典型110?kV智能變電站一次電氣系統設計

易堃

[摘? ? 要 ]智能變電站功能定位在于通過先進的信息、控制技術，提升變電站作為電網基礎運行單元的智能化水平，實現作為電網樞紐的變電站的智能化管理，為建設智能電網打下堅實的基礎。隨著電力市場改革、優化營商環境、電網精益化管理等一系列政策的影響下，智能變電站是常規變電站的發展方向。本文以典型110 kV智能變電站為例，詳細介紹了其一次電氣系統設計及其關鍵技術。

[關鍵詞]智能變電站;控制技術;一次電氣系統設計

[中圖分類號]TM76 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）11–00–03

[Abstract]The function orientation of Smart Substation is to improve the intelligent level of substation as the basic operation unit of power grid through advanced information and control technology， realize the intelligent management of substation as the hub of power grid， and lay a solid foundation for the construction of smart grid. With the influence of a series of policies， such as power market reform， optimization of business environment， power grid lean management， smart substation is the development direction of conventional substation. Taking a typical 110 kV intelligent substation as an example， this paper introduces the design of its primary electrical system and its key technologies in detail.

[Keywords]intelligent substation; control technology; primary electrical system design

智能變電站是指整個變電站具有有機統一的通信平臺和數據模型，站內的一次電氣設備和二次保護設備之間具有數字通信的能力，一、二次設備之間可以高效通信、相互操作。它的主要特點：一次電氣設備具有數字化功能，主要體現在互感器和主開關均具有數字化輸出能力;二次保護設備具有網絡化能力，主要體現在二次保護設備與一次電氣設備、二次保護設備與二次保護設備之間均具有高速網絡通信能力;一、二次設備數據平臺化，主要體現在數據的發送和接收都以IEC61850為標準。

1 智能變電站的體系架構簡介

1.1 體系架構圖

1.2 相關關鍵技術簡介

1.2.1 支撐變電站狀態感知

通過數字化采樣、標準化模型及信息共享，全面獲取變電站運行控制信息及設備狀態信息，為電網提供標準、開放、準確共享的基礎信息資源池，支撐系統高效的數據收集，為智能電網發展提供所需電力流及信息流。

1.2.2 支撐系統運行控制

通過廠站端一體化電網運行智能系統（OS2）及保護控制等方式協調、優化系統運行，實現自適應閉環運行控制和智能決策，支撐電網優化調度及協調運行控制。

1.2.3 支撐高效運維管理

通過高壓設備實現智能化及二次系統智能運維，實現變電站一二次系統全面監視，支撐電網安全、可靠、經濟、高效的運維管理。

1.2.4 支撐信息化管理

通過變電站模塊化模型，工程配置，主子站源端維護，支撐數字電網平臺建設，構建貫穿規劃、基建、調度、生產、營銷等業務環節的全壽命周期管理體系。

2 電氣主接線

智能變電站的電氣主接線應優先保證電網結構安全、運行靈活、檢修方便。可采用預制艙組合設備，當采用預制艙組合設備時，應充分考慮運行維護環境及艙體壽命要求。特殊環境條件地區，可采用全站預制艙式變電站。圖2為高壓一次設備艙體圖。

高壓一次設備艙體、目前，110 kVGIS組合電器國內廠家已經將其實現預制艙化，通過直列一體式結構，可以實現GIS的工廠化組裝，零表壓配送運輸，現場一次建成，不需要現場進行GIS設備的分間隔二次裝配，大大節省現場的充氣、檢漏、除水、局放試驗等重復性工作，大大提升建站效率。

艙柜一體化、艙體設計時與柜體充分融合，柜體接地、檢修、操作、運維方便;內部裝飾和諧美觀，照明、環控、暖通、視頻、火災等子系統布線在艙體設計時預設專用布線通道，空調送風采用類似機艙、動車等中央送風風道系統，確保艙內溫區均衡，能耗降低。主要采用了新一代的環控、防塵技術和防火、防爆技術，確保一、二次設備能安全穩定地運行。

新一代環控、防塵技術：艙體內設置自動溫控系統，監測艙內環境，控制艙內環控設備節能、高效地運行，確保艙體內的一、二次設備具備穩定的運行環境。艙體內的空調采用的是無塵空調系統。

