110 kV智能變電站電氣一次系統(tǒng)及繼電保護(hù)研究

謝灣灣

（晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 晉城 048000）

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，社會(huì)生產(chǎn)和人們的日常生活對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提出了更高的要求。電力系統(tǒng)不僅是其他各行各業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，而且關(guān)系著人們的物質(zhì)和文化生活水平，其中110 kV智能變電站在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。變電站是整個(gè)電力系統(tǒng)的樞紐，承擔(dān)著變換電壓、匯集和分配電能等作用。在長期的運(yùn)行中，110 kV智能變電站易發(fā)生安全故障，且存在先進(jìn)設(shè)備性能和整個(gè)電力系統(tǒng)中滯后設(shè)備性能不匹配的現(xiàn)象。變電站的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行直接影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全，因此人們更加關(guān)注電氣一次系統(tǒng)以及繼電保護(hù)的運(yùn)行裝置設(shè)備能否提高電氣供應(yīng)的安全性和穩(wěn)定性[1]。為此，負(fù)責(zé)電力工作的相關(guān)人員應(yīng)該逐步提高電氣一次系統(tǒng)在使用時(shí)的整體效果與質(zhì)量，提高繼電保護(hù)的維護(hù)工作效果，以滿足當(dāng)前的發(fā)展需求。

1 110 kV智能變電站電氣一次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，人們的用電需求越來越大，需不斷提高供電工程的建設(shè)水平。國內(nèi)工程建設(shè)中最重要的就是電氣一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)。電氣一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程涉及的環(huán)節(jié)眾多且范圍廣泛，增大了電氣一次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度。每一次供電工程設(shè)計(jì)結(jié)束后，需要投入大量且充足的資金來提高供電工程施工時(shí)的整體效果，同時(shí)需選擇最合適的配電裝置[2]。電氣一次設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測與管理整體電能、運(yùn)輸狀況以及運(yùn)輸狀態(tài)等，有效提高電能第一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體質(zhì)量，防止在使用過程中存在大量有待解決的問題。

電力系統(tǒng)中最核心的部位是智能變電站。智能變電站以設(shè)備全智能化和測控全智能化為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)供電安全的在線預(yù)警、變電設(shè)備的智能監(jiān)控以及自動(dòng)識(shí)別薄弱環(huán)節(jié)等功能。智能變電站的運(yùn)行效果直接關(guān)系該區(qū)域的供電成果、質(zhì)量以及穩(wěn)定性[3]。如果智能變電站在設(shè)計(jì)施工時(shí)質(zhì)量出現(xiàn)問題，那么在后續(xù)使用過程中該地區(qū)的供電穩(wěn)定性也會(huì)逐步下降。此外，智能變電站中包括很多電氣一次設(shè)備，應(yīng)在施工前多層次和多角度進(jìn)行考慮，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)，準(zhǔn)確核實(shí)與設(shè)計(jì)相關(guān)設(shè)備，保證電氣一次設(shè)備在使用時(shí)的效果較佳，從而保障110 kV變電站電氣一次系統(tǒng)處于安全且穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。

在設(shè)計(jì)110 kV智能變電站的電氣一次系統(tǒng)時(shí)，根據(jù)當(dāng)?shù)匕l(fā)展的實(shí)際情況及需要選擇合適的變壓器是設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。變壓器是電力供應(yīng)的重點(diǎn)，選擇變壓器時(shí)需要考慮智能供電站的整體狀況。智能供電站使用時(shí)存在多種狀況，面對(duì)這些狀況需增加變壓器的數(shù)量，盡可能選擇兩個(gè)或兩個(gè)以上的變壓器。

第一，當(dāng)智能變電站的電路存在過多的一級(jí)或二級(jí)負(fù)荷時(shí)，要保證整個(gè)智能變電站在使用時(shí)的安全性，需要采用兩個(gè)或者兩個(gè)以上的變壓器。但是，過量的一級(jí)或二級(jí)負(fù)荷會(huì)直接導(dǎo)致供電中斷，情節(jié)嚴(yán)重時(shí)甚至還會(huì)引發(fā)觸電事故。一旦發(fā)生事故，將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，且電力企業(yè)的發(fā)展速度也會(huì)隨之下降[4]。

