110kV智能变电站设计及其可靠性分析

110kV智能变电站设计及其可靠性分析

发表时间：2017-01-19T14:03:21.260Z 来源：《电力设备》2016年第23期作者：陶迅

[导读] 在此基础上从一次设备的智能化和二次设备的网络化两方面入手分析了110kV 变电站智能化设计方法。

（四川省西点电力设计有限公司 610091）

摘要：为了提高供电网络的运行效率，探究110kV 智能变电站的设计及其可靠性分析，首先介绍了智能变电站的定义和结构，并对110kV 智能变电站的特点进行总结，在此基础上从一次设备的智能化和二次设备的网络化两方面入手分析了110kV 变电站智能化设计方法，最后对110kV 智能变电站可靠性进行了分析。

关键词：智能变电站；设计；可靠性

0 引言

随着经济的发展，智能化变电站逐渐地发展了起来，当前主要的变电站形式就出现了两种，常规式变电站和智能化变电站。常规式变电站的缺点很多，主要表现为建设投资资源多、调试复杂、系统交互性操作困难、标准规范不够完善等等。电气自动化和智能化的发展出现使得二次设备网路融合技术在变电站建设中得到了广泛应用，大大推进了我国变电站建设技术的前进。为了优化变电站配置，以提高电网运行的稳定性，笔者在文中探讨110kV 智能变电站的设计问题，并对其可靠性做出分析。

1 智能变电站概述

1.1 智能化变电站的定义

智能化变电站是以先进、可靠、集成以及环保的智能设备为基础，可以实现全站信息的数字化、通信平台的网络化、信息共享的标准化，以及具备信息采集、测量、控制、保护、计量和检测等能力，并且可以完成电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策和协同互动等高级功能的变电站。

1.2 智能化变电站的结构

智能化变电站主要由站控层、间隔层、过程层这三层组成。

（1）站控层。站控层由站级监控系统、通信系统、站域控制以及对时系统等组成，可以实现的功能包括全站设备的监测控制、数据的采集和监控、电能量的采集、保护信息的管理控制等等。

（2）间隔层。间隔层的设备组成主要是一些二次设备，其中有系统测控装置、继电保护装置以及监测功能组的主IED 等。间隔层使用一个间隔数据且再作用于该间隔的一次设备上，也就是实现传感器、控制器以及远方输入和输出之间的通信。

（3）过程层。过程层的设备组成主要是一些一次设备及其所属的智能组件，其中有变压器、隔离开关、电流互感器、电压互感器以及断路器等；同时还有一些独立的智能电子装置，主要是电子式互感器和用于实现变压器和开关智能化的智能单元。

2 110kV 智能变电站的特点

2.1 通信标准化

IEC61850 标准是一项新的网络通信体系，它对自动化变电站系统的国际通信标准做出了定义，让变电站使用的不同厂商生产的设备之间可以自由的连接，使得设备之间能够实现相互操作以及全站的信息共享等功能。

2.2 状态可视化

变电站智能化的实现，能够实现监测全站设备运行状态的功能，其过程是经过采集设备工作时非电气量参数，利用传感器技术、计算机技术以及网络通信技术等，在使用专家系统分析获取的各项特征参数，以便及时发现设备的运行故障或是预测潜在故障。设备状态监测作为设备状态检修的基础，与原始的设备计划检修模式，状态检修模式减少了很多的不必要检修和停电事故。由此变电站实现了智能化检修维护，在检修设备时更有针对性和合理性，降低了设备检修维护成本。

2.3 功能一体化

（1）系统功能集中化：智能变电站在采集全景数据的基础上，可以实现系统的各项功能，例如防误操作功能、设备状态监测等。由于IEC61850 标准的推行，以及自动化装置和保护装置的相互融合，保护系统也逐渐实现了自动化管理。

（2）设备功能集成化：由于数字化测量方式和网络化的控制方式带来的好处，大大简化了间隔层设备的采样模块和I/O接口模块，所以可以对其逻辑计算能力做进一步的强化，使得系统功能更加集成化，例如110kV 智能化变电站中使用的保护测控一体化装置。并且系统还能够把电能计量以及故障录波等功能也集成到间隔级中。

