110kV智能變電站的設計與可靠性探討

胡燕+周陽

摘 要：智能變電站是一種高功能變電站，不僅對信息能自動采集、檢測、計量，還具有低碳環保、交互性好、高度集成、高度可靠等許多優點。建設越來越多的智能變電站，可以更好更節約能源的供電，操作也比傳統的變電站簡單智能的多，輸送電時也更加可靠安全。文章主要講述了110kV智能變電站的概念、結構、優點以及它的設計與可靠性。

關鍵詞：智能變電站；設計；可靠性分析

中圖分類號：TM63 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）02-0098-02

Abstract： Intelligent substation is a kind of high function substation. It can not only collect， detect and measure information automatically， but also has many advantages， such as low carbon environmental protection， good interaction， high integration， high reliability， and so on. The construction of more and more intelligent substations can better save energy saving power supply， so that operation is more simple and intelligent than the traditional substation， and the transmission of electricity is more reliable and safe. This paper mainly describes the concept， structure， advantages， design and reliability of 110kV intelligent substation.

Keywords： intelligent substation； design； reliability analysis

引言

現在我國的變電站主要有兩種，一種是傳統變電站，一種是正在興起智能變電站。現在傳統常規的變電站還占據著主體地位，但是和興起的智能變電站相比缺點就尤為明顯了。隨著現在信息技術和網絡技術的快速發展而出現的智能變電站，加快了我國變電站建設技術的發展腳步，只是當前智能變電站建設技術沒有完全成熟，變電站的電網運行還需要優化，本文將對110kV智能變電站的設計與可靠性進行探討分析研究。

1 有關110kV智能變電站的基本概念

1.1 定義

智能變電站是運用先進數字化信息技術既可以完成自動采集信息、計量信息、檢測信息等基礎功能，又具有自動控制、在線分析決策、智能調節、協同互動等高級功能，同時具有低碳環保、交互性好、高度集成、高度可靠等許多優點的變電站。

1.2 前景

智能電網建設是符合我們國家發展的電網建設方式，也適合我們國家能源的分布情況。它對于現在無污染高效的太陽能發電、風能發電并網運行的適應性很強；它也能高效大范圍地利用能源，目前運行中的智能變電站雖然還不夠成熟，但依然是智能電網建設的核心，有著廣闊的前景，能高效地實現能源轉換。中國、美國、德國、法國、英國等世界強國都很重視智能電網的研究，因為目前的新能源如太陽能、地熱能發電和智能電網、智能變電站密不可分，并且互相促進發展。

1.3 體系結構

智能變電站的體系結構由三個層次組成，其一過程層，其二間隔層，其三站控層。過程層的設備組成主要是由一次設備及其所屬的智能組件組成。間隔層的設備組成主要是由二次設備組成。站控層主要是由監控通信等系統組成。

（1）過程層。過程層的設備一般都是一對一連接，設備組成主要包括一次設備和智能組件。而智能組件一般由狀態單元、控制單元、保護單元、測量單元、計量單元、監測單元中的一個或多個組成。（2）間隔層。間隔層主要是由保護系統、故障系統、錄波系統、計量系統等組成。它在站控層監測系統遭到損壞失靈的情況下，還可以獨立自主地控制本層的設備運轉，是一種二次保護措施。它被安裝在每個間隔層的配置接口處，實現使用一個間隔數據后可以再次作用，即在智能傳感器、控制器、遠方輸入輸出之間通信。（3）站控層：站控層是由諸如控制系統、站域監測系統、通信系統和對時系統等子系統組成。它的功能必須高度集成化，可以全面的對數據進行采集和SCA-DA（監視控制）、電能量采集、控制保護信息等。

2 110kV智能變電站的主要特點

2.1 智能變電站能實現非常好的低碳環保效果

傳統變電站的建設一般對環境造成的是電磁輻射污染。而建設智能變電站時，新型的光纖電纜取代傳統的通信電纜，提高了信息傳輸能力，減少了通信電纜的數量，簡化了設計和安裝調試；數字量輸入輸出模塊的應用，簡化了硬件系統；電子式傳感器取代傳統充油式傳感器，增強觀測的可控制性。無論哪種改善和取代，均降低了原始能源的損耗，提高了能源之間的轉化率，降低了建設成本，雖然在某種程度上還是會對環境造成一定的影響，但相比于傳統變電站，極大程度上減少了對環境的不良影響。

2.2 智能變電站具有良好的交互性

無論是傳統的還是智能的變電站，都需要有一定的交互性，只不過智能變電站相比于傳統變電站得到了極大的提高。它能對信息進行采集和分析，進而精準可靠的回饋給電網，并且與電網的上級控制系統互動，確保電網能安全、有效、穩定的運行。

