萬榮縣110 kV 變電站改造設計及實現

毛瑞強

（國家電投集團山西可再生能源有限公司，山西 太原 030000）

1 萬榮縣110 kV 變電站改造需求分析

1.1 數據采集的改造需求

山西省運城市萬榮縣110 kV 變電站的數據采集系統主要包括遙測、遙信2 部分。傳統變電站普遍使用的是電磁變壓器，新一代智能變電站要進行數據采集與共享，電磁互感器不能承受，且沒有共享能力。因此，一般使用電子變換器，通過初步過濾信號的內部，將有效信息輸出或者合并輸出，最后發送到需要的接收設備。但是，電子互感器的抗干擾性差，在數據傳送時可靠性不高，供電問題也很難得到解決，因此在萬榮縣110 kV變電站智能化改造中，為提高數據、信號的采集精度，使其與智能設備及保護裝置同步，對萬榮站的變壓器進行改造[1]。

1.2 網絡系統的改造需求

智能變電站的網絡化總體上可以劃分成“三層兩網”，分別是站控層、隔離層以及過程層。過程層網分為面向通用對象的變電站事件（Generic Object Oriented Substation Event，GOOSE）和采樣信息的通信服務（Sampled Value，SV）這2 種類型，都通過層和隔離層進行通信，GOOSE 側重于設備的狀態和控制以及數據的交流，而SV 則負責對設備的取樣值進行傳送。目前，110 kV 及以下的變電站均為環狀、單網式，因此在萬榮縣110 kV變電站的智能化工程中，只要再增加一組GOOSE，就可以節省大量資金。110 kV GOOSE 的網絡結構如圖1 所示。

圖1 110 kV GOOSE 網配置方案

1.3 站控層系統的改造需求

為實現變電站的智能化，需要先實現站控層智能化。站控層的改造，主要是實現對變電站的實時監測與防護，并建立一個集成智能化綜合平臺。

集成式智能化網絡系統基于多媒體信息服務（Multimedia Message Service，MMS）網絡，可以根據需要進行多種類型的信息傳送。集成運營平臺，用于企業管理與使用，在軟件開發中，必須具備一定的抗干擾功能。該系統由2 個核心組成，數字信號處理（Digital Signal Processing，DSP）核心承擔防護和輸出的邏輯操作，高級精簡指令集計算機機器（Advanced Reduced Instruction Set Computer Machines，ARM） 核心記錄故障信息，輸出數據。并具有后臺通信功能，可為各類工作站和通信設備提供操作[2]。

2 萬榮縣110 kV 變電站智能化改造方案研究

2.1 一次設備智能化改造方案

2.1.1 智能變壓器選擇

萬榮縣110 kV 變電站SFZ8-20000/110 型變壓器的最大問題是供電能力不夠，無法滿足供電需求。此外，因其使用時間較長，裝置老化，耐短路沖擊性能較低，無法滿足遠距離調節工作要求，需對2 座主要變電站進行改裝。

本產品采用SSZ11-M-50000/110/35/10.5 kV 變壓器，配有負載調節、內置各種智能元件和電子感應器，是新型天然油循環自冷全封閉變壓器。

2.1.2 互感器選擇

互感器包括電壓互感器和電流互感器，其工作方式與變壓器相似，用于計量。除此之外，還可隔絕高壓，保證使用者和儀器安全。采用合并裝置與普通電磁互感器相結合來代替傳統電磁傳感器，可以改善數據獲取和轉換的可靠性與精確度，并且可以節省費用。組合裝置+傳統電磁變壓器的結構如圖2 所示。

圖2 組合裝置+常規電磁式互感器結構

在不同電壓水平下，只要有足夠的電壓容量，只需選取不同的變流器，就可達到相同的功能。通過對萬榮縣110 kV 變電站的保護與測控要求等級的綜合對比分析，確定了變壓器和電流環的選用。

