110kV智能變電站電氣設(shè)計(jì)探討

陳蘭蘭

智能變電站是智能電網(wǎng)的可靠支撐，是承擔(dān)輸配電的樞紐。在對(duì)智能變電站進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)與規(guī)劃過程中，需加強(qiáng)對(duì)智能變電站中的電氣設(shè)計(jì)。本文首先選取電氣主接線、防雷保護(hù)、監(jiān)控系統(tǒng)、電源系統(tǒng)等要點(diǎn)，對(duì) 110kV 智能變電站的電氣設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析，其次闡述了智能化一次、二次設(shè)備在變電站中的應(yīng)用，以供參考。

110kV變電站;智能設(shè)備;電氣設(shè)計(jì)

一、引言

隨著我國(guó)科技技術(shù)的不斷發(fā)展，變電站也逐漸實(shí)現(xiàn)了智能化發(fā)展。110kV變電站是電力系統(tǒng)中的重要組成部分，與電力系統(tǒng)的供電穩(wěn)定性有著密切關(guān)系，而電氣系統(tǒng)則直接決定110kV 智能變電站的性能。為保證其發(fā)揮應(yīng)有的效果，需要做好電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

二、電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1電氣主接線

選擇變電站主接線需要充分考慮變電站在整個(gè)系統(tǒng)中的作用、地位、電壓等級(jí)、位置、進(jìn)出線及站內(nèi)變壓器容量和臺(tái)數(shù)等條件。線變組接線具備使用高壓設(shè)備少、投資及土地占用少、繼電保護(hù)簡(jiǎn)單、接線方式簡(jiǎn)潔等優(yōu)勢(shì)，且在任一電源出現(xiàn)失電的狀況時(shí)，可通過備用自投轉(zhuǎn)移負(fù)荷，以便在最短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)供電。單母線接線方式下，110kV 變電站的電源進(jìn)線選擇兩路接 110kV電網(wǎng)，該方式具備運(yùn)行靈活、方便且供電穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。如果出現(xiàn)主供電源失電的狀況，可通過高壓備用自投的方式實(shí)現(xiàn)供電的自動(dòng)恢復(fù)。內(nèi)橋接線形式則具備所需斷路器少，且方便實(shí)現(xiàn)電路的投入及切除等優(yōu)點(diǎn)。一旦有線路故障發(fā)生，只有斷路器會(huì)斷開，其他回路的正常運(yùn)行不會(huì)受到影響的優(yōu)點(diǎn)。

不同的接線方式有著不同的優(yōu)勢(shì)，也被應(yīng)用在不同的需求和環(huán)境方面，在接線方式的選擇上，除了要結(jié)合各種接線方式的優(yōu)缺點(diǎn)外，還要充分考慮各種接線方式的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性。只有確保可行的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性，才能選擇出經(jīng)濟(jì)、合理的接線方式，以促進(jìn)整個(gè)電氣設(shè)計(jì)的合理化。

2.2?防雷保護(hù)

從雷電對(duì)變電站的危害性來分析，需選擇合理的手段對(duì)110kV變電站進(jìn)行保護(hù)，避免其受到雷擊，從而引發(fā)一系列不良反應(yīng)。變電站防雷設(shè)計(jì)主要涉及直擊雷保護(hù)及過壓保護(hù)。為防止直擊雷對(duì)設(shè)備的沖擊，一般采用設(shè)置屋頂避雷帶構(gòu)成主建筑物及變壓器的直擊雷保護(hù)。針對(duì)沿送電線路雷電侵入波的過電壓，110kV電壓配電裝置可在每條出線設(shè)置一組氧化鋅避雷器的方式進(jìn)行保護(hù)，10k電壓等級(jí)配電裝置可在母線上設(shè)置一組氧化鋅避雷器的方式進(jìn)行保護(hù)。此外，變電站主接地網(wǎng)可采用網(wǎng)格布置，利用水平接地體為主，垂直接地體為輔而構(gòu)成的復(fù)合接地網(wǎng)，主要設(shè)備接地端子應(yīng)采用引下線分別接入主接地網(wǎng)不同網(wǎng)格。

