110 kV智能變電站設(shè)計(jì)及其可靠性分析

曾 戈

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司 河源供電局，廣東 河源 517000）

0 引 言

隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，信息和集成控制管理受到了廣泛關(guān)注。在智能變電站設(shè)計(jì)過程中增設(shè)監(jiān)控系統(tǒng)和二次設(shè)備管理配置，能打造更加高效科學(xué)的管控機(jī)制，提升變電站常規(guī)化運(yùn)行管理效果。

1 110 kV智能變電站設(shè)計(jì)的整體思路

在110 kV智能變電站設(shè)計(jì)工作中，基于IEC61850協(xié)議完成初始構(gòu)建處理工作，配合站控層和間隔層有效打造信息交換平臺(tái)，匹配以太網(wǎng)建構(gòu)科學(xué)合理的信息控制機(jī)制，同時(shí)應(yīng)用光纖實(shí)現(xiàn)間隔層和過程層采樣值、開關(guān)量的信息交換處理。

首先，110 kV智能變電站要滿足整體應(yīng)用要求，需要建立基于IEC61850協(xié)議的數(shù)字化輸出電子模式，為不同廠家的設(shè)備數(shù)據(jù)傳遞提供保障；其次，在傳統(tǒng)應(yīng)用模式基礎(chǔ)上配合智能終端設(shè)備保障光纖和保護(hù)測(cè)控裝置的運(yùn)行穩(wěn)定性；最后，在110 kV智能變電站運(yùn)行管理工作中，要充分踐行通信標(biāo)準(zhǔn)，配置數(shù)字式繼電保護(hù)裝置、安全自動(dòng)管理裝置以及數(shù)字式電能表等，配合站控層網(wǎng)絡(luò)完成相關(guān)服務(wù)。

2 110 kV智能變電站設(shè)計(jì)內(nèi)容

在110 kV智能變電站設(shè)計(jì)工作中，要整合具體的設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)模塊，最大程度上提高設(shè)計(jì)效率，保證設(shè)計(jì)實(shí)效性滿足應(yīng)用要求。

2.1 設(shè)計(jì)原則

為了保證110 kV智能變電站能充分發(fā)揮其實(shí)際價(jià)值，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中需要以變電站運(yùn)行穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性作為核心，提高設(shè)備的智能化水平。

一方面，110 kV智能變電站設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)要將高度集成化設(shè)計(jì)管理作為根本，確保能滿足功能集約化處理和人性化控制標(biāo)準(zhǔn)，打造集成管理平臺(tái)，并維持合理化的整合布局，從根本上實(shí)現(xiàn)綜合管控和全站信息資源共享[1]。另一方面，110 kV智能變電站設(shè)計(jì)要重視全壽命周期成本管控細(xì)節(jié)，采用的設(shè)備和技術(shù)都要可擴(kuò)展，為科學(xué)發(fā)展升級(jí)后智能變電站的效能優(yōu)化留有充足 空間，從而進(jìn)一步滿足市場(chǎng)應(yīng)用需求，確保調(diào)控管理的最優(yōu)化。

除此之外，110 kV智能變電站要實(shí)現(xiàn)電壓無(wú)功自動(dòng)分析控制，依據(jù)調(diào)度及集控主站系統(tǒng)、變電站自動(dòng)化系統(tǒng)等打造完整的應(yīng)用管理模式，確保節(jié)點(diǎn)參數(shù)處理效果最優(yōu)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)功調(diào)節(jié)命令處理。樞紐智能變電站區(qū)域電壓無(wú)功自動(dòng)控制流程如圖1所示。

圖1 樞紐智能變電站區(qū)域電壓無(wú)功自動(dòng)控制流程

2.2 設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

2.2.1 計(jì)算負(fù)荷

結(jié)合現(xiàn)實(shí)工作要求，對(duì)用電設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行分析，一般是處于非滿負(fù)荷運(yùn)行，比額定容量參數(shù)小。對(duì)用電設(shè)備組現(xiàn)實(shí)負(fù)荷容量和額定容量比值分析后，有功功率計(jì)算負(fù)荷PCa、無(wú)功功率計(jì)算負(fù)荷QCa以及視在功率計(jì)算負(fù)荷SCa為：

2.2.2 主接線設(shè)計(jì)

