淺談110kV無人值守變電站設計

摘要：簡要介紹了無人值守變電站的定義，以110 kV無人值守變電站為例，從變電站的一次系統、二次系統和圖像監控系統三方面，闡述了無人值守變電站的設計要點，為無人值守變電站建設提供了參考。

關鍵詞：110 kV變電站;無人值守;綜合自動化系統

0 引言

隨著電網的發展，特別是智能電網與信息化的深度融合，智能電網在優化能源配置、能源清潔發展、帶動綠色經濟增長方面的作用日益凸顯[1]。目前，無人值守變電站建設，一方面實現了供電企業的減員增效，降低電力建設造價，另一方面保證了電網的安全、經濟、可靠運行，簡化了變電站管理。根據國內外電網發展情況來看，變電站采用無人值守的工作模式，除了節省開支，減少工作人員以外，還實現了供電網絡的科學化管理，促進了電網智能化發展，保障電網的安全、穩定運行。

1 無人值守變電站定義

在常規變電站的基礎上，無人值守變電站將變電站的運行狀態通過綜合自動化技術或先進的微機遠動終端裝置RTU處理后，再由通信通道轉送至上一級的電力調度或監控中心。調度人員可通過遠動監控系統對變電站內的可控設備進行“五遙”操作，“五遙”即遙測、遙信、遙控、遙調、遙視，在電力調度綜合自動化系統中完成原變電站運行值守人員的工作。因此，變電站內就無需專門的運行值守人員，稱之為無人值守變電站。

2 110 kV無人值守變電站設計

110 kV無人值守變電站設計可以分為3個部分，即變電站的一次系統、二次系統和圖像監控系統設計。

2.1 ? ?110 kV無人值守變電站一次系統設計

變電站中凡直接接受、分配電能，改變電能電壓相關的設備，均稱為一次設備，這些設備大多承受高電壓，因此大多屬于高壓設備。一次設備包括主變壓器、GIS設備和電容器等。由變電站一次設備按一定的接線方式連接的系統，稱為變電站的一次系統。下面從變電站的電氣主接線設計和一次設備的選擇兩個方面進行論述。

2.1.1 ? ?電氣主接線設計

電氣主接線設計應根據變電站在電力系統中的地位、出線回路數及負荷性質等條件確定，針對電氣設備的選型、繼電保護和控制方式等方面進行分析，通過技術、經濟比對，確定接線方案，以滿足供電可靠、簡單靈活和節約投資等要求。在確保電氣主接線安全可靠運行的前提下，可采用單母分段、橋式等接線方式。

2.1.2 ? ?一次設備的選擇

一次設備選型時，原則上選擇性能優良、運行可靠、檢修周期長、少維護或免維護的設備。主變壓器需裝設具有調信、調控接口的調壓開關，選擇的GIS設備應具有滅弧能力強、安全可靠等特點。一次設備盡量選擇少油或無油化產品，以滿足防火要求。一次設備功能上應能滿足狀態監測和智能控制的要求，以實現變電站設備的檢測功能與智能控制的目的，為變電站實現無人值守目的提供技術保障。

2.2 ? ?110 kV無人值守變電站二次系統設計

變電站二次設備是對一次設備進行監測、控制和保護的輔助設備，主要包括繼電保護和安全自動裝置、綜合自動化系統、工作電源等。二次系統設計通過二次設備的選型、配置、組網等，實現變電站綜合化、自動化監控及遠程控制功能。

2.2.1 ? ?二次設備

當電力系統中的電力元件（如變壓器、線路等）或電力系統本身發生故障或危及其安全運行時，變電站的繼電保護和安全自動裝置能夠向監控中心及時發出告警信號，并自動、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統中切除，保證無故障部分能夠繼續安全運行，以縮小事故范圍，這樣的技術措施稱為繼電保護。下面從變壓器保護和輸電線路保護兩個方面探討繼電保護和安全自動裝置。

