解析數字化變電站保護下放的問題

李明海

(貴州電網公司銅仁供電局，貴州 銅仁 554300)

引言

隨著計算機應用的普及和網絡技術的迅速發展，計算機監控系統在國內外的電力行業中得到普遍的應用。變電站在確保工程安全可靠、經濟穩定運行的前提下，依靠科技進步，可以考慮結合數字化變電站技術將保護設備下放以提高變電站的自動化水平，控制經濟指標，達到運行管理現代化，節約投資，實現與調度中心的高速數據網絡通信,使工程的設備等級、自動化水平及運行管理水平邁上一個新臺階。

1 數字化變電站中保護下放布置的形式

1.1 采用保護小室方式

在變電站配電裝置內或旁設保護小室，保護小室采用普通磚混結構或壓型鋼板，為小室內的二次設備提供了一個可以安全正常工作的電磁環境。按一定原則將所有二次設備安放于保護小室內。 這種形式適合變電站出線規模較多的敞開布置式戶外變電站。

1.2 配電裝置柜方式

計算機監控系統間隔層按所內一次設備配置，完全物理分散，將保護、監控、計量和電源組柜分散布置在間隔內，一二次設備完全對應。取消就地端子箱。所有下放的保護設備均采用戶外柜，每回220kV 線路配置2 面柜，每個柜內配有溫濕度傳感器、保護裝置、監控單元、數字式電能表等。由于采用完全分散的方案。去主控室的電纜僅有光纜和一些交直流電源電纜。各間隔相對獨立通過通信網同變電站站控層設備通信。這種形式適合全戶內GIS 變電站。

1.3 可吊裝小室的方式

在變電站設保護小室，要涉及到土建問題，為避免由土建帶來的不必要的麻煩，國外有些變電站采用保護小室可吊裝的方式。在生產廠家按照保護小室的屏蔽要求制作五面體的保護小室。預留電纜出口，整體吊裝到開關場安裝。這種形式適合變電站規模較小或建設周期要求短的戶外站。

2 保護下放和數字化變電站的關系是密不可分的

數字化變電站是將計算機技術、網絡技術和通信技術綜合應用于變電站，實現變電站電氣一、二次設備的信息采集、傳輸、處理、控制過程全部數字化，以實現變電站的全過程自動化管理。

保護下放技術指以保護屏為主，將保護、監控、計量、電源裝置單元化、模塊化配置，經抗電磁干擾設計，分散到各相應間隔的保護屏上布置到配電裝置附近。從而節約屏間電纜，使得二次回路更加清晰、簡單、可靠。提高了數據采集功能，降低了保護及CT 的負載。

數字化變電站為保護下放提供了平臺和載體，推動無人值班變電站的建設。由于采用了數字化技術，將分散布置的保護、監控、計量、通過光纖網絡緊密聯系起來，形成功能分散，物理分散，風險分散，信息集中，采集共享，這樣就能提高整個系統的抗干擾能力，減少施工的工作量，減輕維護人員的查線工作。

3 數字化變電站為保護下放創造了條件

3.1 數字化變電站采用電子式互感器把模擬信息轉換為數字信息傳輸。采用電子式互感器沒有電氣聯系，絕緣結構大為簡單，從根本上改變了互感器原有的設計思路，光電互感器及光纖基本上不消耗能量，不存在二次短路和開路，避免了因電壓互感器二次短路、電流互感器二次開路造成用戶失電、設備損壞的經濟損失。采用電子式互感器工作電壓低，運行更為安全、可靠。它的采用提高了保護、測量和計量系統的精度；簡化二次接線，提高系統的可靠性。采用數字式電表，不存在電度表本身的采樣誤差，減少設備的維護和更新，提高工作效率。