2.3 智能變電站具有高度可靠性

在滿足電能質量的基礎上，客戶使用電能的最基本的就是安全、可靠、穩定。智能變電站相比于傳統變電站不僅具有極高的可靠性，而且還具有自我診斷、自我恢復的功能。這樣的功能在很大程度上能減少變電站故障的發生，并且在故障發生時進行自我快速診斷、處理，極大地減少了故障所造成的影響，實現電網的高質量運行。endprint

2.4 智能變電站具有高度集成性

高度集成也就是說智能變電站能有效地把最近發展迅速的通信技術、虛擬電廠技術、信息傳感技術、計算機技術和微網技術等高度融合，使其數據的采集和處理更加簡單精確。

3 關于110kV智能變電站的設計與可靠性分析探討

3.1 智能化一次設備的使用

智能化一次設備是110kV智能變電站中最基礎的元器件，根據短板效應，整個變電站系統的智能化程度取決于一次設備的智能化水平，由此可見，關于智能化一次設備如何選擇就極為重要了。在這里介紹兩種智能化一次設備，智能斷路器和電子式互感器。什么是智能斷路器？就是從字面意思上說智能的斷路器，把現代的電子技術和智能控制結合起來組成執行單元，從而取代傳統的機械手動開關和繼電器。什么是電子式互感器？就是采用光纖進行通信傳輸的互感器。由于傳輸的是數字信號，相比于傳統的互感器它更不容易受到外界的干擾更加的可靠有效。它分為兩種，一種有源，另一種無源。無源電子式互感器無源電子式電壓互感器利用Pockels電光效應或基于逆壓電效應或電致伸縮效應被測信號，頻率帶范圍廣體積小安裝更為簡單，有源互感器是把傳統互感器輸出的電流電壓信息數字化處理后利用光纖與測控保護裝置通信聯絡。因此無源比有源更為可靠。

3.2 網絡化二次設備的使用

二次設備的網絡化即主要利用IEC61850標和網絡通信技術實現信息傳輸的網絡化，保證智能變電站的全景監控。

（1）網絡化站控層設備的使用。站控層是由控制系統、站域監測系統、通信系統組成的。其設備的網絡化是結合已經智能化的設備元器件，制造出一個無人值班的監控室，從而實現網絡控制及智能管理的目的。因此它可以對間隔層和過程層智能控制管理，甚至對整個智能變電站設備全景監控與網絡管理。（2）網絡化間隔層設備的使用。間隔層主要是由保護系統、故障錄波系統、調度自動化系統、計量系統等組成。它在站控層監測系統損壞失靈的時候，還可以獨立自主地控制本層的設備運轉，是一個二次系統的保護措施。它被安裝在每個間隔層的配置接口處，實現使用一個間隔數據后可以再次作用，即在智能傳感器、控制器、遠方輸出輸入之間通信。而且在間隔層的各個設備之間也安裝了智能變電站通用協議，可以完成自我監測的工作，也可以自我解析數據及傳輸數據至站控層。（3）網絡化過程層設備的使用。設備組成主要包括一次設備和智能組件。而智能組件一般由狀態單元、控制單元、保護單元、測量單元、計量單元、監測單位中的一個或多個組成。其設備一般都是一一對應搭配連接的，過程層就如同智能變電站的過渡層，只不過其設備之間同樣安裝了變電站通用協議，不僅可以完成自我檢測發現故障，而且可以將一次設備采集到的數據共享給二次設備，真正實現一次設備狀態監測技術與二次技術的融合，實現信息共享暢通。經過總接線端口的一一對接后，智能變電站的繼電保護裝置可以與站控層終端通信。

3.3 可靠性分析探討

110kV智能變電站的可靠性主要取決于電氣一次和二次系統運行的可靠性。從系統工作的可靠性來說，系統是如何工作的，很明顯智能變電站系統依靠智能化網絡進行工作。其網絡結構采取一種既獨立又互補的網絡拓撲結構，分別應用于站控層和過程層。采用這種結構對于通信非常有利，天然的分割了變電站和監控中心的通信路線。從設備工作的可靠性來說，智能化一次設備是110kV智能變電站中最基礎的元器件，整個變電站系統的智能化程度取決于一次設備的智能化水平，智能斷路器和電子式互感器又是智能化一次設備的重要組成部分，換言之，設備的可靠性取決于智能斷路器的可靠性和電子式互感器的可靠性。智能斷路器把現代的電子技術和智能控制結合起來組成執行單元，從而取代傳統的機械手動開關和繼電器。其智能診斷為系統故障的預防提供了保障，比傳統機械操作機構的斷路器更為可靠。電子式互感器采用光纖通信，比傳統的數據傳輸抗干擾能力強，其壽命更長更穩定，這兩者確保了設備運行的可靠性。因此，110kV智能變電站相比于傳統變電站更加可靠。

4 結束語

經過上述分析探討，雖然當今智能變電站的建設還不夠成熟，技術不夠完善，但是其發展前景廣闊，未來必將成為變電站的主流。給廣大人民帶來更好、更穩定、更有效的電能供給，促進我國經濟的發展，提高人民的生活質量。

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