3 110kV 变电站智能化设计

3.1 一次设备的智能化

（1）为应对实际需求，在110kV 智能化变电站的主变压器侧采用电子式传感器，该传感器主要传输光纤信号，它能把磁光玻璃和光纤以胶结方式连接起来，减短了维护周期，加强了闭环控制得精准性，增加了控制的动态特性。同时采用智能化断路器，以智能控制模式代替了原有机械式的开关和继电器，提高了系统运行的可靠性。一次侧其它设备可维持不变，不过一次接口要采用智能化终端，最终确保电力系统的安全稳定运行。

（2）110kV 供电系统中采用中置式真空开关柜，此配电装置的出线保护测控装置分散布置在各自的开关柜上，所以，只要把一个智能终端配置于主变低压侧就可以满足系统要求，避免了每一个出线柜都配置智能终端的缺陷。

3.2 二次设备的网络化

二次设备的网络化就是利用IEC61850 标准，并结合光纤等设备，使系统以分布式控制方式来代替总线控制方式，丰富了数据传输方式，使得信息更加标准化，确保了智能化变电站的全景式监控。

下面讨论怎么从智能化变电站的站控层、间隔层以及过程层来实现网络化。

（1）站控层设备的网络化。站控层设备管理的网络化是建立一个无人值守的站控监控室，结合变电站的智能化设备，实现智能控制和管理的目的。站控层设备为工作人员提供了友好的人机界面，以便控制管理间隔层和过程层的智能设备，同时实现设备功能。

（2）间隔层设备的网络化。变电站的间隔层主要由监测系统、计量系统、录波系统以及保护系统等组成。间隔层在站控层的监控系统失效之后，仍然能够独立监控本层的各项设备，需要设置专门的保护性检测和控制设备，安装于各个间隔层配置数字接口处，以便实现检测和管理间隔层设备的运行。

（3）过程层设备的网络化。过程层中的设备基本上都是一对一连接的，这个层面就相当于过渡结合面，不过过程层中的设备自身也具备自我检测和自我描述的能力。过程层设备之间也采用变电站通用协议，这样设备可以实现独立扫描自检以及把单一设备采样信息共享给多个二次设备等功能。

4 110kV 智能变电站关键技术可靠性研究

4.1 可靠性的概念和指标

可靠性的概念是：元件、设备与系统在规定时间内，预定条件下，可以完成规定功能的概率。这就使模糊的使用具备了可靠性的概念，就有了测量与计算定量的尺度。可靠性会贯穿自动化系统开发与运行的全程，包括了结构设计和制造、验收及管理等环节。变电站设备的失效率可以由设备事故的统计得到。变电站设备有主变压器和负荷开关、断路器等。一般新建变电站设备年事故率可以由过去统计的数据得到，从110kV 变电站的设备年事故率的数据统计得出，使用一次电力设备，可靠性在99.5%以上，满足供电可靠性要求。

4.2 智能变电站的设备组成

智能化的变电站在通信网络与光纤等连接上，有很多连接的手段与物理部件共同组成，而主要设备有以下几方面组成：

（1）集线器

集线器是简单多端口装置，由某端口进行信息的收集，再向其他的端口进行广播，而网络模型物理层不需要数据进行传输路由的确定，通过以太网平均故障的时间间隔，一般MTBF 时间为118.9 年。

（2）交换机

以智能的多路交换机装置实现对端口数据的监视，对属性进行判断，网络模型数据层的数据包不完整或者无法解释时，交换机就不再广播。数据完整时，交换机就可以按照数据包地址上的信息进行广播，而交换机装置MTBF 一般是11.5 年。

5 结语

综上可知，与传统的变电站相比，智能化变电站的优点很多，是以后变电站建设的趋势，可以更好地满足人们对供电质量的要求，从而促进国民经济的发展。