110kV智能化變電站電氣系統設計

杜家威　張亞敏　王一帆

摘要：在現階段，為了應對這些嚴峻的挑戰，電力行業確定了向智能電網發展的方向，智能電網的提出能很好地解決當前電力行業所面臨的問題。在智能電網的改造建設中，智能變電站會比傳統變電站擔任更加重要的工作任務。結合智能電網中分布式電源的大量接入和與用戶的互動性要求，采用數字化測量和智能網絡系統等智能技術構建智能電網。

關鍵詞：110kv智能化變電站；電氣系統；設計措施

1.變電站電氣一次設計

1.1布置電氣平面

對場地因素進行充分分析，對施工場地的情況進行勘察設計，制定設計規劃，然后設計變電站電氣一次設備，最終形成總體設計方案。如戶內布置和戶外布置的主變形式，設計中充分分析主變設計消防設備和通風措施，此外，設計二次設備的時候，垂直空間中不能設計電容器，避免電容器干擾計算機設備，提升電力系統運行安全性和可靠性。

1.2選擇電氣設備

完成變電站建筑平面設計之后，依據設計區域的功能進行劃分，需考慮電流、負荷等參數。利用主接線方式來對電氣設備額定值進行選擇，分析合理工作狀態，校驗核算電氣設備的動穩定性、熱穩定性等參數，并且對設計原則進行分析，在滿足安全位置、環境需求以及使用規范的基礎上設計設備體積，通過已確定變電站為系統提供運行方式以及供電量，對變電站系統的技術和變壓器數量進行確定。

1.3設計主接線

第一，選擇雙電源形式，主要就是利用I型接線方式進行處理，此外能夠連接其他變電電路，變壓器連接高壓側線線路，依據母線分段的方式來處理低壓線路，不需要使用很多高壓設備，具備靈活、清晰的線路性質。實際操作中比較少連接高壓設備，存在相對小的占地面積，高壓線如果出現故障，能夠通用主變壓器，若某個電源出現失效的現象，利用繼電保護方式進行自動切換，在符合功率轉移規范的前提下設計。第二，選擇單母線形式，這種設計方式主要包括兩種電源進線方式，一路作為備用、一路作為主線，依據單母線方式連接高壓線路，以便能夠穩定安全地運行供電系統。如果電源出現故障，利用連接備用低壓接線兩段母線來對系統進行供電恢復。實際操作中應用備用電源接線，具有成本較高和工藝復雜的的特點，適合應用在城市供電網中高功率轉移、大電需求的場合中。第三，選擇內橋連接形式，這種技術能夠在電網中接入兩路接線，系統中接人高壓線內橋，有機結合低壓線，以便形成四回路供電系統，斷路器保護系統不需要過多，因為系統中存在多回路，降低系統靈活性，出現復雜的運行程序，如果變壓器故障，存在兩個以上斷路器，對故障線路進行切斷，適合用在頻繁操作的電路中。

1.4防雷及過電壓保護裝置設計

避雷器是一種保護電器，用來保護配電變壓器，電站和變電所等電器設備的絕緣免受大氣過電壓或某些操作過電壓的危害。大氣過電壓由雷擊或靜電感應產生；操作過電壓一般是由于電力系統的運行情況發生突變而產生電磁振蕩所致。避雷器有兩種：①閥型避雷器按其結構的不同，又分為普通閥型避雷器和磁吹閥型避雷器；②管型避雷器，利用絕緣管內間隙中的電弧所產生的氣體把電弧吹滅。用于線路作為防雷保護。閥型避雷器應按下列條件選擇：①額定電壓：避雷器的額定電壓應與系統額定電壓一致。②滅弧電壓：按照使用情況，校驗避雷器安裝地點可能出現的最大的導線對地電壓，是否等于或小于避雷器的最大容許電壓（滅弧電壓）；在中性點非直接接地的電網中應不低于設備最高運行線電壓。

2.電氣二次設計

2.1智能化設備整合

①在選擇智能開關時，應結合原有傳統開關設計方案，將變電站內所有電氣二次設備的接口全部轉變為數字化模式，然后將其與智能終端機相連接。這種直接的方式雖然可以降低智能化變電站設備的投資成本，但是由于缺乏了數據線路監控設備，因此從智能化角度看仍存在明顯的缺陷。②可以選擇在數字化接口處加裝有源性或無源性電子互感器，其中有源性互感器能夠有效地使電源和電路之間形成匹配，解決了電源本身穩定性的問題；無源性互感器則主要是采用光學傳感技術，所需要的費用較高，因此目前國內智能化改造設計中不常應用。③可以選擇基于IEC61850的自動化系統，該系統可以將電氣二次設備實現網絡化轉變，同時可以與變電站內各打印設備相連接，從而實現設備集控、打印集控的設計目的。

2.2直流通信電源整合

電氣二次設備的電源中包括蓄電池，而蓄電池的容量則應該按照2h獨立發電為標準，如變電站本身地理位置偏遠，則蓄電池容量應滿足4h獨立通信或2h獨立發電。智能化電氣二次設備設計時應采用分段式開關設計，即采用整合直流電源設計方案。該方案并不會刪除變電站已有的直流供電線路，而是在48V線路和220V線路上設計兩個直流母線，并根據變電站內實際電流負荷情況設計蓄電池的容量，并且不設計單獨的通信線路蓄電池。

2.3通信規約的選擇

在智能化改造后的電氣二次設備網絡中，其主要包括兩個層次，其一是站控層；其二是過程層，兩個層次網絡所涉及的通信規約也有著不同的特點。首先，站控層次網絡的通信規約通常選擇103，其是以傳統通信規約為基本架構，因此操作的互助性明顯降低，但所需要的成本也會大幅度下降。還可以選擇以IEC61850為基礎的通信規約，其可以構建數字化的變電站電氣二次設備控制平臺，不過構建成本明顯偏高，但使用效果好。該類通信規約適用于構建過程層次的網絡，其具有的FT3幀格式、傳輸延時性固定、串口通信要求高等特點均顯示了更好的使用可靠性。

在智能變電站設計中，主要包括電氣一次設計與電氣二次設計。電氣一次設計主要設計內容包括電氣主接線設計以及變壓器、斷路器、隔離開關等一些電氣一次設備的設計。二次設備的設計有助于提升變電站的運行效率，所以需要將設計工作落實到位。