2.3?監(jiān)控系統(tǒng)

智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備配置和功能要求應(yīng)按無人值班模式設(shè)計(jì)，采用開放式分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，邏輯上由站控層、間隔層、過程層以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成。 ????站控層可采用一體化監(jiān)控系統(tǒng)，按《智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)規(guī)范》設(shè)計(jì)，由監(jiān)控主機(jī)兼操作員工作站、數(shù)據(jù)服務(wù)器、綜合應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)、防火墻、正反向隔離裝置、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)、交換機(jī)等設(shè)備構(gòu)成，提供站內(nèi)運(yùn)行的人機(jī)聯(lián)系界面，實(shí)現(xiàn)管理控制間隔層、過程層設(shè)備等功能，形成全站監(jiān)控、管理中心，并與遠(yuǎn)方監(jiān)控、調(diào)度中心通信。間隔層由保護(hù)、測(cè)控、計(jì)量、故障錄波及網(wǎng)絡(luò)分析等若干個(gè)二次子系統(tǒng)組成，在站控層及網(wǎng)絡(luò)失效的情況下，仍能獨(dú)立完成間隔層設(shè)備的就地監(jiān)控功能。過程層由合并單元、智能終端等構(gòu)成，完成與一次設(shè)備相關(guān)的功能，包括實(shí)時(shí)運(yùn)行電氣量的采集、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)、控制命令的執(zhí)行等。站內(nèi)監(jiān)控保護(hù)統(tǒng)一建模，統(tǒng)一組網(wǎng)，信息共享，通信規(guī)約統(tǒng)一采用DL/T 860，實(shí)現(xiàn)站控層、間隔層、過程層二次設(shè)備互操作。

2.4?電源系統(tǒng)

變電站電源系統(tǒng)主要由站用交流電源、直流電源、交流不間斷電源、直流變換電源、蓄電池組等組成。各應(yīng)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)、一體化配置、一體化監(jiān)控。首先系統(tǒng)中各電源通信規(guī)約應(yīng)相互兼容，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)、信息共享。其次系統(tǒng)的總監(jiān)控裝置應(yīng)能通過以太網(wǎng)通信接口采用DL/T 860規(guī)約與變電站后臺(tái)設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)一體化電源系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控維護(hù)管理，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2-1。

同時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)具有監(jiān)視站用交流電源、直流電源、蓄電池組、交流不間斷電源、直流變換電源等設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)的功能;應(yīng)具有交流電源切換、充電裝置充電方式轉(zhuǎn)換等功能。

三、智能設(shè)備的應(yīng)用

智能變電站主要由智能一次設(shè)備、智能二次設(shè)備和智能輔助設(shè)備組成，其中，“智能”指能夠?qū)ψ陨淼奈锢頎顟B(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)估，并能通過一體化的通信平臺(tái)對(duì)異常的狀態(tài)進(jìn)行信息傳遞，同時(shí)通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)故障環(huán)節(jié)進(jìn)行處理并實(shí)現(xiàn)自愈的功能。

3.1一次設(shè)備

智能化的一次設(shè)備是建立在傳統(tǒng)的一次設(shè)備上，添加對(duì)應(yīng)的智能組件構(gòu)成。智能組件是指由若干智能電子裝置集合組成，主要承擔(dān)宿主設(shè)備的測(cè)量、控制和狀態(tài)監(jiān)測(cè)等基本功能，以及相關(guān)計(jì)量、保護(hù)等功能。與傳統(tǒng)的一次設(shè)備相比，最大的不同在于智能化一次設(shè)備能夠?qū)ψ陨淼臓顟B(tài)進(jìn)行檢測(cè)并能與外界交換測(cè)量信息。

