一二次融合裝配式智能變電站建設方案

南京南瑞繼保電氣有限公司 宋湘萍 嚴 偉 金忠德 魯新意 郭文強

一二次融合裝配式智能變電站的幾個顯著特點：采用裝配式建、構筑物，使變電站建設過程更高效、更環保；采用光學、電子式互感器、合并單元智能終端設備、在線監測裝置，實現一次機構和二次設備深度融合；采用一體化監控、站域保護、多合一裝置等提升變電站監控保護的動作效率；采用智能巡檢系統、智能可穿戴設備、無線定位技術，提升變電站的智能運行維護水平。

1 變電站概況

110kV一二次融合裝配式智能變電站建設規模（以下稱110kV變電站）：電壓等級110/35/10kV，110kV、35kV、10kV單母線分段接線。2臺三相有載調壓變壓器，2回110kV進線；2回35kV出線，22回10kV出線。

電氣布置。110kV變電站為全戶內裝配式變電站，所有電氣設備均布置在一棟二層的生產綜合樓內。一層布置有110kVGIS室、變壓器室、10kV高壓配電室、接地變室；二層布置有二次設備室、35kV高壓配電室。建筑平面布局和空間功能安排合理，減少相鄰空間的噪聲干擾以及外界噪聲對室內的影響。

裝配式建筑物、構筑物。生產綜合樓為地上二層建筑，地上建筑物采用裝配式輕型門式剛架結構，立柱和檁條采用H型鋼，墻面檁條采用C型鋼。屋面、樓面采用鋼筋桁架-混凝土疊合板，屋面做防水處理。地下部分采用混凝土結構，底板、側壁采用現澆鋼筋混凝土，柱子采用混凝土內藏工字型鋼柱。建筑物結構整體性能好，抗震性能良好；建筑物外墻采用AS裝配式白色外墻板，建筑物內隔墻采用輕鋼龍骨加石膏板，強度高、抗震、抗火、防火性能好；所有鋼構件、墻體、屋面均采用廠家裝配式產品，整個變電站的裝配率達到85%。可再循環材料的使用量占建筑材料總重量的70%，建筑設計充分考慮與外部環境協調一致，全面展示了現代化工業建筑大氣、厚重的特點。

2 一二次融合技術

采用電子式互感器、在線監測、智能匯控等裝置，將模擬量和開關量進行數字化采集和傳輸，網絡數據共享，實現一次設備智能化。

電子式互感器。110kV進線和變壓器110kV側配置準確級為0.2(5TPE)光學電流互感器，變壓器中性點配置準確級為5TPE獨立式光學電流互感器。110kV母線電壓互感器采用準確級0.2(3P)的電子式電壓互感器。光學電流互感器套筒與GIS設備完美匹配，套筒寬度僅為207mm，相比配置常規電流互感器的GIS組合電器間隔長度縮小0.8米。電子式互感器解決了常規互感器測量范圍窄、容易磁飽、易產生鐵磁諧振等問題。

一次設備在線監測。在一次設備本體內配置有傳感器，在匯控柜內配置在線監測裝置。實現一次設備在線監測數據采集存儲、故障報警、故障診斷等功能。

圖1 一次設備在線監測

智能匯控技術?；谝欢稳诤显O計理念，采用智能匯控裝置替代斷路器、隔刀本體機構箱內繼電器和接觸器，涉及輔助接點的回路都通過裝置通訊共享信息，滿足可靠性和回路簡化需求。智能匯控裝置替代GIS斷路器非全相、油泵打壓、開關防跳、壓力閉鎖、分合操作等傳統匯控功能，采用即插即用的預制纜方式，集成測控、匯控、智能終端（合并單元）等功能。具備SV/GOOSE數字化接口、三網合一網絡，實現聯閉鎖GOOSE、MMS、SV信號傳輸。匯控柜上配置智能模擬盤，模擬盤直接從間隔多功能測控采集信號并顯示在模擬盤上，操作命令通過間隔多功能測控執行。GIS智能匯控技術實現接口標準化，現場高效可靠接插式組裝，降低現場施工量80%；實現測控、匯控、智能終端（合并單元）等功能高度集成、結構簡潔，匯控柜減少體積45%；優化了一二次設備間的冗余回路，減少重復信號采集，實現聯鎖、不一致、儲能等回路的數字化，外部電纜芯數減少76%、接插件安裝空間減少55%、端子減少35%、導線施工減少28%，回路更為簡潔可靠。