3.2 數字化變電站采用一次智能化設備。國外已有全數字化一次智能化設備如PASS 開關，對于國內而言，由于投資的限制多采用傳統一次設備（如斷路器、主變壓器等）+智能終端的方法，實現一次設備智能化。這種方案不僅可以充分利用現有一次設備，同時還可以大大降低全數字化變電站建設投入。智能終端分GIS型和AIS型兩種，均就地安裝。

3.3 數字化變電站按IEC61850 協議建立變電站中各種設備的信息模型。設備間交換信息均使用該模型構建統一的信息平臺。提高了信息的可靠性、準確性、完整性和實時性；解決了設備間的互操作問題，通過通信網絡的改變使保護、監控、在線檢測、五防和VQC 等信息傳輸，在統一的信息平臺上實現了信息共享。

4 數字化變電站保護下放的優點

4.1 保護設備分散布置在配電裝置內，一二次設備對應性強，便于維護、檢修和巡視。在各測控裝置設置斷路器的一對一后備操作手段。可以實現三級控制，從而可以提高檢修質量和效率。提高變電站安全運行的可靠性，減少維護工作量，實現減人增效。使變電站真正可靠運行,為無人值班創造條件。

4.2 保護設備分散布置,保護控制設備組合在保護屏中或一體化，減少二次設備間的連接。減少變電站二次設備的重復配置，實現資源共享，數字化變電站采用光纜及少量的交直流電纜，取消電纜溝及橋架,二次設計和施工得以大大簡化。同時減少變電站建筑面積，降低工程造價。保護設備分散布置擴建時對原有設備改動小,可以從根本解決變電站二次系統設備集中布置時存在擴建電氣接線復雜、電纜集中等問題，有利于設計、施工、擴建和二次維護。

5 數字化變電站保護下放布置帶來的問題

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5.1 電源的分配問題,數字化變電站保護下放后,直流和交流電源成為站內主要電纜來源，傳統的直流分配及交流分配模式將被打亂,直流和交流都應該分散在負荷中心以便更有效地縮短電纜長度。

5.2 保護下放分散布置后，保護控制設備需要解決的一個重要的問題就是抗干擾問題。變電站主要從設備及外部環境兩個方面采取抗干擾措施。下放到配電裝置區的保護設備均需按國家標準進行九項抗擾度試驗。外部環境的抗干擾主要體現在電纜、光纜和就地智能設備的抗干擾設計，具體包括交直流電纜采用屏蔽電纜，二次電纜與一次電纜分開敷設以及變電站內的智能終端光偶、光纜的抗干擾、抗雷擊、抗老化設計。

5.3 保護完全下放后帶來的另一個重要問題就是采暖通風設計。當采用完全下放布置方式時，保護完全下放到間隔，對間隔內保護柜的要求就特別高，防護等級不僅要求IP55，而且機柜的散熱、驅潮、檢修、防鹽霧、屏蔽設計都要求更加合理，柜體能前后開門、加裝風扇或雙層隔熱。考慮到惡劣天氣時檢修、維護設備的要求，目前220kV 變電站設計中仍建議在柜體集中的地方采用簡易保護小屋方案，小屋約6m2,內設計有照明,輻射保溫層、消防、通風、插座等，不設置特殊屏蔽措施。

6 結束語

本文對數字化變電站中保護下放問題進行了論證探討。為今后220kV 變電站的無人值班設計提出了設想和嘗試，由于國內變電站采用數字化保護、控制模式的時間不長，大量問題還有待于發現和研究。隨著保護、通信技術的發展，我們將不斷在工程中研究、總結。為提高工程建設質量、實現更好的經濟技術指標、為變電站建設的真正革命打下堅實的基礎。

[1]國家電力公司西北電力設計院.DL/T 5149-2001220～500kV 變電站計算機監控系統設計技術規程[M].北京.中國電力出版社.2001.

[2]國家電力公司西北電力設計院.DL/T 5136-2001 火力發電廠、變電站二次接線設計技術規程[M].北京.中國電力出版社,2001.