220 kV變電站智能化技術(shù)改造方案研究

布 赫

（內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司烏蘭察布供電分公司，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000）

1 工程概況

整體電壓等級：220/110/35 kV。本站220 kV間隔：220 kV部分采用雙母線接線，220 kV主變壓器2臺，220 kV出線間隔5回，母聯(lián)間隔1回， 2組TV間隔，互感器為新寧光電電子式互感器。本站110 kV間隔：110 kV部分采用雙母線接線，7回線路間隔，1回母聯(lián)間隔，2組TV間隔。本站35 kV間隔：35 kV部分為單母分段接線，11回線路間隔，3組電容器間隔，1臺接地變，1回分段間隔，2組TV間隔，35 kV為戶內(nèi)開關(guān)柜布置。

2 設(shè)計(jì)依據(jù)和整體思路

以國家電網(wǎng)公司最新頒布的智能化變電站相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范和方案為基礎(chǔ)，并在部分先進(jìn)技術(shù)條件成熟的前提下優(yōu)于其設(shè)計(jì)方案來實(shí)施。

以最少的投資，最智能化的設(shè)備、最安全可靠的實(shí)施方案、來完成本站的智能化改造工作，并突出變電站智能化的特點(diǎn)。

針對于本站的特點(diǎn)，組建“三層兩網(wǎng)”（站控層、間隔層、過程層、站控層網(wǎng)絡(luò)、過程層網(wǎng)絡(luò)）的智能化變電站框架。

站控層采用雙星型以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)確保安全可靠性，配置單套的一體化平臺主機(jī)并集中組屏。間隔層均采用智能化的保護(hù)測控裝置，其中主變間隔采用雙套冗余的主后一體化保護(hù)測控裝置（220 kV電壓等級均采用雙套），其余間隔采用單套的保護(hù)測控裝置，保護(hù)裝置均采用直采直跳模式，由于本站僅有備自投裝置須垮間隔采集GOOSE信息量和采樣信息量，所以建議GOOSE信息量通過點(diǎn)對點(diǎn)模式完成，同時(shí)SV數(shù)據(jù)也采用點(diǎn)對點(diǎn)模式來完成，這樣可以節(jié)省大量的智能化改造的投資成本（約節(jié)省50萬元的投資）和優(yōu)化屏柜的布置（不須針對交換機(jī)單獨(dú)組屏）。

采用最優(yōu)化的組屏方案：站控層及間隔層設(shè)備（后臺監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)動設(shè)備、保護(hù)測控等）在主控室內(nèi)集中組屏。220 kV及110 kV過程層設(shè)備（合并單元、智能終端、在線監(jiān)測IED等）統(tǒng)一下放至一臺就地智能控制柜內(nèi)安裝，其中110/35 kV部分線路及主變側(cè)智能終端合并單元采用合智一體的裝置進(jìn)行組屏，可大量節(jié)約屏柜空間。35 kV每個(gè)間隔采用保護(hù)、測控、合并單元、智能終端、計(jì)量五合一的智能化裝置就地安裝在開關(guān)柜內(nèi)。

根據(jù)本站現(xiàn)有設(shè)備的運(yùn)行情況，總體原則是不改變開關(guān)、變壓器設(shè)備和輔助設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行智能化的改造，其中包括將智能輔助系統(tǒng)通過規(guī)約轉(zhuǎn)換接入一體化平臺中，220 kV開關(guān)、變壓器設(shè)備外部增加傳感器和在線監(jiān)測IED，達(dá)到開關(guān)的機(jī)械特性（開關(guān)分、合閘次數(shù)、電流、速度等）和主變的油色譜和局放的在線監(jiān)測。建議使用傳統(tǒng)互感器，用合并單元配合傳統(tǒng)互感器進(jìn)行改造，或更換為更可靠的互感器。

站內(nèi)均采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備（智能一次設(shè)備、智能二次設(shè)備、一體化平臺、智能輔助系統(tǒng)、智能化調(diào)試設(shè)備等），以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基礎(chǔ)，站內(nèi)自動完成信息采集、測量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能[1]。

