談110 kV智能變電站設(shè)計(jì)

許小軍

摘? 要：智能變電站是當(dāng)今電網(wǎng)發(fā)展的趨勢和方向，是智能電網(wǎng)的變電環(huán)節(jié)，是智能電網(wǎng)中最重要的基礎(chǔ)和支撐。簡要論述了110 kV智能變電站的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，這對(duì)其應(yīng)用具有非常重要的意義。

關(guān)鍵詞：110kV;智能變電站;電網(wǎng)發(fā)展;傳統(tǒng)變電站

中圖分類號(hào)：TM63? ????????????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? ????????????文章編號(hào)：2095-6835（2014）23-0052-02

在智能變電站的設(shè)計(jì)過程中，會(huì)運(yùn)用到先進(jìn)、可靠、環(huán)保和集成的一系列智能設(shè)備。它最基本的特征就是保證全站信息數(shù)字化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化和通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化，將自動(dòng)完成信息的測量、控制、計(jì)量、檢測等操作變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。基于當(dāng)今智能變電站現(xiàn)有的智能化特點(diǎn)，結(jié)合與傳統(tǒng)變電站的比較，將類似的變電技術(shù)和變電站設(shè)計(jì)等內(nèi)容綜合在一起，具體分析和探討了110 kV智能變電站設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題。

1? 智能變電站與傳統(tǒng)變電站的比較

智能變電站最主要、最顯著的技術(shù)特征就是一次設(shè)備智能化、二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化、運(yùn)行管理系統(tǒng)自動(dòng)化，具有符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的通信網(wǎng)絡(luò)。隨著各種各樣智能化技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，技術(shù)的發(fā)展使得傳統(tǒng)變電站也發(fā)生了巨大的變化，具體表現(xiàn)為：①一次設(shè)備智能化。這點(diǎn)主要取決于兩種設(shè)備，即數(shù)字互感器和智能斷路器。傳統(tǒng)的互感器無論是在絕緣性方面，體積、質(zhì)量方面，還是在TV諧振或TA動(dòng)態(tài)等方面，都與數(shù)字互感器有很大的差距。而智能斷路器是由智能控制裝置和電力電子技術(shù)構(gòu)成的執(zhí)行單元，它替代了常規(guī)、傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)作為輔助開關(guān)和輔助繼電器，起到了非常重要的作用。②二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化。它主要采用的是三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即過程層、站控層和間隔層。過程層又被稱為設(shè)備層，它的操作應(yīng)當(dāng)支持順序控制;站控層的功能高度集成，即可以在1臺(tái)計(jì)算機(jī)或是嵌入式的裝置中實(shí)現(xiàn)，也可以在多臺(tái)計(jì)算機(jī)或是嵌入式裝置中分布實(shí)現(xiàn);間隔層通常是指繼電保護(hù)裝置和與測控裝置等相關(guān)的二次設(shè)備。這些層面的功能都非常強(qiáng)大。③與傳統(tǒng)的變電站相比，智能變電站的通信網(wǎng)絡(luò)是以IEC61850為標(biāo)準(zhǔn)的，無論是在規(guī)范、安裝、設(shè)計(jì)、制造方面，還是運(yùn)行維護(hù)等方面，都有很大的進(jìn)步。與傳統(tǒng)變電站相比，智能變電站極大地降低了作業(yè)成本。

2? 110 kV智能變電站設(shè)計(jì)

2.1? 關(guān)于智能化一次設(shè)備的選擇

在設(shè)計(jì)110 kV智能變電站時(shí)，要注重關(guān)于智能化一次設(shè)備的選擇。110 kV主變每一側(cè)應(yīng)用的都是電子式互感器，而電子式互感器是經(jīng)過細(xì)致的探討和計(jì)算選出的。無源電子式互感器的優(yōu)勢和功能是相對(duì)比較強(qiáng)大的。例如光電式電流互感器，采用的是法拉第磁光效應(yīng)原理，線性偏振光在通過處于磁場環(huán)境的介質(zhì)時(shí)，其偏振方向會(huì)有所改變。它的旋轉(zhuǎn)角為：

.???????????????????????????????????? （1）

式（1）中：V——光學(xué)材料維爾德常數(shù);

H——磁場的強(qiáng);

l——光線通過的路徑。

當(dāng)所設(shè)計(jì)的光路為閉合回路時(shí)，根據(jù)物理全電流定理可知：

.??????????????????????????????? （2）

也就是說，只要測量出法拉第旋轉(zhuǎn)角，就可以通過式（2）得出磁場強(qiáng)度，繼而求出磁場的電流。選擇這樣的智能化一次設(shè)備是因?yàn)樗袕?qiáng)大的電磁兼容性能，并且不需要向傳感頭提供電源。另外，輸出方式選擇為光通信信號(hào)。關(guān)于其他設(shè)備的選擇和使用，一般的傳統(tǒng)設(shè)備就可以滿足其需要，同時(shí)配合智能終端，使其作為智能化一次設(shè)備的智能化接口，這樣就能滿足智能設(shè)備基本的功能要求。

