110kV智能變電站設計與建設實例

【摘要】相比于傳統的變電站，智能變電站由于在節能、環保、自動化等方面具有非常大的優勢，是未來南方電網電力行業發展的必然選擇，但是在設計和建設的技術方面也有一個循序漸進、日趨完善的變化過程。本文通過南方某地110KV變電站設計和建設的實例分析，對比傳統變電站和智能變電站的優劣，對110KV變電站設計的技術要點進行了論述，對電力企業將來設計和建設110KV變電站具有一定的借鑒意義。

【關鍵詞】110KV;智能變電站;設計與建設研究

引言

智能變電站是變電站發展的必然趨勢，是智能電網的核心載體，主要是運用科學、集成、安全、環保的智能設備，通過實現電力信息數字化、網絡化、共享化的目標要求，對變電站的電力信息資源進行自動采集、實時監控、智能調節、動態分析。隨著計算機網絡信息系統的日益普及推廣，相比于傳統的變電站，智能變電站在南方電網發展中具有廣闊的空間。因此，如何探索設計和建設智能變電站，便成為了電力企業深入研究的一項重要課題。筆者通過某地110KV變電站設計和建設的實例，對比于傳統的變電站，對智能變電站在設計和建設中需要解a決的一些技術問題談些粗淺的認識。

一、智能變電站和傳統變電站的差異

相比較于傳統的變電站，智能變電站集合了智能化一次設備、網絡化二次設備和自動化通信運行設備，結構比較緊湊，而且利用電子式互感器解決了傳統的互感器固有的一些技術問題，可以實現不同電力設備之間的無縫對接，消除了很多安全隱患，具有非常大的應用空間（如圖1所示）。

圖1 南方電網某公司的智能變電站結構圖

（一）智能化一次設備

涵蓋了電子式互感器和智能斷路器。電子式互感器主要包括無源電子式互感器和有源電子式互感器兩種，比如全光纖電流互感器就是無源型電子式互感器，體積小，重量輕，頻帶寬，光纖傳感，動態空間廣，有源型電子式互感器能夠將傳統互感器輸送的電壓和電流就地數字化，并通過光纖設施、計算機設備和合并單元功能及時傳輸到電力系統的監控、保護設備。與傳統的互感器相比，電子式互感器由于使用光纖作為傳輸和敏感元件，安裝維護很簡便，而且具有良好的抵抗干擾等安全可靠性能（如表1所示）。

表1 電子互感器與傳統互感器對比圖

智能斷路器是運用新型傳感器和微電子、計算機技術等建立一個全新二次斷路，實現智能化操作的系統，主要是起輔助作用的斷路器。

（二）網絡化二次設備

網絡化二次設備主要包括過程層、間隔層、站控層三層網絡結構。

過程層是一次設備和二次設備的結合體，涵蓋了智能設備、終端設備和合并單元，主要實現電能資源的分配、變換、輸送和檢測、控制、計量、保護等功能。間隔層一般包括繼電保護、監測控制等二次設備，通過間隔數據實現智能傳感和控制設備的通信運行。站控層囊括了通信、對時、自動化和站域控制等各個子系統，對于智能變電站來說，可以全部完成測量、控制、數據采集、信息保護等功能，是一個高度集成的裝置，既可以嵌入一臺網絡設備中，也能夠在多臺網絡終端分布，實現互連互通，非常容易形成共享的網絡信息資源。因此，對比于傳統的變電站，智能變電站能夠極大地提升不斷裝置的相互操作性能。

二、110KV智能變電站設計和建設的技術要點

（一）科學選擇智能設備

一方面，110KV智能變電站主變壓器運用電子式互感器，使用光纖傳輸信號，其他一次設備還沿用以往的傳統變電站設備，智能化接口運用智能終端設備，借以發揮智能設備的作用。另一方面，運用中置式真空開關柜裝置進行110KV變電站配電，并分別安裝出線保護裝置，但是智能終端設備可以只設計在主變低壓側，其他出線裝置上可以不用配備智能設備。

