萬榮縣110 kV 變電站改造設(shè)計及實現(xiàn)

毛瑞強

（國家電投集團山西可再生能源有限公司，山西 太原 030000）

1 萬榮縣110 kV 變電站改造需求分析

1.1 數(shù)據(jù)采集的改造需求

山西省運城市萬榮縣110 kV 變電站的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包括遙測、遙信2 部分。傳統(tǒng)變電站普遍使用的是電磁變壓器，新一代智能變電站要進行數(shù)據(jù)采集與共享，電磁互感器不能承受，且沒有共享能力。因此，一般使用電子變換器，通過初步過濾信號的內(nèi)部，將有效信息輸出或者合并輸出，最后發(fā)送到需要的接收設(shè)備。但是，電子互感器的抗干擾性差，在數(shù)據(jù)傳送時可靠性不高，供電問題也很難得到解決，因此在萬榮縣110 kV變電站智能化改造中，為提高數(shù)據(jù)、信號的采集精度，使其與智能設(shè)備及保護裝置同步，對萬榮站的變壓器進行改造[1]。

1.2 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的改造需求

智能變電站的網(wǎng)絡(luò)化總體上可以劃分成“三層兩網(wǎng)”，分別是站控層、隔離層以及過程層。過程層網(wǎng)分為面向通用對象的變電站事件（Generic Object Oriented Substation Event，GOOSE）和采樣信息的通信服務（Sampled Value，SV）這2 種類型，都通過層和隔離層進行通信，GOOSE 側(cè)重于設(shè)備的狀態(tài)和控制以及數(shù)據(jù)的交流，而SV 則負責對設(shè)備的取樣值進行傳送。目前，110 kV 及以下的變電站均為環(huán)狀、單網(wǎng)式，因此在萬榮縣110 kV變電站的智能化工程中，只要再增加一組GOOSE，就可以節(jié)省大量資金。110 kV GOOSE 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 110 kV GOOSE 網(wǎng)配置方案

1.3 站控層系統(tǒng)的改造需求

為實現(xiàn)變電站的智能化，需要先實現(xiàn)站控層智能化。站控層的改造，主要是實現(xiàn)對變電站的實時監(jiān)測與防護，并建立一個集成智能化綜合平臺。

集成式智能化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)基于多媒體信息服務（Multimedia Message Service，MMS）網(wǎng)絡(luò)，可以根據(jù)需要進行多種類型的信息傳送。集成運營平臺，用于企業(yè)管理與使用，在軟件開發(fā)中，必須具備一定的抗干擾功能。該系統(tǒng)由2 個核心組成，數(shù)字信號處理（Digital Signal Processing，DSP）核心承擔防護和輸出的邏輯操作，高級精簡指令集計算機機器（Advanced Reduced Instruction Set Computer Machines，ARM） 核心記錄故障信息，輸出數(shù)據(jù)。并具有后臺通信功能，可為各類工作站和通信設(shè)備提供操作[2]。

2 萬榮縣110 kV 變電站智能化改造方案研究

2.1 一次設(shè)備智能化改造方案

2.1.1 智能變壓器選擇

萬榮縣110 kV 變電站SFZ8-20000/110 型變壓器的最大問題是供電能力不夠，無法滿足供電需求。此外，因其使用時間較長，裝置老化，耐短路沖擊性能較低，無法滿足遠距離調(diào)節(jié)工作要求，需對2 座主要變電站進行改裝。

本產(chǎn)品采用SSZ11-M-50000/110/35/10.5 kV 變壓器，配有負載調(diào)節(jié)、內(nèi)置各種智能元件和電子感應器，是新型天然油循環(huán)自冷全封閉變壓器。

2.1.2 互感器選擇

互感器包括電壓互感器和電流互感器，其工作方式與變壓器相似，用于計量。除此之外，還可隔絕高壓，保證使用者和儀器安全。采用合并裝置與普通電磁互感器相結(jié)合來代替?zhèn)鹘y(tǒng)電磁傳感器，可以改善數(shù)據(jù)獲取和轉(zhuǎn)換的可靠性與精確度，并且可以節(jié)省費用。組合裝置+傳統(tǒng)電磁變壓器的結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 組合裝置+常規(guī)電磁式互感器結(jié)構(gòu)

在不同電壓水平下，只要有足夠的電壓容量，只需選取不同的變流器，就可達到相同的功能。通過對萬榮縣110 kV 變電站的保護與測控要求等級的綜合對比分析，確定了變壓器和電流環(huán)的選用。

實驗數(shù)據(jù)采用SPSS21.0軟件進行分析，計量資料用均數(shù)±標準差表示，多組差異比較用單因素方差分析，組間比較用SNK-q檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2.1.3 斷路器選擇