2.2? 采樣就地?cái)?shù)字化的設(shè)計(jì)

在110 kV智能變電站的采樣就地?cái)?shù)字化設(shè)計(jì)中，采用的設(shè)計(jì)方式是將電子式互感器與常規(guī)的互感器相結(jié)合，使其成為一個(gè)單元，實(shí)現(xiàn)采樣就地?cái)?shù)字化。在此設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)考慮以下幾方面的問題，例如，計(jì)算和分析鐵芯、銅線等的使用量，最終才能決定選擇什么形式的互感器，實(shí)現(xiàn)智能變電站低碳環(huán)保的設(shè)計(jì)理念。通常情況下，電子式的互感器的優(yōu)勢是體積比較小、抗飽和的能力較強(qiáng)、線性度較好等，能夠有效避免類似傳統(tǒng)互感器出現(xiàn)絕緣油爆炸、CT短線導(dǎo)致的高壓危險(xiǎn)等一些缺陷性問題，而且還在很大程度上節(jié)省了金屬材料。另外，要想實(shí)現(xiàn)采樣就地?cái)?shù)字化設(shè)計(jì)，還要考慮其中涉及到的技術(shù)是否先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢是否明顯，即其性價(jià)比是否合理，運(yùn)行、操作是否合理、簡便等，從而選擇最有力、最合適、最科學(xué)的互感器。當(dāng)然，在作出選擇之前，要合理、細(xì)致、科學(xué)地比較多種產(chǎn)品的屬性，之后再作定奪，以實(shí)現(xiàn)采樣就地?cái)?shù)字化設(shè)計(jì)的最終目的。

2.3? 相關(guān)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架方案

網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架方面的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)使用高速的以太網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)，它的傳輸速率不能低于100 Mb/s，而且還要保證所有的設(shè)備都有其專屬的、相應(yīng)的通信接口，規(guī)約應(yīng)當(dāng)支持IEC61850.從邏輯功能上看，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)架是由3個(gè)層面組成的，分別是站控層、過程層和間隔層。在設(shè)計(jì)站控層的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋾r(shí)，采用的結(jié)構(gòu)為單星型，它的交換設(shè)備采用的是常規(guī)的工業(yè)級(jí)工作組，從而構(gòu)成站控層單以太網(wǎng);過程層是由采樣數(shù)據(jù)網(wǎng)和GOOSE網(wǎng)構(gòu)成的，這兩個(gè)結(jié)構(gòu)在物理上呈現(xiàn)出相互獨(dú)立的態(tài)勢，其采用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與站控層類似，都應(yīng)當(dāng)是星型的。GOOSE控制網(wǎng)要符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，并且要是工業(yè)級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備，這樣才能構(gòu)成針對(duì)主變的相關(guān)形式的控制網(wǎng)。另外，由上述規(guī)定型號(hào)構(gòu)成的GOOSE控制網(wǎng)，它的工業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備還必須要支持GOOSE技術(shù)。在保護(hù)雙重化時(shí)，相應(yīng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容要滿足雙重化配置的過程層網(wǎng)絡(luò)，繼而滿足繼電保護(hù)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直跳、直采，滿足繼電保護(hù)雙重化的配置在兩個(gè)過程層網(wǎng)絡(luò)中完全獨(dú)立的原則。

3? 結(jié)束語

總而言之，在110 kV智能變電站的設(shè)計(jì)問題上，最突出和顯著的問題有以下兩方面：①電子式互感器輸出時(shí)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約問題，必須要保證二次輸出的規(guī)約是基于IEC60044-8的FT3。②在設(shè)計(jì)過程中，要充分考慮電壓互感器的輸出、電度表的配置和保護(hù)輸入等多個(gè)問題的特殊性。另外，關(guān)于110 kV智能變電站的設(shè)計(jì)問題，整個(gè)工程要協(xié)調(diào)完成，盡可能讓調(diào)試單位的人員提前進(jìn)入工程。這樣做的目的是，在設(shè)計(jì)過程中就解決其中存在的技術(shù)問題，使整個(gè)設(shè)計(jì)、操作過程更為穩(wěn)妥，從而順利完成現(xiàn)場調(diào)試工作。

參考文獻(xiàn)

[1]陳文中.數(shù)字化變電站全光纖電流互感器準(zhǔn)確度校驗(yàn)[J].華東電力，2009（12）：22-28.

Smart Talk 110 kV Substation Design

Xu Xiaojun

Abstract： Intelligent substation is the trend and direction of development of today's power grid， smart grid substation areas， is the most important smart grid infrastructure and support. Briefly discusses the 110 kV substation intelligent design points that its application has very important significance.

Key words： 110 kV; intelligent substation; grid development; traditional substation