淺談110kV智能變電站設(shè)計(jì)及其可靠性分析

陳方龍

摘? 要：變電站是連接智能電網(wǎng)進(jìn)行發(fā)電、輸電、變電站、配電、能源使用和分配的關(guān)鍵。它還支持智能電網(wǎng)電壓傳輸，發(fā)電設(shè)施的大規(guī)模接收和分配，智能電網(wǎng)功率流、信息流和業(yè)務(wù)流。

關(guān)鍵詞：110kV;設(shè)計(jì);可靠性

中圖分類號(hào)：H251.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

目前，變電站想要有效的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)各種信息相互交織、設(shè)備自動(dòng)監(jiān)測、信息有效管理功能等，就必須及時(shí)的應(yīng)用人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)以及傳感器技術(shù)等對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、傳輸以及分析，以此在監(jiān)控中心建立一個(gè)高效率的監(jiān)測管理平臺(tái)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1.智能變電站繼電保護(hù)簡介

傳統(tǒng)的變電站需要依賴人工操作進(jìn)行系統(tǒng)的維修和檢測，造成了一定程度的人力資源浪費(fèi)且工作效率低下，也給變電站的長期穩(wěn)定運(yùn)行帶來了困難。與傳統(tǒng)變電站相比，智能變電站具備較大的優(yōu)勢。智能變電站繼電保護(hù)設(shè)備能夠有效減少人為操作誤差帶來的安全隱患，應(yīng)用電子科技設(shè)備來保障電力系統(tǒng)的安全。智能變電站繼電保護(hù)裝置還能實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站運(yùn)行狀況的一體化管控，及準(zhǔn)確分析人為失誤或外界條件變化等引發(fā)的故障，在智能化系統(tǒng)的合理安排下有效處理故障，并將故障參數(shù)及時(shí)傳遞給施工單位，實(shí)現(xiàn)智能變電站的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督。

在智能變電站繼電保護(hù)設(shè)備在開展繼電保護(hù)時(shí)，其主要的工作原理是變電站運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)引發(fā)電流突增、電壓驟變、運(yùn)行頻率降低或溫度及瓦斯的溫度同時(shí)升高等情況，相關(guān)參數(shù)超過了繼電保護(hù)的額定值。此時(shí)，繼電保護(hù)設(shè)備會(huì)及時(shí)發(fā)出跳閘指令或報(bào)警信號(hào)。電流值和時(shí)間值是跳閘指令發(fā)出的2 個(gè)參考依據(jù)，如果電流值是跳閘的性質(zhì)，那么跳閘速度將會(huì)與電流值上升速度成正比。當(dāng)時(shí)間值是跳閘的性質(zhì)時(shí)，跳閘指令會(huì)在故障電流值高于整定值后發(fā)出，暫停變電站運(yùn)行，從而更好地保護(hù)變電站。利用繼電保護(hù)設(shè)備保護(hù)智能變電站，可以提升變電站供電的可靠性，提升設(shè)備的可用系數(shù)，延長設(shè)備使用壽命，促進(jìn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。智能變電站在運(yùn)行時(shí)需要合并單元、電流互感器、智能終端、交換機(jī)和通信網(wǎng)絡(luò)等組分協(xié)調(diào)配合，共同保障智能變電站的平穩(wěn)運(yùn)行。

2. 110KV智能變電站的設(shè)計(jì)

2.1 初級(jí)設(shè)備的智能

110kV變電站的設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況，主變壓器采用電子傳感器，電子傳感器的主要功能是傳輸來自光纖的信號(hào)，通過連接磁性光學(xué)玻璃和光纖，可以縮短維護(hù)周期。另外，可以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。功能更加精確，動(dòng)態(tài)性能也相應(yīng)提高。

2.2二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化

110kV 智能變電站系統(tǒng)結(jié)合了光纖設(shè)備。此外，我們還集成了自己的分布式控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)安全控制，變電站控制設(shè)備網(wǎng)絡(luò)建立在無人值守的變電站監(jiān)控室中，充分利用智能變電站設(shè)備來實(shí)現(xiàn)變電站系統(tǒng)的智能控制和管理。