目前，智能變電站使用的斷路器大都是一種完全密閉的SF6氣體隔離開關(guān)（Gas Insulated Switchgear，GIS)。為最大程度利用GIS 開關(guān)設(shè)備的優(yōu)勢，確保電力系統(tǒng)安全可靠，在系統(tǒng)改造中建立一個由開關(guān)控制單元、設(shè)備檢測單元、GIS 設(shè)備等構(gòu)成的智能控制柜，從而降低一二次設(shè)備的線路連接[3]。

智能化GIS 匯控箱是目前智能變電站應用的一種新型設(shè)備。其利用計算機技術(shù)對GIS 設(shè)備進行控制、采集、記錄和存儲，設(shè)備與控制中心之間采用光纖電纜進行通信，占用空間很少，而且可以與各種互感器相適應，保證了電力系統(tǒng)的安全性和可靠性。

萬榮縣110 kV 變電站的智能化改造中，35 kV和10 kV 斷路器采用的是手車式智能開關(guān)柜。這2 個智能開關(guān)柜都配備了斷路器接觸式溫度測量裝置，還配備了濕度和力學性能檢測裝置，并采用一種新型復合式真空斷路器，通過車體上的螺絲裝置，完成了手車的拔出和推進，同時對開關(guān)的開合進行調(diào)節(jié)。

2.2 二次系統(tǒng)智能化改造

2.2.1 網(wǎng)絡(luò)配置方案

（1）SV 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。根據(jù)電壓等級不同，SV 網(wǎng)絡(luò)配置有所不同，具體如下。

110 kV 電壓等級的保護裝置為雙套配置，保護采樣1 從合并單元1 采樣，保護單元2 從合并單元2采樣；測控裝置為單套配置，從合并單元1 采樣；計量裝置為單套配置，從合并單元2 采樣；故障錄波器和網(wǎng)絡(luò)報文分析儀為網(wǎng)絡(luò)直采。35 kV 電壓等級的保護裝置及測控裝置均配置單套測保一體裝置，從內(nèi)置合智一體化裝置直接采樣；計量裝置為單套配置，從內(nèi)置合智一體化裝置直接采樣；故障錄波器和網(wǎng)絡(luò)報文分析儀為網(wǎng)絡(luò)直采。

（2）GOOSE 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案。保護設(shè)備對數(shù)據(jù)的采集精度和可靠性的要求是最高的，如果信息不精確，抗干擾性較差，將會造成開關(guān)誤動或拒動，從而造成電力系統(tǒng)損壞。測控設(shè)備對GOOSE 數(shù)據(jù)精度要求不高，但需綜合多種信息，因此采取網(wǎng)采網(wǎng)跳的方法。故障記錄采用組網(wǎng)方式，合并單元采用網(wǎng)采網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。

（3）站控層的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。它是由MMS 通信系統(tǒng)連接起來，利用整個站點所采集到的數(shù)據(jù)來監(jiān)測和控制一次設(shè)備。其中一次設(shè)備關(guān)機不會對站控層的設(shè)備造成任何影響，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性[4]。

2.2.2 設(shè)備配置方案

（1）站控制層的裝置結(jié)構(gòu)。萬榮縣110 kV 變電站的站控層設(shè)備配備齊全，包括主機、工作臺、服務器、計算機以及衛(wèi)星通信等。因為站控層負責對整個變電站的設(shè)備進行監(jiān)測與通信，完成數(shù)據(jù)采集和保護管理，所以此次改造無需改變站控層設(shè)備，只需要修改一些參數(shù)。

（2）隔離層裝置結(jié)構(gòu)。隔離層是設(shè)備的主要測控與保護層次，可進行遠程和現(xiàn)場作業(yè)。當前多數(shù)變電站為無人值守，需進行遠距離監(jiān)控與測量分析，在站控層發(fā)生故障時，隔離層要確保數(shù)據(jù)的準確性和可靠性，還可以精確監(jiān)視下一層[5]。結(jié)合萬榮縣110 kV變電站智能化改造，綜合多個方案影響，最后選定的變電站間隔層設(shè)備配置如表1 所示。

表1 萬榮變電站間隔層設(shè)備配置

（3）工藝層的裝置結(jié)構(gòu)。流程層主要負責數(shù)據(jù)傳遞與分析，是一、二次裝置間的重要樞紐，在組態(tài)和智能終端時，其運行穩(wěn)定與安全為首要任務。萬榮縣變電站智能終端和綜合設(shè)備配置情況如表2所示。

表2 萬榮變電站智能終端以及合并單元配備表

3 結(jié) 論

文章對智能變電站開展調(diào)研與研究，為其智能化改造與發(fā)展提供理論依據(jù)。充分利用變電站的現(xiàn)有設(shè)備，使其最大限度地發(fā)揮功能，降低設(shè)備和改造投資，節(jié)省人力、物力、財力，并可滿足變電站的智能化要求。萬榮變電站智能化改造后，實現(xiàn)了智能化、數(shù)字化、標準化，使其運行更平穩(wěn)、維修更便捷、供電更穩(wěn)定。