220 kV智能變電站實訓基地工程設計問題探討

馬 雁，王 非，呂紅亮

(1. 鄭州電力高等專科學校電力工程系，鄭州 450000；2. 國家電投集團河南電力有限公司技術信息中心，鄭州 450000；3. 河南思科電力工程設計有限公司，鄭州 450000)

按照國網智能變電站建設要求，設計220 kV智能變電站實訓基地，區別于常規變電站，該實訓基地的功能更加突出為教學所使用。例如，能實現變電運維、變電檢修、變電站值班員等工種的培訓功能；能實現電氣設備倒閘操作、電氣設備巡視檢查、電氣設備故障處理、變電站綜合自動化等實訓功能[1-2]。本文針對這些問題，在設計方案上逐一進行分析與探討。

1 電氣主接線

電氣主接線在變電站設計時要充分考慮可靠性、靈活性、經濟性等要求[3-4]。220 kV智能變電站實訓基地擁有一臺主變，容量150 MVA；三個電壓等級220、110、10 kV。由于220 kV架空出線1回，110 kV架空出線3回，10 kV無出線，僅接站用變及提供無功補償。因此，在主接線方案選擇上，在保證操作安全可靠的前提下，盡量選擇接線簡單、投資少、系統保護及自動化復雜程度低、并滿足教學多樣化等要求的接線形式，故220 kV采用雙母線接線，110 kV采用單母分段接線。

2 配電裝置

配電裝置的布置依據國網公司220 kV通用設計220-C-1為基本方案，總體布置按220 kV～主變壓器(10 kV配電裝置)～110 kV電氣接線流向考慮，成三列式布置。各級電壓布置清晰、緊湊、層次分明。

配電裝置在選擇時，要充分考慮占地面積、使用效果、投資等因素。由于是學校預留用地，土地面積十分有限，本著節省用地、節省投資的原則，在方案上220、110 kV均采用戶外AIS布置，考慮到滿足教學的多樣性，110 kV配電裝置有一回出線采用H-GIS布置。

2.1 主變壓器

主變壓器容量1×150 MVA，電壓等級為220/110/10 kV。采用三相三繞組高壓側有載調壓變壓器，冷卻方式采用自冷方式，高、中壓套管采用軟導線連接，低壓側采用管母連接。電壓比為230±8×1.25%/121/10.5 kV，接線組別為YN，yn0，d11。

2.2 220 kV配電裝置

220 kV配電裝置采用戶外AIS、支持管母中型布置、斷路器單列式、出線間隔架構采用單跨13 m，架構高15 m，導線相間距4 m，邊相導線距架構中心線2.5 m。

2.3 110 kV配電裝置

110 kV配電裝置采用戶外AIS、軟母線中型布置、斷路器雙列式，出線間隔架構采用單跨8 m，架構高10 m，導線相間距2.2 m，邊相導線距架構中心線1.8 m。

2.4 10 kV配電裝置

10 kV配電裝置采用中置移開式開關柜、單列布置，10 kV主變進線采用管母架空進線方式。主變壓器及10 kV開關柜配電間布置于220 kV和110 kV戶外AIS中間，主變壓器間距滿足防火要求，圍繞變壓器及10 kV配電裝置設有環形道路。10 kV成套并聯電容器組與10 kV開關柜之間以電纜連接，并聯電容器組布置在站區中部，主變南側，事故儲油井位于站區中部。生產綜合樓位于站區中部，主變壓器北側。

實訓基地的布置方案在遵循國網變電站設計要求的基礎上，更突出滿足教學需要。本方案配電裝置在設計中，既有屋內配電裝置，又有屋外配電裝置；既有AIS；又有H-GIS；既有220 kV管母；又有110 kV軟母線。配電裝置類型多、種類全，滿足教學多樣性要求，在有限空間內節省了投資。此外，電氣設備的布置方便學生今后參觀、實訓、實習，利于教學。

