220kV 華陽(yáng)智能變電站二次模塊化設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究

蘭芳

（國(guó)網(wǎng)江蘇電力設(shè)計(jì)咨詢有限公司，江蘇 南京 210008）

隨著科技的快速發(fā)展，新技術(shù)、新理念在變電站中得到了廣泛應(yīng)用。智能變電站作為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，還有許多關(guān)鍵技術(shù)需要進(jìn)一步完善。模塊化在智能站中的推廣，對(duì)于研制主保護(hù)的信息采集和二次設(shè)備的集成都有新的突破，合并單元使模擬量就地轉(zhuǎn)成數(shù)字量就可以，智能終端將控制信號(hào)傳輸介質(zhì)由電纜傳輸改光纜。

本文針對(duì)220kV 華陽(yáng)智能變電站二次模塊化設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，首先介紹模塊化二次設(shè)備的含義與劃分原則，重點(diǎn)研究華陽(yáng)智能變電站二次模塊化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。

1 二次設(shè)備模塊化的含義與劃分原則

1.1 二次設(shè)備模塊化的含義

模塊就是可以組合成系統(tǒng)的具有某種特定功能和接口形式的通用獨(dú)立單元，這個(gè)定義揭示了模塊的如下特征：

（1）通過(guò)獨(dú)立單元組合配置成系統(tǒng)；（2）具有確定的功能；（3）是一種標(biāo)準(zhǔn)單元；（4）具有能組合成系統(tǒng)的接口。

華陽(yáng)變模塊化是根據(jù)二次設(shè)備的總要求，將分散裝置整合成若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)。其大小以功能、權(quán)限、運(yùn)行、維護(hù)為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分，同時(shí)規(guī)范各設(shè)備的接口。

1.2 二次設(shè)備劃分模塊

二次設(shè)備大致劃分六大模塊，其中各模塊包含內(nèi)容如下：

站控層設(shè)備模塊：含監(jiān)控系統(tǒng)工作站、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)、二次系統(tǒng)安防等設(shè)備；

公用設(shè)備模塊：含電量采集傳輸、GPS 對(duì)時(shí)、絡(luò)網(wǎng)分析系統(tǒng)、智輔系統(tǒng)等；

通信設(shè)備模塊：含站間通信、站內(nèi)通信等設(shè)備；

一體化電源模塊：為變電站內(nèi)設(shè)備提供所需電源；

主變間隔層設(shè)備模塊：含主變保護(hù)、測(cè)控、合并單元，智能終端等設(shè)備；

消弧線圈設(shè)備模塊：含消弧線圈控制裝置等，依據(jù)電壓等級(jí)和出線線路總長(zhǎng)度及性質(zhì)確定。

2 二次設(shè)備模塊化整合及關(guān)鍵技術(shù)

2.1 需求分析

設(shè)備的整合集成是實(shí)現(xiàn)新一代模塊化變電站的目標(biāo)和途徑。變電站為每個(gè)主設(shè)備配置有集保護(hù)、測(cè)量、計(jì)量于一體的智能設(shè)備，但是，設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)存在連接復(fù)雜、信息交換不足，站級(jí)缺乏協(xié)調(diào)以及總造價(jià)成本高等問(wèn)題。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

220kV 華陽(yáng)智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)方案配置圖如圖1 所示，其主要技術(shù)包括以下內(nèi)容：（1）變電站按無(wú)人值守模式進(jìn)行設(shè)計(jì)。（2）采用三層兩網(wǎng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。（3）站內(nèi)設(shè)備統(tǒng)一組網(wǎng)，統(tǒng)一建模，便于信息交互。（4）系統(tǒng)具有與電力調(diào)度數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌?，軟件、硬件配置支持?lián)網(wǎng)要求。（6）向調(diào)空中心上傳的信息實(shí)現(xiàn)雙平面配置。

