110kV數字化變電站的技術設計及應用初探

任衛東

【摘 要】110kV數字化變電站具有運行穩定性高、方便維護管理等優勢，已經在國內變電站建設中得到廣泛應用。本文將對110kV數字化變電站的技術設計關鍵點進行分析，包括系統設備配置、網絡結構模式設計和運行維護設計等。在此基礎上，探討110kV數字化變電站的實際應用效果。

【關鍵詞】110kV變電站；數字化技術；系統設計

0 前言

隨著數字化技術的快速發展，國內數字化變電站建設水平不斷提升，110kV變電站技術設計逐漸成熟，在實際應用過程表現出巨大優勢。

1 110kV數字化變電站的技術設計關鍵點

1.1 110kV數字化變電站的設備配置方案設計

110kV數字化變電站通過采用智能設備實現設備互操作功能，遵循IEC61850通信標準，能夠實現信息交互和信息共享，并通過保護和測控裝置的配置，為系統的運行穩定性提供保障。110kV數字化變電站的設備配置方案設計主要包括以下幾方面內容：

1）保護配置，以華安變電站為例，采用三臺以太網交換機和兩套遠動通信裝置進行通信屏配置，并配置有兩套主變測控裝置，提供一體化保護。其他保護裝置包括110kV母聯保護裝置、橋保護裝置、網絡記錄及分析裝置、供電安防控制器、匯控柜、開關控制柜等；

2）數字采集裝置配置，采用模塊化設計方法，將采集裝置劃分為多個模塊，具有較高的靈活性和可靠性，能夠實現大容量信息實時處理和高精度數據采集功能。采用高分辨率A/D轉換器，支持多種對時方案，硬件具備智能自檢功能，抗干擾能力強；

3）智能終端配置，采用JFZ-600R智能終端，支持IEC61850標準協議，具備自動檢測盒自我診斷功能，能夠對事件進行完整記錄，斷電不會導致數據丟失。內部插件采用前插拔設計方式，可以為設備調試和維修提供方便，硬件平臺兼容性高，易于擴展；

4）測繪裝置配置，采用PCS-9705測控裝置，對間隔層數據進行測量控制，基于面向對象思想進行設計，能夠實現軟件與硬件平臺的統一。裝置抗干擾能力強，能夠實現交流信號的同步采樣，間隔層聯鎖功能較為完善，對時精度高，后臺通訊方式靈活；

5）監控系統配置，采用分布式設計方式，各節點靈活配置，可根據實際需求進行擴展。采用VQC無功電壓調節軟件，能夠為供電質量和供電穩定性提供保障，減少線路損耗；

6）電源系統配置，電源系統設計采取交直流一體化配置方式，對交直流電源、通信電源和逆變電源進行統一設計，滿足開關分合閘的保護和控制需要，利用數字化監控平臺實現網絡化通信，共享電源信息，實現統一控制。

1.2 110kV數字化變電站的網絡結構模式設計

110kV數字化變電站一般采取三層網絡結構模式，即過程層、間隔層和站控層。變電站采用的智能設備均包含在三層網絡結構中，其中智能化電氣設備中的智能終端和合并單元等，包含在過程層，保護裝置和測控裝置包含在間隔層，由監控系統構成站控層。三層網絡結構之間能夠實現高速網絡通信，主要采用光纖通信方式。可以將過程層理解為變電站一次、二次設備的結合層，繼承智能電器設備的智能化部分，用光電互感器代替電磁互感器，用數字量代替模擬量。間隔層能夠匯總實時信息數據，對一次設備進行保護和控制。站控層匯總全站實時信息數據，更新數據庫，具有全站操作閉鎖控制功能。

1.3 110kV數字化變電站的運行維護設計

在110kV數字化變電站中，運行維護主要包括合并單元運行維護、智能終端設備的運行維護，智能操作箱散熱處理、智能終端防潮處理、保護裝置運行維護等。保護裝置投入運行后，人員不能觸碰帶電部位，不能隨意改變保護裝置運行參數。如果在運行過程中運行停用保護，指需要退出該保護裝置的對應壓板。當系統發生故障時，保護裝置會自動進行跳閘處理，在液晶屏幕上顯示故障信息，打印保護動作報告。

2 110kV數字化變電站的實際應用效果

2.1 110kV數字化變電站的主要優勢

目前國內110kV數字化變電站越來越多，從華安變電站、直埠變電站等的實際應用效果可以看出，數字化變電站具有多方面技術優勢，通過采取三層網絡結構設計，能夠實現智能設備之間的數據共享和信息交互，實現即插即用，設備調試和維護都較為方便。110kV數字化變電站的應用優勢主要表現為以下幾個方面：1）數字化保護系統的應用優勢，使用數字化技術取代傳統的模擬開關量輸入和傳統出口繼電器回路，使保護系統的抗干擾能力明顯提升，能夠徹底消除由于繼電器插件導致的誤動；2）二次系統的網絡化通信優勢，采用光纖代替電纜回路，連接現場終端設備，基于光纖網絡實現間隔層與過程層的互聯互通，采用GOOSE報文傳輸方式，通信效率和通信可靠性明顯提升；3）實現了智能終端設備的就地安裝，設備的環境適應能力和抗干擾能力明顯提高。

2.2 110kV數字化變電站建設對傳統變電站的影響

數字化變電站建設對傳統變電站產生的影響是多方面的，由于引進了新的技術設備，改變了傳統變電站的電壓電流接線方式，通信通過網絡實現，設備自動化程度和智能化程度大幅度提升，具備較高的自診斷能力，能夠為110kV變電站的系統穩定性提供保障。建設110kV數字化變電站的影響主要表現為以下幾個方面：1）系統運行維護更加方便，維護工作量顯著降低，許多設備維護工作可以通過設備自診斷功能完成，降低了對維護人員的依賴；2）安全保護措施的執行更加容易，可以減少部分傳統變電站的安全保護措施；3）倒閘操作時間得到縮短，通過程序化操作，高效利用間隔操作時間，提高操作效率；4）標準化水平大大提高，有利于降低變電站的運行管理成本；5）減少了現場調試工作量，可以縮短變電站建設周期。

2.3 110kV數字化變電站的應用效益分析

采用全壽命周期成本計算方法對110kV數字化變電站的建設成本進行定量分析。將110kV數字環變電站的建設成本劃分為初始成本和未來成本兩個部分。其中，初始成本使初期建造成本，包括智能化設備的采購、安裝成本等。未來成本使在110kV數字化變電站投入應用后的成本，包括運行成本、維護成本、替換成本和報廢成本等。以安華數字化變電站為例，按使用壽命20年進行計算，全壽命周期成本計算公式為LCC=CI+CO+CM+CF+CD，其中，CI是初始成本，具體包括設計、設備采購、安裝成本費用。CO是運行成本，具體包括檢修操作、管理成本以及耗電費用。CM是維護修理成本，按檢修周期為三年進行計算，約為30萬元。CF是替換成本，按5萬元進行計算，CD是報廢成本，約為安裝費用的70%。采用該公式進行計算，數字化變電站改造費用為852萬元，相比于同等規模非數字化改造的1424萬元，可節省572萬元，且變電站運行可靠性得到顯著提升。

3 結束語

綜上所述，110kV數字化變電站的設計與應用能夠提高電力系統的運行可靠性，通過采用智能化設備和網絡化通信方式，可以實現設備的自診斷和交互操作等功能，提升變電站運行管理效率。此外，110kV數字化變電站還擁有較好的長期效益，能夠降低變電站全壽命周期成本。

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