實驗數據采用SPSS21.0軟件進行分析，計量資料用均數±標準差表示，多組差異比較用單因素方差分析，組間比較用SNK-q檢驗，P＜0.05為差異有統計學意義。

2.1.3 斷路器選擇

目前，智能變電站使用的斷路器大都是一種完全密閉的SF6氣體隔離開關（Gas Insulated Switchgear，GIS)。為最大程度利用GIS 開關設備的優勢，確保電力系統安全可靠，在系統改造中建立一個由開關控制單元、設備檢測單元、GIS 設備等構成的智能控制柜，從而降低一二次設備的線路連接[3]。

智能化GIS 匯控箱是目前智能變電站應用的一種新型設備。其利用計算機技術對GIS 設備進行控制、采集、記錄和存儲，設備與控制中心之間采用光纖電纜進行通信，占用空間很少，而且可以與各種互感器相適應，保證了電力系統的安全性和可靠性。

萬榮縣110 kV 變電站的智能化改造中，35 kV和10 kV 斷路器采用的是手車式智能開關柜。這2 個智能開關柜都配備了斷路器接觸式溫度測量裝置，還配備了濕度和力學性能檢測裝置，并采用一種新型復合式真空斷路器，通過車體上的螺絲裝置，完成了手車的拔出和推進，同時對開關的開合進行調節。

2.2 二次系統智能化改造

2.2.1 網絡配置方案

（1）SV 網絡設計。根據電壓等級不同，SV 網絡配置有所不同，具體如下。

110 kV 電壓等級的保護裝置為雙套配置，保護采樣1 從合并單元1 采樣，保護單元2 從合并單元2采樣；測控裝置為單套配置，從合并單元1 采樣；計量裝置為單套配置，從合并單元2 采樣；故障錄波器和網絡報文分析儀為網絡直采。35 kV 電壓等級的保護裝置及測控裝置均配置單套測保一體裝置，從內置合智一體化裝置直接采樣；計量裝置為單套配置，從內置合智一體化裝置直接采樣；故障錄波器和網絡報文分析儀為網絡直采。

（2）GOOSE 網絡設計方案。保護設備對數據的采集精度和可靠性的要求是最高的，如果信息不精確，抗干擾性較差，將會造成開關誤動或拒動，從而造成電力系統損壞。測控設備對GOOSE 數據精度要求不高，但需綜合多種信息，因此采取網采網跳的方法。故障記錄采用組網方式，合并單元采用網采網絡發送。

（3）站控層的網絡規劃。它是由MMS 通信系統連接起來，利用整個站點所采集到的數據來監測和控制一次設備。其中一次設備關機不會對站控層的設備造成任何影響，提高了系統的可靠性和穩定性[4]。

2.2.2 設備配置方案

（1）站控制層的裝置結構。萬榮縣110 kV 變電站的站控層設備配備齊全，包括主機、工作臺、服務器、計算機以及衛星通信等。因為站控層負責對整個變電站的設備進行監測與通信，完成數據采集和保護管理，所以此次改造無需改變站控層設備，只需要修改一些參數。

（2）隔離層裝置結構。隔離層是設備的主要測控與保護層次，可進行遠程和現場作業。當前多數變電站為無人值守，需進行遠距離監控與測量分析，在站控層發生故障時，隔離層要確保數據的準確性和可靠性，還可以精確監視下一層[5]。結合萬榮縣110 kV變電站智能化改造，綜合多個方案影響，最后選定的變電站間隔層設備配置如表1 所示。

表1 萬榮變電站間隔層設備配置

（3）工藝層的裝置結構。流程層主要負責數據傳遞與分析，是一、二次裝置間的重要樞紐，在組態和智能終端時，其運行穩定與安全為首要任務。萬榮縣變電站智能終端和綜合設備配置情況如表2所示。

表2 萬榮變電站智能終端以及合并單元配備表

3 結 論

文章對智能變電站開展調研與研究，為其智能化改造與發展提供理論依據。充分利用變電站的現有設備，使其最大限度地發揮功能，降低設備和改造投資，節省人力、物力、財力，并可滿足變電站的智能化要求。萬榮變電站智能化改造后，實現了智能化、數字化、標準化，使其運行更平穩、維修更便捷、供電更穩定。