110kV智能變電站設(shè)計(jì)及其可靠性分析

摘要：社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，變電站逐漸走向智能化和自動(dòng)化的發(fā)展。在傳統(tǒng)的變電站設(shè)備管理中，有很多人為操作引起的失誤，也有很多當(dāng)變電設(shè)備損壞之后沒能及時(shí)進(jìn)行維修所引起的事故。只有在今后的工作中對(duì)智能變電站的設(shè)計(jì)不斷地進(jìn)行優(yōu)化，才能將這些問題消滅在萌芽之中，促進(jìn)我國(guó)電網(wǎng)的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：110kV;智能變電站;設(shè)計(jì);可靠性

一、110kV智能變電站的特點(diǎn)

1.1通信標(biāo)準(zhǔn)化

IEC61850標(biāo)準(zhǔn)是一項(xiàng)新的網(wǎng)絡(luò)通信體系，它對(duì)自動(dòng)化變電站系統(tǒng)的國(guó)際通信標(biāo)準(zhǔn)做出了定義，讓變電站使用的不同廠商生產(chǎn)的設(shè)備之間可以自由的連接，使得設(shè)備之間能夠?qū)崿F(xiàn)相互操作以及全站的信息共享等功能。

1.2狀態(tài)可視化

變電站智能化的實(shí)現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測(cè)全站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的功能，其過程是經(jīng)過采集設(shè)備工作時(shí)非電氣量參數(shù)，利用傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等，在使用專家系統(tǒng)分析獲取的各項(xiàng)特征參數(shù)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的運(yùn)行故障或是預(yù)測(cè)潛在故障。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)作為設(shè)備狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)，與原始的設(shè)備計(jì)劃?rùn)z修模式，狀態(tài)檢修模式減少了很多的不必要檢修和停電事故。由此變電站實(shí)現(xiàn)了智能化檢修維護(hù)，在檢修設(shè)備時(shí)更有針對(duì)性和合理性，降低了設(shè)備檢修維護(hù)成本。

1.3功能一體化

（1）系統(tǒng)功能集中化：智能變電站在采集全景數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，例如防誤操作功能、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)等。由于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的推行，以及自動(dòng)化裝置和保護(hù)裝置的相互融合，保護(hù)系統(tǒng)也逐漸實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化管理。

（2）設(shè)備功能集成化：由于數(shù)字化測(cè)量方式和網(wǎng)絡(luò)化的控制方式帶來的好處，大大簡(jiǎn)化了間隔層設(shè)備的采樣模塊和I/O接口模塊，所以可以對(duì)其邏輯計(jì)算能力做進(jìn)一步的強(qiáng)化，使得系統(tǒng)功能更加集成化，例如110kV智能化變電站中使用的保護(hù)測(cè)控一體化裝置。并且系統(tǒng)還能夠把電能計(jì)量以及故障錄波等功能也集成到間隔級(jí)中。

（3）電源系統(tǒng)一體化：傳統(tǒng)的變電站的電源一直都是采用分散設(shè)計(jì)模式，把各個(gè)電源子系統(tǒng)獨(dú)立組屏，各項(xiàng)設(shè)備的生產(chǎn)和安裝由不同廠家來完成，給設(shè)備的管理和維護(hù)帶來了很多不便，而智能化變電站克服了這些弊端。

（4）信息互動(dòng)化。順序控制：其主要功能是實(shí)現(xiàn)變電站的就地順序控制以及遠(yuǎn)程監(jiān)控，主要包括實(shí)現(xiàn)間隔層設(shè)備的“運(yùn)行、檢修、備用”狀態(tài)的轉(zhuǎn)換、雙母線倒閘操作、變壓器各側(cè)跨電壓等級(jí)操作、開關(guān)柜運(yùn)行操作等。電壓無功自動(dòng)分析控制：結(jié)合應(yīng)用調(diào)度、集控主站系統(tǒng)和變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，把各類節(jié)點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行處理，整合出VQC和AVC最優(yōu)方案，最后再把方案反饋下發(fā)至變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)無功調(diào)節(jié)命令。

二、110kV變電站智能化設(shè)計(jì)

2.1一次設(shè)備的智能化

（1）為應(yīng)對(duì)實(shí)際需求，在110kV智能化變電站的主變壓器側(cè)采用電子式傳感器，該傳感器主要傳輸光纖信號(hào)，它能把磁光玻璃和光纖以膠結(jié)方式連接起來，減短了維護(hù)周期，加強(qiáng)了閉環(huán)控制得精準(zhǔn)性，增加了控制的動(dòng)態(tài)特性。同時(shí)采用智能化斷路器，以智能控制模式代替了原有機(jī)械式的開關(guān)和繼電器，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。一次側(cè)其它設(shè)備可維持不變，不過一次接口要采用智能化終端，最終確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。（2）110kV供電系統(tǒng)中采用中置式真空開關(guān)柜，此配電裝置的出線保護(hù)測(cè)控裝置分散布置在各自的開關(guān)柜上，所以，只要把一個(gè)智能終端配置于主變低壓側(cè)就可以滿足系統(tǒng)要求，避免了每一個(gè)出線柜都配置智能終端的缺陷。??? 2.2二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化就是利用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合光纖等設(shè)備，使系統(tǒng)以分布式控制方式來代替總線控制方式，豐富了數(shù)據(jù)傳輸方式，使得信息更加標(biāo)準(zhǔn)化，確保了智能化變電站的全景式監(jiān)控。