（二）合理設計網絡結構

一是運用高速以太網，確保110KV智能變電站的傳輸速率達到每秒鐘100Mb以上，而且通信接口連接到全部變電設備上，同時需要支持IEC 61850標準。二是110KV智能變電站的所有網絡結構要包含過程層、間隔層和站控層三個層次。過程層要按照SV網、GOOSE網物理獨立設計，運用星型結構網絡拓撲，同時為了實現雙重化保護，以及達到繼電保護裝置點對點的直采和直跳，過程層要進行雙重配置，而且要遵循相互獨立的原則。站控層要運用傳統的網絡交換設備設計，實現單以太網光纖連接，而且運用單星型結構實現網絡拓撲，同時要能夠支持GOOSE網絡技術。

三、110kV智能變電站設計和建設實例

近年來，隨著國家能源產業變革步伐的日益加快，南方電網公司堅持圍繞“一個目標”，促進“兩個轉變”，落實“三步走”，遵循“四個戰略取向”，建設“五個核心能力”的總體發展思路，電網運行始終保持了安全穩定的良好態勢，也帶動了110KV智能變電站設計和建設的數量的日益增多。

（一）設計建設站控層

對110KV智能變電站實行統一信息存取建模，確保信息數據采集、存儲、處理、傳輸能夠安全、穩定、科學、高效運行。

（二）設計建設間隔層

包括保護、測量、監控、表計設備等。因為110KV智能變電站的電力供應運用的是輻射式的結構，通常不在進線的地方設計保護裝置，而只是將保護裝置設計在內橋或分段的地方。主變壓器設計一體化雙套后備保護裝置，每套裝置實現點對點電力信息采集和過流保護，非電量保護裝置通過本體智能終端實現跳閘保護，并及時將信息傳輸到過程層GOOSE網。同時在電力信息的計量上仍然配備傳統的計量系統，110KV線路運用電子式互感器后配置傳統計量互感器和數字式電能表兼容使用，以實現0.2s的精度，10KV低壓側仍然運用傳統互感器和傳統智能電能表。

（三）設計建設過程層

依然通過光纖傳輸，運用點對點和網絡總線的辦法來連接過程層和間隔層，變壓器的智能化通過變壓器、智能終端設備和智能組件來共同完成，開關設備的智能化通過GIS開關、智能終端設備和智能組件來共同完成，互感器設備的數字化通過智能變電站光電電流電壓互感器來完成。主變壓器高壓、低壓端的智能設備，仍然設計兩套，而且各自配備獨立GOOSE接口，實現與保護裝置點對點連接，并分別連接到GOOSE網，確保非電量信號能夠順利采集。同時，電子式互感器的設計要滿足科學性和效益型，運用數字化接口，通過光纖實現合并單元傳輸，精確電流不能小于0.2s，保護電流不能小于5TPE，精確電壓不能小于0.2，保護電壓不能小于3P。主變高壓側可以依據A、B、C設計雙套全光纖電流型電子式互感器，110KV高壓母線設計一套全光纖電壓型電子式互感器，同時可以將常規電壓、電流互感器分別接到OCT、OPT后側，10KV低壓處可以設計一套三相電流電壓組合互感器，出線、電容器、接地變可以設計一套三相常規的電流互感器，低壓母線處可以設計三相常規電壓互感器。設計電子式互感器和網絡化二次設備連接系統的合并單元時，可以運用光纖以太網絡，實現IEC 61850-9-2標準模式傳輸，高、低壓變壓器仍然設計雙套裝置，高壓側合并單元用中性點電流接入，主變和內橋均設計雙套合并單元，每個合并單元都設計成單獨的GOOSE網絡切口和SV接口，實現點對點自動保護和實時監控。

結語

對于未來的變電站發展態勢來看，智能變電站是必然的發展趨勢，但是目前智能變電站仍然處于探索階段，在理論和實踐方面尚需進一步的研究和應用，特別是110KV智能變電站在設計和建設方面，由于需要同時兼容傳統變電站自動化系統、計算機保護裝置和一次設備的技術成熟度，仍然有許多關鍵性的技術需要解決和逐步完善。因此，110KV智能變電站的設計和建設也不是一蹴而就的事情，而應當結合電力行業發展的客觀實際循序漸進、逐步實施推廣。

參考文獻

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