淺談110kV無人值守變電站設(shè)計

摘要：簡要介紹了無人值守變電站的定義，以110 kV無人值守變電站為例，從變電站的一次系統(tǒng)、二次系統(tǒng)和圖像監(jiān)控系統(tǒng)三方面，闡述了無人值守變電站的設(shè)計要點，為無人值守變電站建設(shè)提供了參考。

關(guān)鍵詞：110 kV變電站;無人值守;綜合自動化系統(tǒng)

0 引言

隨著電網(wǎng)的發(fā)展，特別是智能電網(wǎng)與信息化的深度融合，智能電網(wǎng)在優(yōu)化能源配置、能源清潔發(fā)展、帶動綠色經(jīng)濟(jì)增長方面的作用日益凸顯[1]。目前，無人值守變電站建設(shè)，一方面實現(xiàn)了供電企業(yè)的減員增效，降低電力建設(shè)造價，另一方面保證了電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)、可靠運行，簡化了變電站管理。根據(jù)國內(nèi)外電網(wǎng)發(fā)展情況來看，變電站采用無人值守的工作模式，除了節(jié)省開支，減少工作人員以外，還實現(xiàn)了供電網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)化管理，促進(jìn)了電網(wǎng)智能化發(fā)展，保障電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行。

1 無人值守變電站定義

在常規(guī)變電站的基礎(chǔ)上，無人值守變電站將變電站的運行狀態(tài)通過綜合自動化技術(shù)或先進(jìn)的微機遠(yuǎn)動終端裝置RTU處理后，再由通信通道轉(zhuǎn)送至上一級的電力調(diào)度或監(jiān)控中心。調(diào)度人員可通過遠(yuǎn)動監(jiān)控系統(tǒng)對變電站內(nèi)的可控設(shè)備進(jìn)行“五遙”操作，“五遙”即遙測、遙信、遙控、遙調(diào)、遙視，在電力調(diào)度綜合自動化系統(tǒng)中完成原變電站運行值守人員的工作。因此，變電站內(nèi)就無需專門的運行值守人員，稱之為無人值守變電站。

2 110 kV無人值守變電站設(shè)計

110 kV無人值守變電站設(shè)計可以分為3個部分，即變電站的一次系統(tǒng)、二次系統(tǒng)和圖像監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計。

2.1 ? ?110 kV無人值守變電站一次系統(tǒng)設(shè)計

變電站中凡直接接受、分配電能，改變電能電壓相關(guān)的設(shè)備，均稱為一次設(shè)備，這些設(shè)備大多承受高電壓，因此大多屬于高壓設(shè)備。一次設(shè)備包括主變壓器、GIS設(shè)備和電容器等。由變電站一次設(shè)備按一定的接線方式連接的系統(tǒng)，稱為變電站的一次系統(tǒng)。下面從變電站的電氣主接線設(shè)計和一次設(shè)備的選擇兩個方面進(jìn)行論述。

2.1.1 ? ?電氣主接線設(shè)計

電氣主接線設(shè)計應(yīng)根據(jù)變電站在電力系統(tǒng)中的地位、出線回路數(shù)及負(fù)荷性質(zhì)等條件確定，針對電氣設(shè)備的選型、繼電保護(hù)和控制方式等方面進(jìn)行分析，通過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比對，確定接線方案，以滿足供電可靠、簡單靈活和節(jié)約投資等要求。在確保電氣主接線安全可靠運行的前提下，可采用單母分段、橋式等接線方式。

2.1.2 ? ?一次設(shè)備的選擇

一次設(shè)備選型時，原則上選擇性能優(yōu)良、運行可靠、檢修周期長、少維護(hù)或免維護(hù)的設(shè)備。主變壓器需裝設(shè)具有調(diào)信、調(diào)控接口的調(diào)壓開關(guān)，選擇的GIS設(shè)備應(yīng)具有滅弧能力強、安全可靠等特點。一次設(shè)備盡量選擇少油或無油化產(chǎn)品，以滿足防火要求。一次設(shè)備功能上應(yīng)能滿足狀態(tài)監(jiān)測和智能控制的要求，以實現(xiàn)變電站設(shè)備的檢測功能與智能控制的目的，為變電站實現(xiàn)無人值守目的提供技術(shù)保障。

2.2 ? ?110 kV無人值守變電站二次系統(tǒng)設(shè)計

變電站二次設(shè)備是對一次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測、控制和保護(hù)的輔助設(shè)備，主要包括繼電保護(hù)和安全自動裝置、綜合自動化系統(tǒng)、工作電源等。二次系統(tǒng)設(shè)計通過二次設(shè)備的選型、配置、組網(wǎng)等，實現(xiàn)變電站綜合化、自動化監(jiān)控及遠(yuǎn)程控制功能。

2.2.1 ? ?二次設(shè)備

當(dāng)電力系統(tǒng)中的電力元件（如變壓器、線路等）或電力系統(tǒng)本身發(fā)生故障或危及其安全運行時，變電站的繼電保護(hù)和安全自動裝置能夠向監(jiān)控中心及時發(fā)出告警信號，并自動、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，保證無故障部分能夠繼續(xù)安全運行，以縮小事故范圍，這樣的技術(shù)措施稱為繼電保護(hù)。下面從變壓器保護(hù)和輸電線路保護(hù)兩個方面探討繼電保護(hù)和安全自動裝置。