防火、防爆技術：預制艙艙體的內部安裝一定數量的自動煙感系統，內置的煙感傳感器具有與主站通信的能力，當發生火災時，煙感傳感器監測到火災后及時將相關信號傳遞到主站上，這就讓運維人員可及早發現火情，防止事故的擴大。預制艙箱體自身具備防火能力，艙體結構壁板可長時間耐火;艙體采用雙層保溫結構和設置一定數量的泄壓通道，具有較強的防爆能力。

3 智能高壓設備

應采用智感、智測、智控的智能設備，提升數字化、集成化、標準化、模塊化水平，通過集成于設備本體的傳感器，實現設備預警、告警、開關位置二次確認、狀態信息自我感知等。智能高壓設備應遵循DL/T1411，并滿足常規高壓設備的技術標準要求，實現下列全部或部分智能化功能。

（1）數字測量：一二次設備的相關參數的測量、計算、傳輸等均采用數字技術，站內數據的相關處理均數字化。

（2）狀態感知及評估：基于集成于高壓設備本體的傳感器，實現對設備狀態信息的監測和網絡共享，支撐生產運行管理的狀態評估。

（3）設備開關位置判定：設備開關位置判定，主要以監控系統的狀態位置為主要依據，也可根據實際需要，利用集成于高壓設備本體的傳感器，實現設備開關位置信息二次確認，為智能巡視及智能操作提供輔助判據。圖3為典型的智能開關設備圖。

（4）網絡控制：受控部件的控制均由站內通信網絡完成，包括主站和遠方之間的遙控、主控設備和受控設備之間的遙控。

智能變電站宜推進具備智感、智測、智控能力的設備應用，提升設備狀態監測，通過集成于設備本體的傳感器，實現設備預警、告警、狀態信息自我感知及開關位置二次確認，支撐智能變電站高效運維。智能高壓設備的選擇，應綜合考慮以下7個方面：一是變電站應根據實際需要，經技術經濟比較后，合理選擇智能巡視技術路線，設計站內道路、巡檢通道、表計朝向及巡視點等;二是應統籌考慮智能安防設備接入的功能要求，視頻及環境監控系統應滿足智能運維環境與設施監控的要求;三是應滿足各級生產監控指揮中心對廠站端設備狀態、操作過程、作業環境、運行水平管理的要求;四是應具備數據辨識與處理功能，保證基礎數據的正確性，支持一體化電網運行智能系統對電網狀態估計的應用需求。五是應可以采集變電站內主要設備的運行數據，并通過網絡上傳至變電站主站，為電網運行管理及狀態檢修提供基礎數據支撐;六是應具備充分利用自動調壓、無功補償自動調節等手段自動調節變電站的運行方式，以實現電網安全經濟運行;七是應綜合主站數據，利用對站內信息的集中處理、判斷，智能調整變電站的運行參數，以動態自適應電網運行方式的變化。

4 智能變電站的互感器

應遵循互感器相關標準，并滿足以下要求：

①宜采用常規互感器，也可采用光學互感器;②采用常規互感器時，宜通過二次電纜直接接入裝置實現采樣，也可通通過延時（含交換機轉發延時）可測技術實現采樣同步;③采用光學互感器時，應遵循GB/T20840，并與配套的合并單元相匹配;④根據需要，光學互感器可集成于其他一次設備，也可獨立配置。

有源電子式互感器雖然已經在智能變電站中有成功應用的例子，但其存在著對電源要求高、工作環境惡劣復雜、維護困難等問題，這極大的限制了有源電子式互感器推廣使用，目前大多智能變電站都是采用的無源電流電壓組合互感器，如圖4所示，其主要有如下特點。

（1）電流互感器與電壓互感器可以集成為一體，同時實現對一次電流和一次電壓的測量;

（2）電流傳感器空芯線圈和LPCT相互配合的技術，測量的電流數據具有精度高、動態范圍大、暫態特性好等特點;

（3）電壓互感器采用電容分壓器傳感一次電壓技術，測量出來的數據具有精度高、穩定性好等特點;

（4）遠端模塊配置兩套系統、互為備用，增加可靠性;

（5）采樣模塊均采用雙A/D采樣，并嵌入自檢功能，進一步提高采樣數據的可靠性;

（6）配置用MU激光供能和一次側現場取點相結合的方法給遠端模塊實時供電，電源的供電可靠性高。

5 結語

本文通過對典型110 kV智能變電站為例，從體系架構、電氣主接線、智能高壓設備和互感器4個方面詳細地介紹了智能變電站的特點。

參考文獻

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