3. 對(duì)110kV智能變電站的設(shè)計(jì)以及對(duì)其可靠性進(jìn)行分析

3.1 智能變電站調(diào)試流程

（1）組態(tài)配置。所謂的組態(tài)配置，是整個(gè)智能變電站相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的環(huán)節(jié)，在圖紙的引導(dǎo)下，對(duì)變電站內(nèi) IED設(shè)備涉及到的 ICD 文件進(jìn)行實(shí)例化操作，并合理設(shè)置成 SCD文件，此項(xiàng)工作基本都是在系統(tǒng)集成人員完成之后，再經(jīng)由設(shè)備使用者確認(rèn)。（2）系統(tǒng)測試。開展此項(xiàng)工作的目的主要是保證設(shè)備功能以及性能指標(biāo)的準(zhǔn)確性，其中，相關(guān)調(diào)試實(shí)驗(yàn)包括裝置單體型調(diào)試、變電站諸多分系統(tǒng)調(diào)試等。（3）系統(tǒng)動(dòng)模。一般情況而言，實(shí)行系統(tǒng)動(dòng)模主要是為了對(duì)繼電保護(hù)等系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行驗(yàn)證，此項(xiàng)試驗(yàn)中涉及到的一次接線操作，要盡可能和實(shí)際工程保持一致。（4）現(xiàn)場調(diào)試。進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試作業(yè)，重點(diǎn)是為了保證系統(tǒng)與設(shè)備的現(xiàn)場安裝準(zhǔn)確性，主要涉及到回路、相關(guān)通信鏈路的檢驗(yàn)與傳動(dòng)等試驗(yàn)，并且設(shè)備各項(xiàng)輔助系統(tǒng)也要在此階段實(shí)現(xiàn)合理調(diào)試。

3.2異常狀況下的繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)

在異常狀態(tài)下到繼電保護(hù)系統(tǒng)故障問題主要分為智能終端故障、間隔合并單元故障以及交換機(jī)故障等。并且，隨著智能變電站規(guī)模的不斷擴(kuò)大，各種新設(shè)備的加入使繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)的難度提升?？v觀繼電保護(hù)系統(tǒng)的各類故障，間隔合并單元故障可以說是其發(fā)生頻率最高的故障之一。因此，繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)工作需要加強(qiáng)對(duì)間隔合并單元故障的處理，確保故障發(fā)生原因分析的科學(xué)性。例如，如果在雙套配置的間隔中，合并單元出現(xiàn)故障，相關(guān)人員在處理故障時(shí)應(yīng)該及時(shí)退出間隔與故障合并單元對(duì)應(yīng)的保護(hù)出口壓板，還需要退出與故障合并單元相關(guān)的母線保護(hù)裝置。例如，如果在單套配置的間隔中出現(xiàn)合并單元故障，相關(guān)工作人員應(yīng)該及時(shí)斷開間隔單元電源開關(guān)，并退出運(yùn)行，有效保障繼電保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3.3母線保護(hù)配置方案

現(xiàn)階段，我國針對(duì)智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)措施提出了具體的要求，在母線保護(hù)配置過程中，必須要采用光纖作為保護(hù)配置方式，以此才能有效地實(shí)現(xiàn)連接線纜直接采樣、直接跳閘方式的目的。這種母線保護(hù)配置方案是單套配置，采用光纖在很大程度上能夠有效地接收到對(duì)母線進(jìn)行保護(hù)時(shí)采集的電流信號(hào)以及開關(guān)量信息信號(hào)等，相關(guān)工作人員再對(duì)其詳細(xì)的分析，能夠?qū)⑦@些信息有效地傳輸?shù)礁鱾€(gè)間隔之中，以此實(shí)現(xiàn)間隔的正常運(yùn)行。母線保護(hù)配置方案的主要工作方式是：第一，充分的了解和掌握每一個(gè)智能開關(guān)的工作狀態(tài)，繼而有效地在GOOSE網(wǎng)絡(luò)上下發(fā)相關(guān)的報(bào)文任務(wù);第二，MU充分的利用GOOSE網(wǎng)絡(luò)將報(bào)文傳輸?shù)礁鱾€(gè)間隔之間，以此有效的達(dá)到母線保護(hù)的目的;第三，在進(jìn)行母線保護(hù)的過程中將每一個(gè)間隔的采樣信息都詳細(xì)的收集起來;第四，當(dāng)母線區(qū)域發(fā)生故障時(shí)，母線保護(hù)就將GOOSE報(bào)文相應(yīng)的發(fā)送到該區(qū)域。

結(jié)束語

綜上所述，與國外相比，中國一些智能變電站的理論和方法還處于較低水平，但這帶來了挑戰(zhàn)和影響，包括對(duì)傳統(tǒng)變電站的影響，計(jì)算機(jī)保護(hù)系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)提出了挑戰(zhàn)。我國的智能變電站的建設(shè)和持續(xù)發(fā)展需要漫長的過程，其實(shí)施也是需要細(xì)分的過程。近年來，日本在智能變電站的開發(fā)和研究方面取得了一些突破和進(jìn)步，并逐步建立了標(biāo)準(zhǔn)體系，為將來的 110kV 智能變電站的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，它可以建立良好的基礎(chǔ)，并保證傳輸網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。

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