智能化改造后的220 kV杜爾伯特變電站整體網(wǎng)絡(luò)框架如圖1所示。

圖1 改造后整體網(wǎng)絡(luò)框架

3 技術(shù)方案

總體改造思路為：按照間隔改造，先改一次，后改二次，新老監(jiān)控系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行，間隔改造完接入新的監(jiān)控系統(tǒng)，等所有間隔改造完之后，可以撤下原有監(jiān)控系統(tǒng)[2-3]。

根據(jù)杜爾伯特智能化改造的整體思路，整站將在現(xiàn)有運(yùn)行模式的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際停電計(jì)劃和運(yùn)行設(shè)備情況，建議按照以下順序進(jìn)行智能化改造。

（1）220 kV線路間隔智能化改造，（包括對側(cè)220 kV光差的改造和開關(guān)在線監(jiān)測）；

（2）220 kV分段間隔智能化改造（包括開關(guān)在線監(jiān)測）；

（3）220 kV電壓間隔智能化改造；

（4）110 kV線路間隔智能化改造（包括對側(cè)110 kV光差的改造和開關(guān)在線監(jiān)測）；

（5）110 kV分段間隔智能化改造（包括開關(guān)在線監(jiān)測）；

（6）110 kV電壓間隔智能化改造；

（7）主變間隔智能化改造（包括主變在線監(jiān)測）；

（8）35 kV開關(guān)柜內(nèi)智能化改造（包括對側(cè)35 kV光差的改造）；

（9）母線保護(hù)智能化改造；

（10）備自投裝置智能化改造；

（11）站控層設(shè)備改造；

（12）公用設(shè)備智能化改造（公用測控、規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置、網(wǎng)絡(luò)分析故障錄波合一裝置、數(shù)字式電能表、智能輔助系統(tǒng)等）。

3.1 線路間隔智能化改造

線路保護(hù)、智能終端、合并單元均采用雙套配置、直采直跳模式。

如圖2所示，將電子式互感器改造為傳統(tǒng)式互感器配合合并單元的模式，即在互感器就地位置安裝智能控制柜（內(nèi)含合并單元、智能終端、在線監(jiān)測IED等）。

圖2 線路間隔智能化方案

通過傳統(tǒng)開關(guān)+智能終端的模式來完成開關(guān)設(shè)備的智能化改造，將傳統(tǒng)開關(guān)的開關(guān)信息量和分、合閘全部通過電纜連接到就地智能控制柜中的智能終端設(shè)備[4]，如圖3所示。

圖3 開關(guān)設(shè)備的智能化改造

在不改變目前開關(guān)運(yùn)行狀況的情況下，在開關(guān)外部增加傳感單元，傳感單元將所要監(jiān)測的數(shù)據(jù)（機(jī)械特性，包括分、合閘次數(shù)、電流、速度等信息）傳輸給智能控制柜中的在線監(jiān)測IED，再通過IED上送至在線監(jiān)測后臺主機(jī)和一體化平臺系統(tǒng)。

針對線路光差保護(hù)裝置，在智能化改造后，本側(cè)采用PSL603U裝置，而對側(cè)則進(jìn)行裝置的軟件和硬件升級工作，將對側(cè)光差保護(hù)升級成為與本側(cè)同版本的光差保護(hù)裝置，通過軟件保護(hù)定值或算法完成補(bǔ)償?shù)姆椒▉斫鉀Q同步的問題，如圖4所示。

圖4 線路兩側(cè)保護(hù)裝置改造

3.2 220 kV分段間隔的智能化改造

分段保護(hù)、能終端、合并單元均采用單套配置、直采直跳模式。

將電子式互感器改造為傳統(tǒng)式互感器配合合并單元的模式，即在更換完互感器后再就地安裝智能控制柜（內(nèi)含合并單元、智能終端、在線監(jiān)測IED等），先完成智能控制柜內(nèi)的設(shè)備光纖的連接工作。

通過傳統(tǒng)開關(guān)+智能終端的模式來完成開關(guān)設(shè)備的智能化改造，將傳統(tǒng)開關(guān)的開關(guān)信息量和分、合閘全部通過電纜連接到就地智能控制柜中的智能終端設(shè)備。