3 智能運維技術

一體化監控。采用一體化監控、三網合一、站域保護、流量控制、多合一裝置等先進技術和設備[1]，優化了網絡結構、簡化設備間接線，減少網絡交換機數量75%。監控系統人機界面友好，具備二次回路可視化功能，實現邏輯回路通斷狀態可視化編輯；具備二次設備在線監測功能，對二次設備配置文件等自動巡檢，提高了運維人員的工作效率 。

智能五防。針對現有變電站五防系統存在的不足在五防系統中增加無線定位功能，并將位置信息詳細數據通過IV區傳到I區的智能五防系統，提升對整個變電站防誤的監控能力，增強五防操作安全性。防止誤入帶電區域：對一次設備場地、二次設備區域等可能存在誤操作及安全風險的區域進行建模，布置無線定位基站，形成包括區域內設備、通道、出入口坐標及尺寸信息的變電站安全管控區域；防止走空程：電腦鑰匙攜帶定位標簽，離座后通過無線通訊保持與防誤主機實時在線通信，回傳操作步驟信息，實時反饋操作結果，防止走空程造成的誤分合開關；防止帶地線送電：臨時接地線加裝位置定位標簽，實時監視臨時地線的位置與掛接狀態，防止帶地線合隔離刀閘。

自動聯合巡檢。采用“機器人+視頻”巡檢模式代替人工進行巡檢，巡檢系統主要由巡檢主機、軌道式機器人、視頻攝像頭等組成。在二次設備室、35kV配電室各設置1套軌道式巡檢機器人，在變電站各設備室內等設置高清晰攝像頭組成的視頻監控系統。巡檢任務包括例行巡檢、故障巡檢、自定義巡檢。巡檢功能由巡檢主機下發，控制軌道機器人和視頻攝像頭開展聯合巡檢作業。巡檢數據包括可見光照片、紅外圖譜、音頻等。可見光照片數據采集變壓器、斷路器等設備開關狀態，二次柜上操作把手、壓板、指示燈、空開等位置狀態指示；采集變壓器、開關柜等一次設備本體、接頭、套管等重點部位的紅外圖譜數據；采集機器人的運行信息、執行信息、工作狀態、異常告警等信息。利用圖像識別技術對巡檢過程記錄的紅外圖譜、可見光照片等進行智能分析，自動判斷設備的運行狀態、自動判斷設備是否存在過熱缺陷等。

智能可穿戴設備。在變電站IV區配置1套AR增強現實系統和II區的在線監測系統交換數據，系統包括2只智能可穿戴AR眼鏡、數據分析系統、無線網絡。展示GIS內PT、CT及斷路器等詳細器件的三維模型圖和實時參數信息。AR眼鏡通過TP路由器連接到變電站的Wifi網絡，在網絡獲取歷史數據和實時數據并將器件的電氣參數送達智能AR眼鏡，實現信息交互。AR系統支持專家遠程輔助指導，提升缺陷處理效率。

綜上，一二次融合裝配式智能變電站同常規變電站相比：采用裝配式建造方案，縮短工期、綠色環保，施工工期減少51%，濕作業減少92%，建筑垃圾減少78%，建設過程更高效、更環保；采用光學、電子式互感器、合并單元智能終端、在線監測、智能匯控，實現了一次機構和二次設備深度融合，提升一次設備的智能化水平；采用一體化監控、三網合一、站域保護、流量控制、多合一裝置等先進技術和設備，簡化網絡結構和保護配置，減少網絡交換機75%，提升變電站監控保護的動作效率；自動聯合巡檢、智能可穿戴設備、智能五防等新技術的實施，提升了變電站運行操作安全性和維護便捷性，運維效率提升50%，年檢成本節約40%。