（1）變壓器保護配置。變壓器是電力系統中非常重要的電氣設備，其直接關系到電力系統的供電和運行穩定性，一旦發生故障，損失巨大。根據《繼電保護和安全自動裝置技術規程》的要求，考慮微機保護的具體情況，一般變壓器保護采用雙主雙后的配置方式。主保護宜采用比例制動特性的縱差保護，其具有可靠的涌流制動功能。后備保護可采用帶方向或不帶方向的過電流保護。若靈敏度不夠時，可考慮采用復合電壓啟動的過電流保護。

（2）輸電線路保護配置。對于110 kV電網，當電網結構簡單時，反映相間短路故障一般采用三段式距離保護或電流保護，反映接地故障采用零序電流保護;當電網結構復雜時，可采用帶方向的電流保護和零序電流保護。110 kV側采用橋式接線，不配置母線保護，但需要配置一個備用電源自動投入的裝置。10 kV側母線保護采用完全電流差動保護作為主保護，其后備保護可由變壓器的過負荷保護實現。母線保護應能自動識別并根據系統運行方式而變化，針對各種復雜故障均能正確、快速動作。

2.2.2 ? ?綜合自動化系統

變電站綜合自動化系統是借助先進的計算機技術、網絡通信技術和信息處理技術等實現對變電站二次設備的功能集成優化設計的一種綜合性自動化系統，它可以對變電站運行數據進行實時采集、處理、微機監控和遠程協調等，能夠很好地實現無人值守變電站的遙測、遙信、遙控、遙調目的。

（1）遙測，是指采集變電站主要運行參數和變量并將其遠程傳送給監控中心。遙測量包括變電站運行的各種實時數據，如主變油溫、各段母線電壓、10 kV側各線路的有功功率、無功功率等。

（2）遙信，是指采集變電站中各種保護和開關量信息并將其遠程傳送給監控中心。遙信量包括斷路器、隔離開關位置，各種設備狀態等。

（3）遙控，是指監控中心發出命令并實現對變電站電氣元件的遠程操作和切換。遙控量包括主變壓器有載分接開關、站內所有斷路器等。

（4）遙調，是指監控中心遠程調節變電站內電氣設備的各種參數。遙調量主要是現場設備的保護定值。

目前，變電站無人值守綜合自動化系統大多采用分層分布式的組態結構，具有繼電保護、測控元件相對獨立又相互融合、結構模塊化、支持計算機網絡通信協議等特點。所以它應用非常靈活，可靠性高，便于設計、調試和擴展，尤其適用于老變電站的升級改造。變電站的通信體系分為過程層、間隔層和站控層，它們相互之間通過相應的通信規約轉換進行通信，使變電站綜合自動化系統具備RTU功能。

2.2.3 ? ?工作電源

工作電源為控制、測量信號以及繼電保護裝置提供可靠電源，一般有UPS電源、直流電源、交流電源、通信電源等。交流電源一般由站用電提供，站用變應具有兩路獨立電源，互為備用，裝設有自動投切裝置，可以實現工作電源與事故電源不間斷自動投切，并帶通信接口接入計算機監控系統。

2.3 ? ?圖像監控系統

變電站的圖像監控系統主要是通過對變電站現場監視的圖像、聲音等實時數據進行采集，利用先進的模式識別和人工智能技術，實現對變電站現場的電源監測、消防監測、入侵監測及環境監測等功能的自動化系統。特別是在變電站有設備異常、外物侵入、火災、氣體泄漏等事件時，可以通過紅外探測、煙感探測、電子圍欄等遠程監視功能，及時做出處理，故也被稱為遙視系統。先進的遙視系統可以對監控對象進行預警和告警，記憶告警事件。遙視系統可實現變電站現場可視化，這是對無人值守變電站“四遙”的有益補充，進而提高了無人值守變電站運行的安全性和可靠性，實現電力管理智能化。

3 結語

110 kV無人值守變電站的基本目標是通過一次設備智能化、二次設備網絡化、微機數字化、現場可視化等技術的應用，實現變電站無人值守目標，最大化減少變電站運行成本，提高變電站運行的安全性、穩定性。

[參考文獻]

[1] 張士庭，魏彥樂，劉江紹.縣級無人值班變電站運行與管理[M].武漢：華中科技大學出版社，2015.

收稿日期：2020-08-21

作者簡介：陳斌（1982—），男，江西永新人，助理工程師，從事變電行業工作。