110kV智能化變電站電氣系統設計

隋美紅

（中海油石化工程有限公司，山東青島266101）

變電站是電力系統的基本構成部分，其擔負著電能轉換、優化調整電壓、電能傳遞等功能。在智能化技術的支撐下，變電站電氣系統已成為目前智能電網構建的關鍵。智能化變電站在傳統變電站設備的基礎上，更加注重變電站電力資源數據的采集以及一次設備和二次設備的設計及智能輔助設備。智能化變電站從自動化控制領域不斷延申，彰顯了其在電網監控運行及電力調度一體化等方面的價值。

1 智能化變電站一次設備的工作原理

1.1 智能化變電站一次設備的構成

目前，智能化變電站一次設備的構成已經不同于傳統變電站的一次設備，因其要實現對電網運行狀態的全面檢測以及信息交換測量。智能變壓器、智能高壓開關設備以及各類電子互感器等均為智能化變電站的一次設備。在變電站電氣系統運行階段，會面臨電力設備老舊且各項物理或化學參數變化等情況，將這些變化在系統傳感器設備上進行檢測和處理，便可針對性地解決問題。對比傳統變電站一次設備的設計，智能化變電站電氣系統設計更加彰顯人性化控制理念，其在各種邏輯單元和智能組件的相互配合下，能夠完成電力數據信息的網絡化傳輸、實時掌握變電站電氣系統的基本運行狀態、優化一次設備的使用效率、盡可能地提高電網系統的供電質量[1]。

1.2 智能化變電站一次設備的工作原理

1.2.1 智能變壓器的工作原理

在電力系統運行單元階段，變電站處于各項工作的節點位置，可完成電能的轉換和工作的分配。而在這整個過程中，均離不開變壓器設備的支持，所以變壓器是變電站電氣設備的關鍵組成部分，其與各種用電設備直接相互連接，且具備分布范圍廣、數量大等綜合性優勢。故此，在變電站中借助智能化變壓器設備，提高對變壓器設備的實時在線檢測，即可從源頭上控制變壓器狀態的精準性與可靠性，以此可避免日常人工方式繁瑣的檢測和維修工作。

1.2.2 智能高壓開關設備的工作原理

除了變壓器設備之外，高壓開關設備作用也很重要。在高壓配電系統中，高壓開關設備主要是對電力系統的控制與保護，同時依據電網運行的基本需求情況，也可控制部分電力設備的科學運行。當電力系統的電力設備或線路出現某種運行故障時，該功能可及時將發生故障的位置予以隔斷，以此來保證無故障電網系統的常規運行。

2 智能化變電站二次設備的工作原理

2.1 智能化變電站二次設備的介紹

通過對智能化變電站一次設備的構成與工作原理的簡要分析可知，其與傳統變電站電氣一次設備相比，其多了網絡在線監測與控制環節，并增加了電子式互感器模塊，既能夠實現電力系統數據的自動在線功能，還可以根據系統運行狀態完成自動調整功能，還能夠在整個控制環節中完成諸多的智能化在線分析。此外，在智能化變電站二次設備的設計階段，在系統整體架構和配置等方面均有了明顯的改變，即在信息交互模型的基礎上實現了二次設備之間的信息數據高度共享，使二次設備構成網絡化二次回路，以此實現采樣值和信息數據之間的網絡傳輸。

2.2 智能化網絡通信系統的工作原理

智能化網絡通信系數的結構大致分為三類，即過程、間隔和站控。每一個層次之間需要借助高速網絡技術進行信息通信。要對電力系統通信網絡層次進行劃分，如站控層與間隔層之間的通信機制為站控通信網絡，而間隔層與過程層之間的通信機制為過程層通信網絡。通常情況下，110kV電壓等級的智能化變電站系統一般采用單以太網。此外，在智能變電站二次設備配置文件環節涵蓋內容較多，如SCD文件、SSD文件等。各類二次設備配置文件可優先使用XML語言，以保證機器設備或人的正常閱讀[2]。

