①在選擇智能開關(guān)時(shí)，應(yīng)結(jié)合原有傳統(tǒng)開關(guān)設(shè)計(jì)方案，將變電站內(nèi)所有電氣二次設(shè)備的接口全部轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化模式，然后將其與智能終端機(jī)相連接。這種直接的方式雖然可以降低智能化變電站設(shè)備的投資成本，但是由于缺乏了數(shù)據(jù)線路監(jiān)控設(shè)備，因此從智能化角度看仍存在明顯的缺陷。②可以選擇在數(shù)字化接口處加裝有源性或無源性電子互感器，其中有源性互感器能夠有效地使電源和電路之間形成匹配，解決了電源本身穩(wěn)定性的問題；無源性互感器則主要是采用光學(xué)傳感技術(shù)，所需要的費(fèi)用較高，因此目前國內(nèi)智能化改造設(shè)計(jì)中不常應(yīng)用。③可以選擇基于IEC61850的自動(dòng)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以將電氣二次設(shè)備實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化轉(zhuǎn)變，同時(shí)可以與變電站內(nèi)各打印設(shè)備相連接，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備集控、打印集控的設(shè)計(jì)目的。

2.2直流通信電源整合

電氣二次設(shè)備的電源中包括蓄電池，而蓄電池的容量則應(yīng)該按照2h獨(dú)立發(fā)電為標(biāo)準(zhǔn)，如變電站本身地理位置偏遠(yuǎn)，則蓄電池容量應(yīng)滿足4h獨(dú)立通信或2h獨(dú)立發(fā)電。智能化電氣二次設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用分段式開關(guān)設(shè)計(jì)，即采用整合直流電源設(shè)計(jì)方案。該方案并不會刪除變電站已有的直流供電線路，而是在48V線路和220V線路上設(shè)計(jì)兩個(gè)直流母線，并根據(jù)變電站內(nèi)實(shí)際電流負(fù)荷情況設(shè)計(jì)蓄電池的容量，并且不設(shè)計(jì)單獨(dú)的通信線路蓄電池。

2.3通信規(guī)約的選擇

在智能化改造后的電氣二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)中，其主要包括兩個(gè)層次，其一是站控層；其二是過程層，兩個(gè)層次網(wǎng)絡(luò)所涉及的通信規(guī)約也有著不同的特點(diǎn)。首先，站控層次網(wǎng)絡(luò)的通信規(guī)約通常選擇103，其是以傳統(tǒng)通信規(guī)約為基本架構(gòu)，因此操作的互助性明顯降低，但所需要的成本也會大幅度下降。還可以選擇以IEC61850為基礎(chǔ)的通信規(guī)約，其可以構(gòu)建數(shù)字化的變電站電氣二次設(shè)備控制平臺，不過構(gòu)建成本明顯偏高，但使用效果好。該類通信規(guī)約適用于構(gòu)建過程層次的網(wǎng)絡(luò)，其具有的FT3幀格式、傳輸延時(shí)性固定、串口通信要求高等特點(diǎn)均顯示了更好的使用可靠性。

在智能變電站設(shè)計(jì)中，主要包括電氣一次設(shè)計(jì)與電氣二次設(shè)計(jì)。電氣一次設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括電氣主接線設(shè)計(jì)以及變壓器、斷路器、隔離開關(guān)等一些電氣一次設(shè)備的設(shè)計(jì)。二次設(shè)備的設(shè)計(jì)有助于提升變電站的運(yùn)行效率，所以需要將設(shè)計(jì)工作落實(shí)到位。