基于全壽命周期理念的110kV數(shù)字化天寶變電站建設(shè)方案研究

摘要：目前正在建設(shè)的數(shù)字化變電站越來越多，在實際工程也得到廣泛應(yīng)用，從數(shù)字化變電站建設(shè)的必要性、優(yōu)點和特點、成本及注意的問題進行了詳細論述。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化變電站；必要性；優(yōu)點；成本分析

作者簡介：周江木（1970-），男，福建云霄人，福建省電力有限公司漳州電業(yè)局，工程師。（福建漳州363000）

中圖分類號：TM63#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻標(biāo)識碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號：1007-0079（2012）06-0150-02

目前正在建設(shè)的數(shù)字化變電站越來越多，在實際工程推廣應(yīng)用方面，據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)有8個以上省份在220kV變電站全部采用數(shù)字化變電站技術(shù)（含電子式互感器），110kV全站采用數(shù)字化變電站技術(shù)的更多；部分采用數(shù)字化變電站技術(shù)（含沒采用電子式互感器廠站）的省份超過三分之二。數(shù)字化變電站技術(shù)的應(yīng)用已從當(dāng)初的電子式互感器間隔掛網(wǎng)運行、110kV變電站全數(shù)字化變電站技術(shù)的試點逐漸進入到實際工程應(yīng)用階段。

一、數(shù)字化變電站建設(shè)的必要性

1.國網(wǎng)公司數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)的需要

圍繞“構(gòu)建數(shù)字化電網(wǎng)，打造信息化企業(yè)”的戰(zhàn)略目標(biāo)，符合國網(wǎng)公司在《國家電網(wǎng)公司關(guān)鍵技術(shù)研究框架（2007版）》的《數(shù)字化電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究框架》的要求。

2.變電站先進技術(shù)發(fā)展的必然趨勢

目前，隨著智能化電器和電子式傳感器的實用化、計算機等高新技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字化變電站成為變電站自動化技術(shù)的發(fā)展方向。同時，無人值班變電站的技術(shù)發(fā)展對變電站自動化提出了更高的要求，希望進一步簡化二次接線、減少二次電纜、減少維護工作量和減少變電站的占地面積等，因而無人值班變電站的發(fā)展促進了對變電站實現(xiàn)數(shù)字化的要求。

二、數(shù)字化變電站的優(yōu)點和特點

1.主要優(yōu)點

（1）變電站自動化的各種功能共用統(tǒng)一的信息平臺，避免了設(shè)備重復(fù)投入。

（2）電子式互感器測量精度高、無飽和、無互感器二次開路問題。

（3）簡化了變電站二次接線。

（4）光纖取代電纜，電磁兼容性優(yōu)越，抗干擾能力強。

（5）信息傳輸通道可自檢，通道可靠性高。

（6）能實現(xiàn)變電站管理自動化。

2.主要特點

（1）變電站傳輸和處理的信息全數(shù)字化。

（2）過程層智能化，即一次電氣設(shè)備的智能化。

（3）統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型和功能模型。

（4）統(tǒng)一的通信協(xié)議（IEC61850），實現(xiàn)數(shù)據(jù)無縫交換。

（5）信息有比較高的可靠性、完整性、實時性。

（6）各種設(shè)備和功能共享統(tǒng)一的信息平臺。

三、110kV變電站數(shù)字化方案

基于目前數(shù)字化變電站關(guān)鍵技術(shù)的產(chǎn)品成熟度、可靠性以及上述優(yōu)越性分析，建議天寶數(shù)字化變電站采用如下建設(shè)方案：

（1）按實用型數(shù)字化變電站方案進行建設(shè)，即采用基于Rogowski線圈原理的電子式互感器、一次設(shè)備（開關(guān)）+智能終端方案實現(xiàn)一次設(shè)備智能化，采用基于IEC61850的變電站自動化系統(tǒng)實現(xiàn)二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化。

（2）天寶變110kV進線采用電子式電流互感器，共6臺；母線電壓互感器采用產(chǎn)品成熟度較高，電容分壓有源式電子式互感器，共3臺。

（3）110kV合并單元與智能終端實現(xiàn)一次設(shè)備智能化。安裝在經(jīng)專門設(shè)計、制造的斷路器智能匯控柜內(nèi)。

（4）主變套管CT、中性點的CT仍采用傳統(tǒng)互感器，連同中性點刀閘信息接入主變匯控柜內(nèi)的合并單元、智能終端實現(xiàn)主變智能化。

（5）應(yīng)用以IEC61850標(biāo)準(zhǔn)為核心的二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)，用GOOSE網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)跳合閘、聯(lián)閉鎖功能，實現(xiàn)各廠家設(shè)備間的互操作和信息共享。

（6）在數(shù)字化條件下對二次系統(tǒng)進行整合：取消了獨立的微機五防系統(tǒng)、通信電源系統(tǒng)，簡化了全站打印機配置、故障信息系統(tǒng)等。

（7）全站配電裝置至通信及二次設(shè)備室除交直流電源電纜外，原則上取消所有控制電纜。

四、基于全壽命周期（LCC）理念的數(shù)字化變電站成本分析

1.基于LCC理念的數(shù)字化變電站成本分析

利用LCC原理，根據(jù)實際情況簡化數(shù)字化變電站的成本分析，不考慮與常規(guī)變電站相同部分的費用進行簡化計算，主要針對數(shù)字化變電站采用的新設(shè)備、新技術(shù)增加或減少的一次投資成本（IC）、運行成本（OC）、由故障引起的中斷供電損失成本（FC）、報廢成本（DC）進行計算、分析。