3 防雷接地

3.1 電氣設備的防雷保護

變電站的防雷保護主要包括防直擊雷，防雷電侵入波兩項內容。在防直擊雷方面，變電站實訓基地采用配電裝置構架避雷針的方式，即在220 kV和110 kV區域設5根架構避雷針，避雷針高30 m，使各級電壓配電裝置均處于避雷針的聯合保護范圍內。其中，220 kV配電裝置被保護高度15 m、110 kV配電裝置被保護高度10 m，綜合樓被保護高度取5.0 m，經校核，全站均處于防直擊雷保護范圍內。在防雷電侵入波方面，避雷器的裝設組數及配置地點，取決于雷電侵入波在各個電氣設備產生的過電壓水平，本實訓基地在220、110 kV母線上裝設避雷器，出線回路不裝設避雷器。同時為加強絕緣配合，在主變壓器220、110 kV 進線側加裝避雷器。

3.2 全站接地

站區接地體的截面選擇主要考慮熱穩定要求和年腐蝕率情況，并同時考慮經濟性和適用性，故采用熱鍍鋅鋼材接地體。全站接地采用以水平敷設接地極為主，輔以角鋼垂直接地極的混合接地網。經計算，本變電站選用-60×8熱鍍鋅扁鋼組成水平接地主網，采用∠50×5熱鍍鋅角鋼作接地極，組成不等間距接地網，選用-70×8熱鍍鋅扁鋼作設備引下線，選用40×4扁銅作設備與支架連接線。在經常出入的地方、經常接觸的設備處鋪設0.15 m厚的碎石，以滿足接觸電勢及跨步電勢的安全要求。在繼電器室二次電纜溝內以及室外有二次電纜的電纜溝內，敷設截面不小于100 mm2的銅纜。

4 全站照明

本實訓基地設置正常工作照明和事故照明。正常工作照明采用380/220 V 三相五線制，由站用電源供電。事故電源由蓄電池直流母線經逆變器變換為交流供電，同時站內配備少量應急燈。

變電站主控制室采用高效節能熒光燈，電源室、二次設備室等重要場所亦采用高效節能熒光燈具。屋外配電裝置采用鈉燈投光燈和庭院燈組成混合式照明，正常時使用庭院燈，只在檢修及事故處理時使用投光燈，在站前區及所內主要道路設置庭院燈。二次設備室、蓄電池室、10 kV配電間及主通道均裝設事故照明。站內一般場站照明采用就地控制方式，屋外配電裝置和道路照明采用光電自動控制。

5 電纜敷設

依據《電纜防火措施設計和施工驗收標準》的相關規定，本站戶外電纜采用電纜溝、直埋和穿管敷設方式，戶內電纜采用電纜溝、穿管敷設方式。在220、110 kV屋外配電裝置內分別設置1條電纜溝通至二次設備室，主變及10 kV配電裝置區域、電容器組區域設置1條電纜溝通至二次設備室。

6 保護配置

變電站實訓基地中，接觸設備、進行操作都是初學者，從安全角度出發，220 kV側今后正常運行時不帶電，不接入電網系統。但根據教學任務需要，需實現調度模擬、設備倒閘操作等功能。因此，在保護配置上，基本按智能220 kV變電站來配置。

6.1 220 kV線路保護

主保護：采用2套光纖電流差動保護。

后備保護：利用兩套主保護中所帶的階段式相間距離、接地距離以及零序保護，形成雙重化的后備保護。兩套線路保護均含重合閘功能。

6.2 220 kV母線保護與斷路器失靈保護

220 kV母線配置雙套母線保護，均含斷路器失靈保護功能，雙重化配置。各間隔合并單元、智能終端均采用雙套配置。每套母線保護動作時，向主變保護提供1路起動失靈命令，主變220 kV側斷路器失靈時聯跳主變各側斷路器，采用GOOSE網絡傳輸。母線保護采用直接采樣、直接跳閘方式。每套保護獨立組屏，共配置 2 面母線保護與斷路器失靈保護柜。

6.3 220 kV母聯充電保護

220 kV母聯斷路器按雙套配置專用的、具備瞬時和延時跳閘功能的過電流保護。母聯保護直接采樣、直接跳閘；啟動母線失靈采用GOOSE網絡傳輸，2套220 kV母聯保護裝置與母聯測控裝置集中組柜，組1面機柜。