對(duì)于智能化一次設(shè)備來說，其技術(shù)的主要特點(diǎn)就表現(xiàn)在模擬數(shù)據(jù)下的數(shù)字化，具體來說就是在檢測(cè)與控制一次設(shè)備的過程中，要對(duì)相關(guān)操作仿真參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，采用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的傳輸。傳輸期間，在直觀反映其真實(shí)狀態(tài)的同時(shí)，可通過數(shù)據(jù)分析來決定是否將操作信號(hào)下達(dá)給主要設(shè)備，以此來有效實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的互動(dòng)。

3.2?二次設(shè)備

智能化的二次設(shè)備可以理解為網(wǎng)絡(luò)化的二次系統(tǒng)，主要承擔(dān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、系統(tǒng)保護(hù)、一體化信息傳遞及全站通訊的功能。智能輔助設(shè)備則主要實(shí)現(xiàn)安防、消防、視頻、環(huán)境監(jiān)測(cè)等功能，并實(shí)現(xiàn)信息的統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控系統(tǒng)的信息共享和操作聯(lián)動(dòng)，為無人值守提供技術(shù)支撐。

與常規(guī)變電站相比，智能變電站在設(shè)備上采用智能設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀 態(tài)的可視化，設(shè)備由定期檢修轉(zhuǎn)化成狀態(tài)檢修，提高了設(shè)備的使用效率和供電可 靠性，這些措施都提高設(shè)備的整合度，簡(jiǎn)化設(shè)備配置，減少了安裝、檢修、運(yùn)行 與維護(hù)的成本。

3.3?高級(jí)應(yīng)用

高級(jí)應(yīng)用功能是智能變電站與常規(guī)變電站的核心區(qū)別，是提高智能變電站自動(dòng)化、互動(dòng)化程度的關(guān)鍵功能。智能電網(wǎng)要求變電站通過對(duì)全網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)分層、分級(jí)的廣域?qū)崟r(shí)信息統(tǒng)一斷面采集，實(shí)現(xiàn)變電站智能柔性集群及自協(xié)調(diào)區(qū)域控制保護(hù)，支撐各級(jí)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和各類高級(jí)應(yīng)用;設(shè)備信息和運(yùn)維策略與電力調(diào)度實(shí)現(xiàn)全面互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)基于狀態(tài)監(jiān)測(cè)的設(shè)備全壽命周期綜合優(yōu)化管理。

在高級(jí)應(yīng)用功能應(yīng)用深度和完整性方面，分如下兩類：

（1）完整功能：此部分應(yīng)用基本上僅與站內(nèi)功能相關(guān)，要求完整功能實(shí)現(xiàn)，應(yīng)作為高級(jí)功能的基本配置實(shí)現(xiàn)，此部分功能包括：順序控制、智能告警、狀態(tài)可視化、故障信息綜合決策分析、智能操作票、遠(yuǎn)程運(yùn)維等。

（2）部分功能：此部分應(yīng)用要完整實(shí)現(xiàn)需主站端相應(yīng)功能升級(jí)配合或需具備一定的外部條件，在設(shè)計(jì)時(shí)可與主站端或外部配合預(yù)留功能接口，此部分功能一般包括：源端維護(hù)、分布式狀態(tài)估計(jì)、新能源接入等。

智能變電站在傳統(tǒng)數(shù)字變電站的基礎(chǔ)上，更加注重和強(qiáng)調(diào)面向全站的數(shù)據(jù)采集和共享、一二次設(shè)備的融合，以及系統(tǒng)的自動(dòng)控制與調(diào)度?？梢灶A(yù)見，在未來社會(huì)發(fā)展過程中，變電站設(shè)計(jì)問題將會(huì)越來越受到關(guān)注，也會(huì)有更多的先進(jìn)技術(shù)被合理的應(yīng)用到變電站設(shè)計(jì)過程中，使其性能不斷被完善，為用電需求用戶提供更為全面且安全的服務(wù)。

[1] 何牧. 110kV變電站一次電氣設(shè)計(jì)探析及其對(duì)變電站智能化的要求[J] .科技與創(chuàng)新，2016（20）：143.

[2] 陳進(jìn). 110kV智能化變電站電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D] .湖南大學(xué)，2014.