2.數(shù)字化變電站LCC計算

（1）一次投資成本（IC）。所謂一次投資成本（IC），是指在變電站整個建設(shè)期間，至變電站正式投入運行以前發(fā)生的一次性所有成本。

（2）運行成本（OC）。運行成本是指變電站運行期間需要發(fā)生的一切費用總和，包括日常維護費、能耗費、環(huán)境費用、人工費、設(shè)備材料費等等。

（3）由故障引起的中斷供電損失成本（FC）。由故障引起的中斷供電損失成本（FC）是指變電站運行期間由于故障引起供電中斷，由此產(chǎn)生的設(shè)備設(shè)施損壞、電量損失、用戶中斷供電損失索賠等費用總和。

（4）報廢成本（DC）。報廢成本（DC）指設(shè)備材料壽命周期結(jié)束后，清理、銷毀該產(chǎn)品所需支付的費用。

（5）數(shù)字化變電站LCC計算結(jié)果。天寶變電站進行數(shù)字化變電站建設(shè)與常規(guī)變電站比較，變電站全壽命周期成本LCC（增量）=IC+OC+FC+DC。對于由故障引起的中斷供電損失成本（FC）、報廢成本（DC）進行簡化處理。

3.數(shù)字化變電站 LCC 的費用-效益分析

與傳統(tǒng)的變電站比較，數(shù)字化變電站效益主要有幾個方面：

（1）一次設(shè)備實現(xiàn)智能化。變電站一次設(shè)備的信號系統(tǒng)和操作控制系統(tǒng)采用微處理器和光電技術(shù)，用數(shù)字控制器及數(shù)字公共信號網(wǎng)絡(luò)取代傳統(tǒng)的電纜連接，變電站二次系統(tǒng)中原先的繼電器及其邏輯回路由智能電子設(shè)備取代，強電模擬信號和控制電纜由光電數(shù)字信號和光纖代替，提高了傳輸信號的抗干擾能力，同時可以減少投資和遭受雷擊可能帶來的損失。

（2）提高設(shè)備的利用率。減少設(shè)備的退出次數(shù)和退出時間，從而提高變電站自動化的整體可靠性，提高工作效率。

（3）二次系統(tǒng)的優(yōu)化整合。變電站二次系統(tǒng)，包括繼電保護裝置、防誤閉鎖裝置、同期操作裝置、遙測遙控裝置、故障錄波裝置、電壓無功控制裝置、在線狀態(tài)檢測裝置等等全部基于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的微處理器設(shè)計，裝置之間的連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)通信，二次系統(tǒng)不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復(fù)的 I/O 現(xiàn)場接口，通過網(wǎng)絡(luò)真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和資源共享，減少相同功能設(shè)備的重復(fù)投資。

（4）實現(xiàn)運行管理自動化。變電站運行管理自動化系統(tǒng)包括電力生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)、狀態(tài)記錄和統(tǒng)計無紙化；數(shù)據(jù)信息分層、分流交換自動化；發(fā)生故障時即時提供故障分析報告，指明故障原因，提出故障處理意見等。

4.數(shù)字化變電站LCC結(jié)論

通過LCC分析，天寶變采用數(shù)字化變電站與常規(guī)變電站相比較，在基建階段增加的投資為16萬元；在變電站的全壽命周期內(nèi)增加的全壽命周期成本（LCC）為12.78萬元。

也就是說，數(shù)字化變電站技術(shù)方案使變電站的技術(shù)水平比傳統(tǒng)變電站有了革命性的飛躍，但是增加的基建投資卻不到16萬元，全壽命周期增加的成本更少。

建議天寶變電站按數(shù)字化變電站方案進行建設(shè)。

五、數(shù)字化變電站設(shè)計過程中需注意的問題

1.一次與二次專業(yè)間的接口

需在技術(shù)規(guī)范書中明確對一次智能化設(shè)備功能和接口的要求，明確一次設(shè)備的智能終端、電子式互感器及其互感器合并器的供貨方和要求，避免一二次專業(yè)間的碰撞和遺漏。

2.電子式互感器對差動的影響

常規(guī)互感器和電子式互感器兩個采樣回路路由的延時是不一致的。

通過調(diào)整采樣時刻，對兩側(cè)的采樣路由延時差別進行補償，保證計算差動電流的兩側(cè)電流是同一時刻值。為此增加兩個定值：“本側(cè)ECVT路由延時”、“對側(cè)ECVT路由延時”定值。

當(dāng)兩側(cè)都使用常規(guī)互感器、或兩側(cè)都使用同一型號的電子式互感器時，該定值可以整定為“0”。當(dāng)一側(cè)為常規(guī)電磁型互感器，另一側(cè)為電子式互感器；或兩側(cè)電子式互感器型號不一致時，必須根據(jù)實際延時整定。

3.開放式數(shù)字化變電站的安全性問題

數(shù)字化變電站綜合自動化系統(tǒng)基于開放的、標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之上，所有的供應(yīng)商都可以開發(fā)基于因特網(wǎng)的應(yīng)用程序來監(jiān)測、控制或遠方診斷，但是帶來的問題是可能導(dǎo)致計算機控制系統(tǒng)的安全性降低，因此要重視數(shù)字化變電站綜合自動化系統(tǒng)的加密與防火墻設(shè)計。

六、結(jié)論

隨著技術(shù)的不斷進步，數(shù)字化變電站的應(yīng)用將不斷深入，對于數(shù)字化變電站的認識也將進一步提高。建設(shè)數(shù)字化變電站將帶來深遠的影響和變革，其意義重大，為建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型電網(wǎng)作出貢獻。

（責(zé)任編輯：劉麗娜）