在不改變目前開關(guān)的運(yùn)行狀況的情況下，在開關(guān)外部增加傳感單元，傳感單元將所要監(jiān)測的數(shù)據(jù)（機(jī)械特性，包括分、合閘次數(shù)、電流、速度等信息）傳輸給智能控制柜中的在線監(jiān)測IED，再通過IED上送至在線監(jiān)測后臺主機(jī)和一體化平臺系統(tǒng)。

3.3 220 kV電壓間隔的智能化改造

220 kV電壓的智能化改造后將2段TV互感器采集的電壓信號接入每臺電壓合并單元進(jìn)行并列工作，再將并列完的電壓數(shù)據(jù)通過光纖傳輸給間隔合并單元，母線刀閘位置通過TV智能終端來采集，再通過光纖傳輸給間隔保護(hù)，同時(shí)母線合并單元和母線智能終端集中安裝在就地智能柜中。

3.4 主變間隔的智能化改造

主變間隔的保護(hù)裝置、智能終端、合并單元均采用雙套冗余配置、直采直跳模式。

主變保護(hù)考慮到需要接受高、中、低3側(cè)信息，所以安裝在主控室內(nèi)比較方便施工和改造，而且可以增加可靠性。通過將傳統(tǒng)主變差動保護(hù)和主變后備測控裝置更換成主后一體化的智能化保護(hù)測控裝置的模式來完成二次保護(hù)設(shè)備的智能化改造，并在220、110 kV側(cè)就地安裝智能控制柜（高壓側(cè)合并單元、智能終端、在線監(jiān)測IED等），先完成智能控制柜內(nèi)的設(shè)備光纖的連接工作，并通過主變高壓側(cè)智能控制柜中的光纖熔接盒，將采樣信息和跳閘數(shù)據(jù)通過光纖的熔接連接到主控室內(nèi)的主變保護(hù)。在35 kV主變開關(guān)柜中安裝主變中、低壓側(cè)智能終端（含合并單元功能），并通過在開關(guān)柜中安裝的光纖熔接盒，將采集的35 kV主變采樣信息和跳閘數(shù)據(jù)通過光纖熔接連接到主控室內(nèi)的主變保護(hù)。

在220 kV主變的智能化改造中，將智能終端安裝在就地變壓器旁的智能控制柜中進(jìn)行開關(guān)信息量的采集，并完成對變壓器本體的跳閘，跳閘方式采用電纜來實(shí)現(xiàn)，主變的間隙電壓數(shù)據(jù)通過單獨(dú)的合并單元來完成采集，本體智能終端和間隙合并單元集中組屏就地安裝。在不改變目前主變壓器運(yùn)行狀況的情況下，在變壓器外部增加傳感單元，傳感單元將所要監(jiān)測的數(shù)據(jù)（變壓器油色譜分析、局放等信息）傳輸給智能控制柜中的在線監(jiān)測IED，再通過IED上送至在線監(jiān)測后臺主機(jī)和一體化平臺[5]。110 kV及35 kV線路、分段、電壓間隔的智能化改造方法同220 kV線路、分段、電壓間隔。

4 智能化改造后的技術(shù)亮點(diǎn)

智能化改造后，優(yōu)化組屏方案，大量減少主控室內(nèi)的屏柜數(shù)量，實(shí)現(xiàn)測量數(shù)字化、控制網(wǎng)絡(luò)化、狀態(tài)可視化、功能一體化，為智能變電站高壓設(shè)備智能化提供了功能高度集成的智能組件。故障錄波裝置和網(wǎng)絡(luò)記錄分析儀由于數(shù)據(jù)的重疊性，具備一體化的條件，采用一體化方案，可支持報(bào)文異常、故障擾動的交叉啟動記錄。在保證保護(hù)、測控功能可靠性的前提下，簡化智能變電站組網(wǎng)方案、減少交換機(jī)投資是智能變電站設(shè)計(jì)的方向。在110 kV電壓等級，采用具有透傳功能的間隔層保護(hù)測控裝置可進(jìn)一步簡化網(wǎng)絡(luò)、明顯減少網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)數(shù)量。