圖1 華陽(yáng)智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)方案配置圖

3 智能匯控柜在模塊化變電站存在的問(wèn)題及優(yōu)化方案探索

3.1 智能匯控柜存在的問(wèn)題

（1）二次設(shè)備布置及柜體結(jié)構(gòu)未執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化。匯控柜是采集控制的集成模塊，由GIS 廠家成套。但在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，過(guò)程層設(shè)備與間隔層設(shè)備分開(kāi)招標(biāo)，如在設(shè)備生產(chǎn)時(shí)缺乏統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，必然因接口形式不同，導(dǎo)致數(shù)據(jù)交互不暢等問(wèn)題。（2）智能匯控柜運(yùn)行環(huán)境方面。高度集中的模塊化設(shè)備能耗大，導(dǎo)致柜內(nèi)溫度較高，成套設(shè)備長(zhǎng)期處于高溫之中極有可能造成無(wú)法正常工作。因此在進(jìn)行成套設(shè)備應(yīng)用和模塊化設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)備布局及散熱要求將與傳統(tǒng)方式有較大不同。如果變電站采用的是戶內(nèi)GIS，則匯控柜的運(yùn)行環(huán)境相對(duì)較好，柜內(nèi)的除濕和散熱基本沒(méi)有問(wèn)題。但如果匯控柜安裝在戶外，則需要配置的空調(diào)或熱交換器，進(jìn)行降溫和通風(fēng)，并對(duì)柜內(nèi)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

（3）智能匯控柜設(shè)計(jì)不規(guī)范。在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，本間隔連接需在廠家完成，間隔間連接必須在現(xiàn)場(chǎng)完成。界面劃分不清晰會(huì)給各廠家和設(shè)計(jì)院帶來(lái)嚴(yán)重的銜接問(wèn)題，等設(shè)備到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，因現(xiàn)場(chǎng)部分實(shí)驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行，留下安全隱患，同時(shí)嚴(yán)重影響工期。

3.2 間隔模塊劃分

220kV 線路、母聯(lián)間隔：保測(cè)裝置+合智裝置＋過(guò)程層交換機(jī)

220kV 主變間隔：智能終端+合并單元

220kV 母設(shè)間隔：母線測(cè)控+合智裝置

110kV 線路、母聯(lián)間隔：保測(cè)裝置+合智裝置+電度表。

110kV 主變間隔：合智裝置（雙套配置）

110kV 母設(shè)間隔：母線測(cè)控+合智裝置

以上所述間隔模塊化智能組件，分別布置于對(duì)應(yīng)間隔的 GIS 智能匯控柜內(nèi)，放置于相應(yīng)電壓等級(jí)的GIS 室內(nèi)，一、二次設(shè)備之間用預(yù)制電纜連接。

10kV 保測(cè)裝置、電度表布置在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)。

3.3 預(yù)制式智能匯控柜優(yōu)化布置

傳統(tǒng)的220kV 變電站將保測(cè)裝置集中放置于二次設(shè)備室，設(shè)備之間通過(guò)電纜連接，而保護(hù)屏柜與匯控柜放置于不同小室，中間的電纜連接必然要跨越幾個(gè)小室，從而導(dǎo)致造價(jià)高、施工難度大、周期長(zhǎng)等問(wèn)題。模塊化智能變電站將合智裝置及保測(cè)裝置等集中布置于GIS 匯控柜內(nèi)，做到間隔內(nèi)接線不出屏柜，間隔間由光纜、尾纜連接，大大減少電纜用量，從而減少建筑物內(nèi)電纜溝、電纜橋架以及電纜豎井的使用，節(jié)約投資成本，降低土建設(shè)計(jì)施工難度，電纜接線數(shù)量減少90%，大幅縮減工周期。

4 模塊化智能變電站的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)

華陽(yáng)變遠(yuǎn)動(dòng)信息采集由變電站監(jiān)控系統(tǒng)完成，遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)與變電站自動(dòng)化系統(tǒng)共享信息。配置一套全新的監(jiān)控系統(tǒng)，站控層包括監(jiān)控主站兼操作員站等，間隔層包括全站所有的保護(hù)測(cè)控裝置，過(guò)程層包括全站智能終端及合并單元。站內(nèi)信息通過(guò)站控層網(wǎng)絡(luò)向調(diào)度端傳輸，分別接入省調(diào)和地調(diào)，實(shí)現(xiàn)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)雙面模式。