（1）變壓器保護(hù)配置。變壓器是電力系統(tǒng)中非常重要的電氣設(shè)備，其直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的供電和運行穩(wěn)定性，一旦發(fā)生故障，損失巨大。根據(jù)《繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》的要求，考慮微機保護(hù)的具體情況，一般變壓器保護(hù)采用雙主雙后的配置方式。主保護(hù)宜采用比例制動特性的縱差保護(hù)，其具有可靠的涌流制動功能。后備保護(hù)可采用帶方向或不帶方向的過電流保護(hù)。若靈敏度不夠時，可考慮采用復(fù)合電壓啟動的過電流保護(hù)。

（2）輸電線路保護(hù)配置。對于110 kV電網(wǎng)，當(dāng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單時，反映相間短路故障一般采用三段式距離保護(hù)或電流保護(hù)，反映接地故障采用零序電流保護(hù);當(dāng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜時，可采用帶方向的電流保護(hù)和零序電流保護(hù)。110 kV側(cè)采用橋式接線，不配置母線保護(hù)，但需要配置一個備用電源自動投入的裝置。10 kV側(cè)母線保護(hù)采用完全電流差動保護(hù)作為主保護(hù)，其后備保護(hù)可由變壓器的過負(fù)荷保護(hù)實現(xiàn)。母線保護(hù)應(yīng)能自動識別并根據(jù)系統(tǒng)運行方式而變化，針對各種復(fù)雜故障均能正確、快速動作。

2.2.2 ? ?綜合自動化系統(tǒng)

變電站綜合自動化系統(tǒng)是借助先進(jìn)的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和信息處理技術(shù)等實現(xiàn)對變電站二次設(shè)備的功能集成優(yōu)化設(shè)計的一種綜合性自動化系統(tǒng)，它可以對變電站運行數(shù)據(jù)進(jìn)行實時采集、處理、微機監(jiān)控和遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)等，能夠很好地實現(xiàn)無人值守變電站的遙測、遙信、遙控、遙調(diào)目的。

（1）遙測，是指采集變電站主要運行參數(shù)和變量并將其遠(yuǎn)程傳送給監(jiān)控中心。遙測量包括變電站運行的各種實時數(shù)據(jù)，如主變油溫、各段母線電壓、10 kV側(cè)各線路的有功功率、無功功率等。

（2）遙信，是指采集變電站中各種保護(hù)和開關(guān)量信息并將其遠(yuǎn)程傳送給監(jiān)控中心。遙信量包括斷路器、隔離開關(guān)位置，各種設(shè)備狀態(tài)等。

（3）遙控，是指監(jiān)控中心發(fā)出命令并實現(xiàn)對變電站電氣元件的遠(yuǎn)程操作和切換。遙控量包括主變壓器有載分接開關(guān)、站內(nèi)所有斷路器等。

（4）遙調(diào)，是指監(jiān)控中心遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)變電站內(nèi)電氣設(shè)備的各種參數(shù)。遙調(diào)量主要是現(xiàn)場設(shè)備的保護(hù)定值。

目前，變電站無人值守綜合自動化系統(tǒng)大多采用分層分布式的組態(tài)結(jié)構(gòu)，具有繼電保護(hù)、測控元件相對獨立又相互融合、結(jié)構(gòu)模塊化、支持計算機網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議等特點。所以它應(yīng)用非常靈活，可靠性高，便于設(shè)計、調(diào)試和擴(kuò)展，尤其適用于老變電站的升級改造。變電站的通信體系分為過程層、間隔層和站控層，它們相互之間通過相應(yīng)的通信規(guī)約轉(zhuǎn)換進(jìn)行通信，使變電站綜合自動化系統(tǒng)具備RTU功能。

2.2.3 ? ?工作電源

工作電源為控制、測量信號以及繼電保護(hù)裝置提供可靠電源，一般有UPS電源、直流電源、交流電源、通信電源等。交流電源一般由站用電提供，站用變應(yīng)具有兩路獨立電源，互為備用，裝設(shè)有自動投切裝置，可以實現(xiàn)工作電源與事故電源不間斷自動投切，并帶通信接口接入計算機監(jiān)控系統(tǒng)。

2.3 ? ?圖像監(jiān)控系統(tǒng)

變電站的圖像監(jiān)控系統(tǒng)主要是通過對變電站現(xiàn)場監(jiān)視的圖像、聲音等實時數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，利用先進(jìn)的模式識別和人工智能技術(shù)，實現(xiàn)對變電站現(xiàn)場的電源監(jiān)測、消防監(jiān)測、入侵監(jiān)測及環(huán)境監(jiān)測等功能的自動化系統(tǒng)。特別是在變電站有設(shè)備異常、外物侵入、火災(zāi)、氣體泄漏等事件時，可以通過紅外探測、煙感探測、電子圍欄等遠(yuǎn)程監(jiān)視功能，及時做出處理，故也被稱為遙視系統(tǒng)。先進(jìn)的遙視系統(tǒng)可以對監(jiān)控對象進(jìn)行預(yù)警和告警，記憶告警事件。遙視系統(tǒng)可實現(xiàn)變電站現(xiàn)場可視化，這是對無人值守變電站“四遙”的有益補充，進(jìn)而提高了無人值守變電站運行的安全性和可靠性，實現(xiàn)電力管理智能化。

3 結(jié)語

110 kV無人值守變電站的基本目標(biāo)是通過一次設(shè)備智能化、二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化、微機數(shù)字化、現(xiàn)場可視化等技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)變電站無人值守目標(biāo)，最大化減少變電站運行成本，提高變電站運行的安全性、穩(wěn)定性。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 張士庭，魏彥樂，劉江紹.縣級無人值班變電站運行與管理[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2015.

收稿日期：2020-08-21

作者簡介：陳斌（1982—），男，江西永新人，助理工程師，從事變電行業(yè)工作。