第二，智能變電站所在地區(qū)不同，季節(jié)變化情況也不相同。如果該地區(qū)本身的季節(jié)變化非常明顯，那么對(duì)變電站的影響將比較明顯。例如，雨季時(shí)地網(wǎng)接地電阻及地表跨步電壓減小，將導(dǎo)致接觸電壓增加；設(shè)備在炎熱的夏季容易出現(xiàn)發(fā)熱和過載等情況，因此需要做好每年夏季的防汛工作，處理好排水，防止電纜溝進(jìn)水等；秋季早晚溫差較大，會(huì)影響設(shè)備運(yùn)行；冰凍季節(jié)會(huì)導(dǎo)致地網(wǎng)接地電阻增加等。因此，需要考慮到由季節(jié)變化給變電站帶來的影響，盡可能采用兩個(gè)或兩個(gè)以上的變壓器。

第三，如果智能變電站在室內(nèi)，且室內(nèi)采用的用電系統(tǒng)負(fù)荷較大且電源系統(tǒng)本身沒有施工接地，一定要選擇多個(gè)變壓器才能確保智能變電站的整體使用效果。選擇變壓器時(shí)還要分析高壓配電裝置的選擇是否合理，尤其是對(duì)110 kV的智能變電站而言。總之，在110 kV智能變電站的設(shè)計(jì)與使用時(shí)，應(yīng)綜合該地區(qū)的地理狀況和環(huán)境條件，確定高壓配電裝置的選擇是否合理。

2 110 kV智能變電站電氣一次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在室內(nèi)安裝高壓配電裝置時(shí)，需要符合相關(guān)規(guī)定。例如，市區(qū)或環(huán)境惡劣地區(qū)的110 kV智能變電站應(yīng)采用屋內(nèi)配電裝置，通過建筑物對(duì)變電站予以一定的保護(hù)。在大城市的中心地區(qū)配置智能配電站，在條件較為惡劣的地區(qū)可配置GIS組合電器的110 kV配電裝置。目前，主要采用的布置方式為中型布置方式和半高型布置方式[5]。在中型布置方式中，需要在母線下布置高壓配電裝置，而半高型布置方式則要求將斷路器、電流互感器等電氣設(shè)備布置在母線下面。此外，需要選擇最合適的主接線方式。針對(duì)不同的方式和不同的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，應(yīng)考慮到其設(shè)計(jì)中的整體內(nèi)涵。設(shè)計(jì)過程中，需要分析智能變電站的使用目的、效果、地位以及對(duì)電力系統(tǒng)帶來的影響，盡可能發(fā)揮其作用，滿足智能變電站對(duì)靈活性、可靠性以及經(jīng)濟(jì)性的要求。

3 110 kV智能變電站電氣一次系統(tǒng)的應(yīng)用策略

3.1 提高110 kV智能變電站電氣一次系統(tǒng)的運(yùn)行效率

為充分提高110 kV智能變電站電氣一次系統(tǒng)的運(yùn)行效率，保障變電站的良好運(yùn)行，應(yīng)充分發(fā)揮繼電器保護(hù)裝置的功能。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在電氣設(shè)備運(yùn)行過程中要重視運(yùn)行質(zhì)量，逐步提升電氣設(shè)備的運(yùn)行效果。在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的當(dāng)前，電力事業(yè)的發(fā)展速度直接影響我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的質(zhì)量和社會(huì)效益[6]。電力技術(shù)人員應(yīng)不斷增加變電站的保護(hù)意識(shí)，優(yōu)化變電站運(yùn)行方式，確保變電站具有高度智能的故障檢測能力和診斷能力。此外，技術(shù)人員應(yīng)定期巡查110 kV智能變電站，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)，避免設(shè)備發(fā)生運(yùn)行故障，確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，減少故障發(fā)生頻率。

3.2 110 kV智能變電站過程層的繼電保護(hù)

為進(jìn)一步加強(qiáng)110 kV智能變電站過程層的繼電保護(hù)，應(yīng)提高驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，以全面增強(qiáng)智能變電站的建設(shè)質(zhì)量。在智能變電站的結(jié)構(gòu)構(gòu)造中，過程層是不可忽略的一部分，其中包括一次設(shè)備以及與一次設(shè)備相關(guān)的附屬組件安裝。使用過程層時(shí)應(yīng)考慮使用目的是防止智能變電站出現(xiàn)短時(shí)間的跳閘或相關(guān)路線缺乏保護(hù)等問題，其中包括線路保護(hù)和母線保護(hù)。