在實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用環(huán)境中，電氣主接線設(shè)計(jì)分為單母線分段接線設(shè)計(jì)、內(nèi)橋接線設(shè)計(jì)、外橋接線以及雙母線分段接線設(shè)計(jì)等，要充分關(guān)注各個(gè)接線模式的特征，從而選取適宜的接線處理模式。一般而言，110 kV側(cè)外橋接線居多。

2.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容

2.3.1 一次設(shè)備智能化升級(jí)

在110 kV智能變電站設(shè)計(jì)工作中，智能化處理環(huán)節(jié)就是在在變電站節(jié)能降耗的基礎(chǔ)上落實(shí)相關(guān)工作，從而形成可視化、數(shù)字化、一體化的信息控制模式，確保一次設(shè)備也能滿足智能化升級(jí)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，維持整體應(yīng)用處理的實(shí)效性。為了保證一次設(shè)備智能升級(jí)工作順利開展，要整合具體升級(jí)單元，維持良好的動(dòng)態(tài)效果。

首先，在主變壓器中安裝智能終端與配套合并單元，在出線間隔和主變進(jìn)線間隔內(nèi)分別設(shè)置智能終端單元，維持良好的應(yīng)用效能和控制效果。通過配備獨(dú)立的智能終端，保證母聯(lián)間隔和母線設(shè)備間隔都能獲取智能終端的處理指令。

其次，結(jié)合變電站要求裝配全站和核心部件，維持狀態(tài)監(jiān)測(cè)后臺(tái)系統(tǒng)的合理性和規(guī)范性。有效建立跟蹤監(jiān)測(cè)體系，及時(shí)獲取和匯總變電站運(yùn)行的相關(guān)數(shù)據(jù)，從而針對(duì)具體問題落實(shí)較好的調(diào)整方案和檢修方案，實(shí)現(xiàn)綜合管理的目標(biāo)。

最后，在過程層設(shè)備處理時(shí)，要建立過程層和間隔層設(shè)備一一對(duì)應(yīng)的控制模式。由于過程層本身就是一次設(shè)備和二次設(shè)備融合管理的層級(jí)結(jié)構(gòu)，因此要配合自我檢測(cè)模塊和自我描述模塊共同處理的模式實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議和信息模型的應(yīng)用管理，確保能及時(shí)與站控層進(jìn)行信息的交流互動(dòng)，提高信息處理效率，為110 kV智能變電站全面發(fā)展提供保障。

2.3.2 二次設(shè)備優(yōu)化布局

對(duì)于110kV智能變電站而言，二次設(shè)備指的就是利用IEC61850協(xié)議和光纖設(shè)備建立分布式控制系統(tǒng)，匹配應(yīng)用單元替代傳統(tǒng)的總線處理方式，提高數(shù)據(jù)的利用率和數(shù)據(jù)管理的規(guī)范效果，同時(shí)實(shí)現(xiàn)更加豐富的數(shù)據(jù)集構(gòu)建。二次設(shè)備為110 kV智能變電站全面監(jiān)控處理提供了保障，依據(jù)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)就能搭建更加完整的開放式處理平臺(tái)。

對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)而言，站控層設(shè)備無(wú)需專門的維護(hù)，借助無(wú)人值班變電站就能進(jìn)行智能化管理。站控層設(shè)備能提供非常便捷的人機(jī)交流界面，在便于管理的基礎(chǔ)上還能實(shí)現(xiàn)全天候監(jiān)控處理。利用站控層智能升級(jí)模塊就能建立管控中心，對(duì)變電站進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和集中式管理，確保設(shè)備智能終端建立系統(tǒng)信息自檢和掃描上傳，為網(wǎng)絡(luò)化、智能化管理提供合理支持。在間隔層區(qū)間要配置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)、錄波系統(tǒng)以及計(jì)量系統(tǒng)等，在站控層網(wǎng)絡(luò)失去管控能力后，通過二級(jí)子系統(tǒng)獨(dú)立完成對(duì)間隔層相關(guān)設(shè)備的監(jiān)控處理。利用間隔層配置數(shù)字接口的方式實(shí)現(xiàn)保護(hù)性檢測(cè)和控制性設(shè)備管理，完成綜合檢測(cè)應(yīng)用工序。除此之外，間隔層各個(gè)設(shè)備之間使用變電站統(tǒng)一的通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)通信和層級(jí)內(nèi)設(shè)備的管理，分析數(shù)據(jù)后直接推送到站控層。過程層是間隔層和站控層的過渡層級(jí)，設(shè)備與結(jié)合面實(shí)現(xiàn)一一對(duì)應(yīng)。過程層的設(shè)備也要具備自我檢測(cè)和自我性能描述等功能，有效利用通用通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)獨(dú)立掃描和自檢控制。最關(guān)鍵的是，變電站保護(hù)裝置利用總線端口和站控層智能終端就能建立相應(yīng)的通信通道，滿足GOOSE服務(wù)要求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)綜合管理的目標(biāo)[2]。