4.2 二次系統(tǒng)安全防護(hù)

（1）按照“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫正隔離、縱向認(rèn)證”的基本原則，配置站名內(nèi)二次系統(tǒng)安全防護(hù)裝置。

（2）縱向安全防護(hù)：各應(yīng)用系統(tǒng)接入電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)前加裝IP 縱向加密認(rèn)證裝置。

（3）橫向安全防護(hù)：實(shí)時(shí)區(qū)和非實(shí)時(shí)區(qū)的各應(yīng)用系統(tǒng)之間加裝防火墻。

（4）變電站監(jiān)控系統(tǒng)、保護(hù)、測(cè)量裝置劃入實(shí)時(shí)區(qū)，保護(hù)及故障信息管理子站、電能量計(jì)量系統(tǒng)子站等劃入非實(shí)時(shí)區(qū)。

4.3 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)信息分區(qū)

本工程按無(wú)人值班模式設(shè)計(jì)，根據(jù)一體化監(jiān)控系統(tǒng)安全分區(qū)及防護(hù)原則，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)信息分區(qū)如下所述示：

（1）安全Ⅰ區(qū)的設(shè)備包括綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)、Ⅰ區(qū)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)、數(shù)據(jù)服務(wù)器、保測(cè)裝置、PMU 等；

（2）安全Ⅱ區(qū)的設(shè)備包括Ⅱ區(qū)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)，主變油色監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)等；

（3）安全Ⅰ區(qū)設(shè)備與Ⅱ區(qū)設(shè)備之間通信采用防火墻進(jìn)行安全隔離；

（4）智能變電站綜自監(jiān)控通過(guò)正反向隔離裝置向Ⅲ/Ⅳ區(qū)通信數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)機(jī)傳遞數(shù)據(jù)；

（5）智能變電站后系統(tǒng)監(jiān)控臺(tái)與調(diào)控中心之間裝設(shè)了縱向認(rèn)證加密裝置。

5 模塊化設(shè)備的即插即用

站控層網(wǎng)絡(luò)采用雙Y 型以太網(wǎng)進(jìn)行連接，間隔層設(shè)備之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，傳輸SV 和GOOSE 報(bào)文。間隔層采用雙Y 型以太網(wǎng)。過(guò)程層設(shè)備之間通過(guò)光口連接，220kV 過(guò)程層采用雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)；110kV 過(guò)程層采用單網(wǎng)結(jié)構(gòu)。配置過(guò)程層中心交換機(jī)，用于信息匯總。故錄、網(wǎng)分等裝置通過(guò)中心交換機(jī)采集所需數(shù)據(jù)。主變不單獨(dú)組過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)，高壓側(cè)接入220kV 過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)，中、低壓側(cè)接入110kV 過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)。10kV 不單獨(dú)配置過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)，信息利用站控層網(wǎng)絡(luò)傳輸。

上述設(shè)備間的連接導(dǎo)體需提前預(yù)制，聯(lián)調(diào)完成后現(xiàn)場(chǎng)拼裝，即插即用。

6 結(jié)語(yǔ)

本文從模塊化的定義與劃分、技術(shù)要求、功能布置幾個(gè)方面進(jìn)行研究，為模塊化設(shè)計(jì)與設(shè)備的研發(fā)應(yīng)用提供重要依據(jù)，其主要進(jìn)步及創(chuàng)新點(diǎn)如下：（1）模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)能夠大幅提高二次設(shè)備的集成化水平，顯著地提高工程質(zhì)量。（2）模塊化設(shè)計(jì)促進(jìn)廠商提高生產(chǎn)技術(shù)水平，有效節(jié)約社會(huì)資源，降低工程造價(jià)。（3）模塊化的二次設(shè)備，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，使變電站的結(jié)構(gòu)更緊湊，實(shí)施更方便，建造更經(jīng)濟(jì)。