3 110kV智能化變電站電氣一次設備的設計

3.1 智能化變電站電氣一次設備的設計依據

在智能化變電站電氣一次設備的設計階段，須重點考慮變電站工程概況，并綜合考慮工程項目要求，以合理選擇主變壓器設備型號和電氣主接線方式等。同時要根據經濟性等設計需求，明確變電站的設計位置，并得出各出線回路和方向，并在相關規章制度程序下合理設計絕緣配套方案和過電壓保護方案，以此全面保障運行設備的使用壽命，繼而實現電力系統的供電可靠性。

3.2 智能化主變壓器的設備選型

本文變電站電壓等級為110kV，需結合實際情況，多方面綜合考慮各種因素，最終選擇能更好為系統服務的方案，需要注意下面兩點：

一是無論由于何種原因使得任意一臺變壓器需要單獨運行，此時應該能夠提供對于總負荷S30×(60%～70%)的需求,計算公式為ST≈SNT=（0.6～0.7）S30。通過計算可以得出所需數據，將其代入公式可得：

二是在遇到上面所出現的情況時，單獨運行的變壓器可以滿足全部一級和二級負荷S30（I+II）的需求，計算公式為ST≈SNT≥S30（I+II），將相應的數據代入可得：

根據工程實際情況，為了滿足所需適配系統的設計，本文選用了兩臺S9-1000/10型變壓器，其連接組別為Dyn11。

3.3 智能化變壓器的電氣主接線設計

變電站為110kV、10kV兩級電壓，本期選用2臺110kV、50MVA變壓器。為了減少輸送線路的損耗，使電能利用更充分，同時在不增加建設成本的前提下，既提供優質電能，又達到增加項目效益的目的，所以采用了提高功率因數的方法來進行無功補償。通常用來進行無功補償的方式有集中、分組和就地三大類。本文在110kV接線中采用單母線雙隔刀分段接線，10kV接線中采用單母線分段接線。

3.4 智能化短路電流的計算和設備選擇

常用的計算方法主要有兩種，本文設計選擇通過標幺制法來進行短路電路的計算。本系統設計選擇Sj=100MVA，Uj=Ujp，且主變壓器短路電抗取常規值UK%=14.5%。這種方法的計算步驟為：

（1）參照原始資料繪制計算電路圖；

（2）通過選定的Sd、Ud進行基準值的確定；

（3）確定所需元件的電抗標幺值；

（4）化簡電路并繪制等效電路圖；

（5）計算各點的短路數據及相關參數。

以此得出110kV母線的短路電流I″＝13.72kA，10kV主變低側短路電流I″=21.56kA。變電站110kV短路電流水平選擇40kA，10kV短路電流水平選擇31.5kA。

3.5 防雷與接地的設計

對于變電站，首先要在其屋頂裝設避雷針，以此來防止被雷電直接擊中，其次要在變壓器進線部分裝設避雷器。變電站內接地的設計方案為：在二次設備室及敷設有二次電纜的溝內敷設TMY-25×4接地銅排，形成室內外等電位接地網，并與主接地網緊密相連。

4 110kV智能化變電站電氣二次設備的設計

4.1 智能化變電站電氣二次設備的設計依據

智能化變電站二次設備的設計須滿足的設計依據為：對標各類電力行業標準和國家標準；遵循變電站通用設計的主要技術原則；采用智能化技術，以適應技術發展的要求。此外，技術和設備配置包括：系統繼電保護、電力調度數據網接入設備、變電站操作直流電源、交流不停電電源等。同時，按照統一的配置原則和技術制定二次設備的典型組屏方案和各屏柜的功能配置。

4.2 電氣系統網絡配置結構的設計方案（見表1）

表1 電氣系統網絡配置方案

5 結論

國內的電氣資源市場處于蓬勃向上的局面，各個行業對電力資源的需求逐漸提高。鑒于此，國內智能化變電站的供電系統將迎來全新的機遇。同時，智能化技術和電子技術等的高速發展將為國家電網體系的穩定性和可靠性提供技術支撐，并將進一步構建更為完善的智能電網體系。