6.4 110 kV線路保護

110 kV共3回線路，均配置一套階段式相間及接地距離、零序電流保護，并配置檢同期(或檢無壓)三相一次重合閘，110 kV線路保護測控集成裝置。

6.5 110 kV分段保護

110 kV分段斷路器按單套配置專用的、具備瞬時和延時跳閘功能的過電流保護。分段保護直接采樣、直接跳閘；啟動母線失靈采用GOOSE網絡傳輸，110 kV分段保護采用保護測控集成裝置，組1面機柜。

6.6 主變保護

主變壓器保護按雙重化配置兩套電量保護裝置，每套保護均由完整的主保護和后備保護組成，兩套主、后備一體電量保護裝置獨立組屏布置于二次設備室。變壓器保護直接采樣，直接跳各側斷路器；變壓器保護跳母聯斷路器及閉鎖備自投、啟動失靈等可采用GOOSE網絡傳輸。

6.7 10 kV保護

10 kV站用變、電容器采用保護、測控、計量一體化裝置，就地布置在10 kV開關柜內。10 kV站用變保護由電流速斷、過電流保護、零序電流保護及其本體保護組成。10 kV電容器組保護由過流保護、速斷保護、過電壓保護、電流閉鎖失壓保護等保護組成。

7 變電站綜合自動化

根據“河南省電力公司關于執行《國家電網公司2011年新建變電站設計補充規定》實施細則”及國網Q/GDW 678—2011《智能變電站一體化監控系統功能規范》的要求，本站在安全可靠、經濟適用的基礎上，采用智能設備，提高變電站智能化水平，計算機監控系統采用開放式、分層分布式結構，在功能邏輯上由站控層、間隔層、過程層組成，在網絡結構上符合DL/T860標準，通信規約統一采用DL/T860通信標準。

變電站自動化系統采用三層兩網結構，由站控層、間隔層、過程層及站控層/間隔層網絡、過程層網絡構成，站控層MMS網接口支持電口和光口連接。站控層設備按變電站遠景規模配置，過程層及間隔層按工程實際規模配置。

配置1套開放式分層分布式自動化系統，以變電站監控系統操作為主，同時在就地設有手動控制方式作為后備控制手段，實現變電站控制、監視和測量，并具備遙控、遙調、遙信、遙測等全部遠動功能。采用DL/T860通信標準，統一組網，信息共享。站控層MMS、GOOSE網絡采用雙星型以太網；220 kV過程層采用星型雙網，110 kV(除主變外)采用星型單網，GOOSE和SV共網傳輸；10 kV不設過程層網絡，GOOSE報文直接通過站控層網絡傳輸。

8 信號源系統

本工程在一次設備不帶電的前提下，通過功率放電模塊輸出電流和電壓至合并單元來模擬互感器二次側輸出的模擬量，并且利用串接斷路器的輔助觸點來控制功率放電模塊的輸入輸出，達到變電站一次設備帶電運行的效果，從而實現本站的綜合自動化。

同時，通過改變功率放電模塊輸出的電流量和電壓量來模擬變電站運行時出現的電氣故障量，經相應間隔的合并單元裝置將電氣量轉換成光信號，輸入至相應間隔的保護裝置，利用裝置內部保護邏輯運算，判斷外部輸入的信號量是否達到保護動作定值，從而實現保護裝置正確下發跳合閘命令至智能終端，完成相應間隔斷路器的跳合閘。本站配置1套信號源系統，包括1套信號源服務器、1套功率放電模塊(輸出模塊以滿足本工程需求為準)等。

9 結語

變電站實訓基地與變電站的本質區別，一是正常運行時220、110 kV側不帶電，這是從安全角度考慮的；二是要突出為教學所使用，建成的實訓基地能夠實現真實變電站所具備的基本功能。本文提供了一種智能變電站實訓基地的設計方案，在工程設計的各個方面，既要按照國網標準化來配置，又要突出自身特點。本文在安全性、可靠性、經濟性、多樣化等問題上，逐一進行分析與探討，可為變電站實訓基地建設提供寶貴經驗。