3.2.1 線路保護(hù)

110 kV智能變電站內(nèi)部的整體線路復(fù)雜，要求所有工作人員要明確路線連接，提高路線的連接效果，保障智能變電站使用的穩(wěn)定性，并提高其使用效果。要求采用間隔單套配置對(duì)所有的線路有效連接，從而對(duì)線路進(jìn)行連接保護(hù)。線路之間的保護(hù)測控裝置不僅實(shí)現(xiàn)一對(duì)一連接，而且實(shí)現(xiàn)信息之間的交換，可直接將變電站的數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇K端。對(duì)變電站進(jìn)行最有效的監(jiān)測及保護(hù)，可提高保護(hù)的整體質(zhì)量[7]。

3.2.2 母線保護(hù)

運(yùn)行過程中會(huì)有巨大的電能通過母線，一旦發(fā)生短路，其將承受巨大熱量和電動(dòng)力。因此，不僅要嚴(yán)格選擇母線材料，還要在設(shè)計(jì)上符合安全經(jīng)濟(jì)的要求。對(duì)母線的最佳保護(hù)措施是選擇間隔保護(hù)。110 kV智能變電站的母線保護(hù)與其他保護(hù)內(nèi)容和保護(hù)方式存在一定的區(qū)別，母線保護(hù)相比于其他線路保護(hù)更加具體，保護(hù)性能更高，且保護(hù)質(zhì)量更好。在開展母線保護(hù)的過程中，母線線路是整個(gè)線路運(yùn)行的基礎(chǔ)內(nèi)容，一旦母線線路損壞，整體裝置將無法運(yùn)行。需注意，數(shù)據(jù)采集可以在短時(shí)間內(nèi)獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，有效避免跳閘問題的出現(xiàn)。

3.3 繼電保護(hù)運(yùn)行的不同階段

在繼電保護(hù)運(yùn)行的不同階段展現(xiàn)的效果有著一定區(qū)別。正常供電運(yùn)行是變電站運(yùn)行過程的基礎(chǔ)，一個(gè)設(shè)備能不能正常運(yùn)行依賴變電站中設(shè)備的穩(wěn)定性[8]。整個(gè)供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行也關(guān)系供電系統(tǒng)的整體使用效果，其中包括各個(gè)傳感器的工作狀態(tài)和工作效益。當(dāng)供電處在不正常階段時(shí)，由于電力系統(tǒng)是一個(gè)整體，因此一旦智能變電站出現(xiàn)供電故障，將會(huì)影響整體系統(tǒng)，從而影響供電的安全性。因此，需要提高對(duì)問題的重視程度，否則供電本身帶來的危害性不可估量[9]。

供電異常的情況下，繼電保護(hù)設(shè)備在用電系統(tǒng)中一旦出現(xiàn)故障，需在可能實(shí)現(xiàn)的最短時(shí)間和最小區(qū)域內(nèi)自動(dòng)分離故障設(shè)備，或發(fā)出警報(bào)至值班人員由其消除異常工況根源。這種方式可以將設(shè)備的損害率降到最低，確保工作人員的人身安全，同時(shí)提高供電穩(wěn)定性，防止出現(xiàn)供電質(zhì)量變差和設(shè)備頻繁損壞的情況[10]。

4 結(jié) 論

隨著科技的飛速發(fā)展，我國電力企業(yè)在供電穩(wěn)定性上有了質(zhì)的提高，向著更安全和更穩(wěn)定的方向不斷邁進(jìn)，促使變電站改革效果顯著提升。當(dāng)前，我國正處于城市電力網(wǎng)和農(nóng)村電力網(wǎng)大規(guī)模改造的過程中，人們的社會(huì)生產(chǎn)和日常生活也給電力系統(tǒng)的發(fā)展提出了新要求。在變電站設(shè)計(jì)施工中，不僅需要技術(shù)上的支持和設(shè)備的更新?lián)Q代，還需要思維的創(chuàng)新和改善。目前的經(jīng)營管理仍舊存在一定的問題，要以自動(dòng)化作為變動(dòng)的主要方向，對(duì)其構(gòu)架和裝置進(jìn)行改動(dòng)，進(jìn)一步提高智能變電站的發(fā)展水平，保障人們?nèi)粘Ｓ秒姷陌踩?/p>