3 110 kV智能變電站可靠性分析

通過系統(tǒng)分析110 kV智能變電站的可靠性，依據(jù)指標(biāo)內(nèi)容落實(shí)相應(yīng)工作，從而提升110 kV智能變電站運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的雙贏。

3.1 可靠性概念和指標(biāo)

可靠性是具體元件、設(shè)備或應(yīng)用系統(tǒng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)和預(yù)定條件下完成規(guī)定功能且順利滿足指標(biāo)的應(yīng)用概率。對(duì)于自動(dòng)化系統(tǒng)開發(fā)和運(yùn)行管理，可靠性貫穿始終。從可靠性的角度分析電力系統(tǒng)使用元件，主要分為可修復(fù)元件和不可修復(fù)元件。結(jié)合相關(guān)規(guī)定可知，完成規(guī)定功能狀態(tài)就稱為正常狀態(tài)，不可修復(fù)元件終止執(zhí)行規(guī)定的功能則劃定為功能失效，以此對(duì)110 kV智能變電站相關(guān)運(yùn)行可靠性進(jìn)行評(píng)估。具體指標(biāo)見表1。

表1 可靠性指標(biāo)

3.2 分析內(nèi)容

從設(shè)備可靠性和系統(tǒng)工作性能可靠性兩個(gè)方面入手，從而保證相應(yīng)分析體系的規(guī)范性和分析內(nèi)容的合理性，最大程度上提高110 kV智能變電站運(yùn)行效率。

3.2.1 設(shè)備可靠性

由于110 kV智能變電站在實(shí)際運(yùn)行過程中采取的一次智能設(shè)備主要是智能化斷路器，利用自動(dòng)化控制和應(yīng)用技術(shù)獨(dú)立完成變電站相關(guān)數(shù)據(jù)收集處理工作，因此將其作為評(píng)估系統(tǒng)故障和排除隱患的重要內(nèi)容。在分析過程中，盡量減少故障對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性產(chǎn)生的影響。此外，電子互感器要符合變壓器使用周期等，減少維護(hù)并降低管理難度。例如對(duì)2020年某110 kV智能變電站相關(guān)設(shè)備進(jìn)行事故率統(tǒng)計(jì)后，得到相關(guān)信息包括主變壓器年故障率0.1%、斷路器年故障率0.2%、避雷器年故障率0.3%、互感器年故障率0.01%、耦合電容器年故障率0.005%、高壓電抗器年故障率0.2%以及母線和支柱絕緣子年故障率0.05%。經(jīng)過計(jì)算，整體一次電力設(shè)備可靠性在99.5%以上，滿足供電可靠性基本要求，說(shuō)明整體設(shè)計(jì)和應(yīng)用貼合可靠性管控標(biāo)準(zhǔn)[3-5]。

3.2.2 系統(tǒng)工作性能可靠性

系統(tǒng)工作性能可靠性集中在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層面。在110 kV智能變電站系統(tǒng)中，站控層和工程層是星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用通信線路將變電站和監(jiān)控中心予以分割處理，維持通信線路呈相互無(wú)干擾狀態(tài)，最大程度上提高實(shí)時(shí)性水平。與此同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也能實(shí)現(xiàn)線路的獨(dú)立性管理，避免一個(gè)線路故障對(duì)整體線路運(yùn)行產(chǎn)生影響，保證系統(tǒng)工作性能的可靠性。

3 結(jié) 論

總而言之，要全面提升110 kV智能變電站設(shè)計(jì)水平，在滿足整體設(shè)計(jì)規(guī)范的基礎(chǔ)上貼合可靠性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，落實(shí)相關(guān)設(shè)計(jì)內(nèi)容，共同打造完善的電網(wǎng)運(yùn)行模式，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全穩(wěn)定化管理。與此同時(shí)，也為110 kV智能變電站高效控制、自愈管理水平的全面提升奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。