下面討論怎么從智能化變電站的站控層、間隔層以及過程層來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。

（1）站控層設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化。站控層設(shè)備管理的網(wǎng)絡(luò)化是建立一個(gè)無人值守的站控監(jiān)控室，結(jié)合變電站的智能化設(shè)備，實(shí)現(xiàn)智能控制和管理的目的。站控層設(shè)備為工作人員提供了友好的人機(jī)界面，以便控制管理間隔層和過程層的智能設(shè)備，同時(shí)實(shí)現(xiàn)設(shè)備功能。站控層可以對(duì)整個(gè)智能化變電站進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并實(shí)現(xiàn)變電站全部設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化管理。（2）間隔層設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化。變電站的間隔層主要由監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、計(jì)量系統(tǒng)、錄波系統(tǒng)以及保護(hù)系統(tǒng)等組成。間隔層在站控層的監(jiān)控系統(tǒng)失效之后，仍然能夠獨(dú)立監(jiān)控本層的各項(xiàng)設(shè)備，需要設(shè)置專門的保護(hù)性檢測(cè)和控制設(shè)備，安裝于各個(gè)間隔層配置數(shù)字接口處，以便實(shí)現(xiàn)檢測(cè)和管理間隔層設(shè)備的運(yùn)行。在間隔層各設(shè)備之間也采用變電站通用通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)自我檢測(cè)和自我描述的功能，即間隔層內(nèi)部使用變電站通用協(xié)議來實(shí)現(xiàn)整個(gè)間隔層內(nèi)部監(jiān)控管理的作用。而且間隔層還具備自分析數(shù)據(jù)功能，同時(shí)也向站控層傳輸數(shù)據(jù)信息。（3）過程層設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化。過程層中的設(shè)備基本上都是一對(duì)一連接的，這個(gè)層面就相當(dāng)于過渡結(jié)合面，不過過程層中的設(shè)備自身也具備自我檢測(cè)和自我描述的能力。過程層設(shè)備之間也采用變電站通用協(xié)議，這樣設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立掃描自檢以及把單一設(shè)備采樣信息共享給多個(gè)二次設(shè)備等功能。變電站的保護(hù)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)與站控層智能終端通信，需經(jīng)過總線端口進(jìn)行一對(duì)一對(duì)接。同時(shí)該通信系統(tǒng)可以確保設(shè)備故障時(shí)飛快的跳閘速度，通訊信號(hào)完全符合GOOSE服務(wù)要求的水平。

三、110kV智能變電站可靠性分析

分析110kV智能變電站的可靠性，主要從兩個(gè)方面入手，即：設(shè)備的可靠性和系統(tǒng)工作性能的可靠性。首先分析設(shè)備的可靠性，因?yàn)?10kV智能變電站的一次智能化設(shè)備采用的是智能化斷路器，運(yùn)用自動(dòng)化控制及其應(yīng)用技術(shù)，能夠獨(dú)立完成變電站各項(xiàng)數(shù)據(jù)的收集工作，為判斷系統(tǒng)故障和及時(shí)解除隱患提供了基礎(chǔ)條件和保障，減少了故障對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的影響;且電子互感器的壽命長(zhǎng)，基本能夠滿足變壓器的使用周期，降低了維護(hù)、管理難度和成本，確保了變電站穩(wěn)定可靠運(yùn)行。然后分析系統(tǒng)工作性能的可靠性，主要考慮系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，智能化變電站系統(tǒng)的站控層和過程層采用星型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這樣就把變電站與監(jiān)控中心之間的通信線路分割開來，通信線路互不干擾，實(shí)時(shí)性效果良好，克服了一個(gè)線路出現(xiàn)故障從而影響其它線路通信的缺陷，完美地保證了系統(tǒng)工作的可靠性。

四、結(jié)束語

綜上所述，智能變電站是電網(wǎng)建設(shè)和改造中轉(zhuǎn)換和控制能源的核心平臺(tái)，110kV智能變電站技術(shù)不僅能為電網(wǎng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，也為智能電網(wǎng)的高效和自愈提供了技術(shù)支持。

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作者簡(jiǎn)介：張愛軍，男，漢族，高級(jí)工程師，本科學(xué)歷，研究方向：變電一次