110kV智能变电站的设计研究

110kV智能变电站的设计研究

发表时间：2017-08-08T20:30:07.023Z 来源：《电力设备》2017年第11期作者：陈永菲

[导读] 摘要：作为坚强智能电网的重要支撑和基础，智能变电站是整个电网建设的重要组成部分。

（国网山西省电力公司晋中供电公司山西晋中 030600）

摘要：作为坚强智能电网的重要支撑和基础，智能变电站是整个电网建设的重要组成部分。新一代智能变电站以“系统高度集中、结构布局合理、装备先进适用、经济节能环保、支撑调控一体”为目标，可以解决智能变电站安装复杂、建设周期长、运营维护困难、成本高等问题，是未来智能变电站及智能电网发展的方向。因此，新一代智能变电站的建设具有非常重要的理论和现实意义。本文对110kV智能变电站的设计和应用进行了研究。

关键词：110kV；智能变电站；设计研究

引言

智能变电站概念的提出，为变电站综合自动化发展遇到的问题带来了技术上的突破，同时智能变电站的资源和信息，有利于智能电网发展和进一步应用，满足可持续发展道路。智能变电站作为综合化智能电网的重要环节，当前，我国智能变电站建设已经进入了试点启动阶段，已经有部分投入运营，其核心技术和研究成果，以及建设经验对整个电力行业的发展起着重要的作用。

一、智能变电站技术特征

智能变电站采用集成化、先进性、可靠性、环保节能的智能设备，配有间隔层、过程层和站控层。通过网络通信平台，采用标准的数据和通信服务协议，实现变电站数据信息的采集、监测、保护和控制命令，并及时传达保护跳闸命令，分析和共享数据，实现智能化操作等。其包含数据采集数字化、一二次设备网络化、分享数据标准化、应用高度协同化等主要技术特性。第一，数据采集数字化。智能变电站的优势在于可以就近采集和控制设备，其途径即运用电子式互感器，数据采集数字化使得一二次设备之间相互通信。第二，一二次设备网络化。一二次设备的网络化通过IEC61850标准通信体系的网络平台实现。网络拓扑结构利用冗余技术可以实现整体通信，进而过程层把互感器采样的数据发送到测控、保护盒故障录波等二次设备，实现整个变电站的数据共享，利用光纤代替电缆，可提高变电站的建设效率和系统的可靠性。第三，分享数据标准化。利用同一的数据标准来建立数据，完成数据的互通有无；利用统一数据格式、统一号码存放在一起，再由统一的检索方式来读取，有效解决信息重复使用的问题。第四，应用高度协同化。应用高度协同化指的是高度协同各级应用，达到智能电网的控制运行要求。通过建立全站统一的数据共享系统，使得子系统能够规范存取和访问调度系统信息，从而使变电站信息达到集约化管理、有序控制等要求。在此平台上，各变电站和用户都可协同运行，各职能部门协调互助。

二、电气一次系统设计

1、开关智能设计

开关智能化设计采用独立向外进行数字通信的智能电子设备和在其上加装的智能操作箱，使开关能够实现智能控制和在线监测等功能。110kV智能变电站智能开关设计按照统一的IEC61850国际标准开展研究，拟将智能终端和状态监控测量单元附加在常规一次设备上。将IEC61850标准模型接口附加在原开关上，采用网络GOOSE形式进行数据上传，这些数据主要有设备状态信息以及接受和控制的命令，智能开关的设计在变电站中可当作过程层设备。

2、互感器智能配置

随着智能电网的发展，对智能变电站的可靠性及集成性要求越来越高。传统互感器由于绝缘复杂、体积大、CT动态范围小、易饱和等缺点，已不适应电力系统向大容量、高电压等方面发展的需要。电子式互感器体积小，性能优越，铁芯的减少避免了传统互感器易饱和、受电磁干扰的困扰，稳定性和安全性也大跨度的提高，适应电力工程的发展要求。在110kV智能变电站的互感器设计方案中，将应用电子式互感器，通过采取电子式互感器加合并单元的方式将电压电流信息就地数字化采集。电子式电流互感器按照原理可分为线圈式ECT、全光纤式ECT和磁光玻璃式ECT等。

3、系统继电保护设计

第一，主变压器保护方式。主变压器保护配置将遵循双重化配置原则，每套保护既有主保护又有后备保护。变压器各侧的合并单元也遵循双重化配置。第二，线路保护方式。线路可以采用单套保护，即保护测控一体化的RCS941微机装置，保护通过安装在线路上的组合ECVT获得电流。

4、变电站防雷接地设计

根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》DL/T620-1997和国标《高压架空线路和发电厂、变电站环境污区分级及外绝缘选择标准》GB/T16434-1996有关规定进行设计110kV智能变电站的防雷接地系统。

三、电气二次系统设计

智能变电站的二次设备在功能上存在重复设置以及设备重复配置，因此有必要对二次设备进行功能、设备的整合，减小运行成本，降低检修保养的工作量，有利于推进智能变电站的建设。基于IEC61850标准，110kV智能变电站将二次设备的测量、监控、保护等功能一体化，通过这种结构设置可以优化资源配置、避免信息重复采样、节省二次系统造价和运行成本，进而提高电力系统效率及自动化程度。第一，110kV保护测控计量一体化的优化整合。110kV智能变电站拟将采用测控装置、保护装置、计量装置等设备组成变电站的间隔层设备，利用传感器实时采集过程层的电气量，对采集的信息进行分析和处理，同时将其传送到站控层，并接受站控层的命令。一体化的测控计量装置可以节省设备数量、光缆、空间和简化二次设备架构，为此110kV智能变电站110kV线路设计中参照此模式进行设计。在线路设计中，采用集成装置，无需单独配置，通过地下铺设的方式节省占用空间，缓解大量设备带来的隐患。主流设备厂家均采用独立的CPU及插件来设计装置的测量、控制、保护等功能，与此同时共用电源插件和输入、输出接口。第二，智能终端和合并模块的优化配置。智能变电站的终端监测记录断路器的位置、设备状态等信息，执行GOOSE网络下发的测控、保护指令。合并单元独立出来，和传感器形成一个整体，通过点对点或者网络传输的方式进行输送，主要处理电流和电压数据。110kV智能变电站将两个部分单独配置并安装在同一个控制柜里，针对110kV及以下电压可以采用单独配置，而对高于220kV的电压考虑空间、成本等因素，采用一体化的配置。针对形成一体化的装置需要采用两个功能独立的CPU进行实时处理。智能变电站通过对二次端设备进行优化，优化后电缆及施工现场工作量大大减少，只需要很少的电缆及电源的接线就可以开展现场工作，工作任务的简化极大的缩短了项目工期，精简了人员配置以及降低了项目的成本。二次设备优化后