基于智能化的110kV變電站的設(shè)計(jì)研究

李國斌

（廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司柳州供電局，廣西 柳州 545001）

智能變電站實(shí)現(xiàn)了良好的低碳環(huán)保性。在智能變電站中，傳統(tǒng)的電纜布線不再實(shí)用，而是被光纖電纜所取代。當(dāng)前，大量高集成度、低功耗的電子元件被用于各種電子設(shè)備中。此外，傳統(tǒng)的充油變壓器并沒有更換而是用電子變壓器取代。首先，對各種裝置或電纜進(jìn)行改進(jìn)，能有效地降低能耗和優(yōu)化設(shè)備，一方面可以降低設(shè)備成本和維護(hù)費(fèi)用，另一方面可以有效地減少站內(nèi)電磁輻射等污染對人和環(huán)境造成的損害，極大地改善了環(huán)境質(zhì)量，提高了變電站的性能。其次，智能變電站具有良好的信息交互性，承擔(dān)了電網(wǎng)運(yùn)行的統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)采集，為電網(wǎng)提供了安全、可靠、準(zhǔn)確、詳細(xì)的信息。在實(shí)現(xiàn)信息收集、診斷功能后，智能變電站不僅可以在內(nèi)部共享這些信息，還可以與網(wǎng)絡(luò)中更復(fù)雜、更先進(jìn)的系統(tǒng)進(jìn)行良好的信息交互。智能電網(wǎng)的交互性確保了電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，智能化得以實(shí)現(xiàn)。本文介紹了基于智能化的110kV變電站一、二次設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步的智能化，對環(huán)境的改善效果顯著，具有較好的推廣意義。

1 智能變電站功能特征

智能變電站的設(shè)計(jì)是在數(shù)字變電站的基礎(chǔ)上，做進(jìn)一步完善和改進(jìn)讓其更智能化。該110kV變電站的設(shè)計(jì)技術(shù)特征主要包括站內(nèi)測量數(shù)字化、設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)化、設(shè)備實(shí)時狀態(tài)可視化或監(jiān)控、功能整合、信息交互化、設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)可視化等6個技術(shù)特征。

（1）站內(nèi)測量數(shù)字化。對高壓裝置主體或部件進(jìn)行智能控制所需的設(shè)備參數(shù)，可以當(dāng)場進(jìn)行數(shù)字化測量，并根據(jù)需要將測量結(jié)果發(fā)送到控制層網(wǎng)絡(luò)或處理層網(wǎng)絡(luò)。

（2）設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)化。將通過模擬電纜實(shí)施的控制升級為基于IEC61850的網(wǎng)絡(luò)控制，其次就是將主要的控制轉(zhuǎn)變?yōu)榛诙鄥⒘考系闹悄芸刂啤?/p>

（3）設(shè)備實(shí)時狀態(tài)可視化或監(jiān)控。設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、控制狀態(tài)、可靠性狀態(tài)的實(shí)時分析應(yīng)滿足監(jiān)控、調(diào)度、生產(chǎn)信息需求。

（4）功能整合。智能設(shè)備功能一體化：傳感器與高壓設(shè)備的一體化；傳統(tǒng)一次與二次一體化；互感器與變壓器、斷路器一體化等。

（5）信息交互化。經(jīng)遠(yuǎn)動機(jī)或者保護(hù)信息管理裝置將診斷信息及結(jié)果報告?zhèn)魉椭粮骷壵{(diào)度中心和保護(hù)信息主站，實(shí)現(xiàn)信息的交互化。

（6）設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)的可視化。采用新型可視化技術(shù)（移動探測、X射線等）。

2 智能變電站的一次設(shè)備

該110kV智能變電站一次設(shè)備主要由變壓器、開關(guān)、電子式互感器、母線、智能元件及終端、輔助系統(tǒng)等組成，一次設(shè)備的智能化是變電站的重要指標(biāo)之一。通過信息和數(shù)據(jù)采集并傳輸?shù)叫畔⒓善脚_，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)檢測、測控和信息交互化，進(jìn)一步讓一次設(shè)備智能化，滿足整個智能電網(wǎng)的流量、信息流和物業(yè)的集成一體化要求。

2.1 開關(guān)設(shè)備智能化

該110kV變電站部分開關(guān)設(shè)備主要采用開關(guān)本體+傳感器+智能元件的方式實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步智能化。傳感器主要包括FS6氣體密度、微水、開關(guān)本體放電、電流波形開關(guān)的分合、蓄能發(fā)動機(jī)的打壓時間和工作狀態(tài)，其中開關(guān)主要監(jiān)測參量如表1所示,智能元件包括智能終端設(shè)備、連接合并單元、保護(hù)、測量和控制裝置等。智能元件的監(jiān)測信息按照DLT860標(biāo)準(zhǔn)連接到綜合信息平臺，將分析結(jié)果上傳到主站或狀態(tài)監(jiān)測裝置。進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了智能化在線檢測功能，如開關(guān)測量數(shù)字化、控制網(wǎng)絡(luò)、狀態(tài)可視化、功能集成和信息交互。另外，開關(guān)采用隔離斷路器，電子式電流、電壓互感器套管安裝在開關(guān)座上，取代了臥式隔離開關(guān)的靜態(tài)側(cè)絕緣子，節(jié)省了隔離開關(guān)、變電站和設(shè)備的集成和共享。每個隔離開關(guān)配備有1個狀態(tài)檢測裝置，并放置在間隔智能元件柜中。

表1 智能開關(guān)主要監(jiān)測參量

2.2 變壓器智能化

該110kV變電站通過采用變壓器本體+傳感器+智能元件實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步智能化。傳感器狀態(tài)采集量主要包括油中溶解氣體、油中水分、上層油溫、底層油溫、鐵芯接地電流傳感器；智能組件包括本體智能終端、公共繞組合并單元、非電量保護(hù)及狀態(tài)檢測IED等。在實(shí)際工程應(yīng)用中，變壓器智能組件已集成安裝到就地控制柜內(nèi)，并將信息以DLT860標(biāo)準(zhǔn)連接至綜合信息平臺。將變壓器分散監(jiān)控系統(tǒng)集成一個中心系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了變壓器主要部件集中監(jiān)控和專家診斷。

2.3 一體化信息平臺

通過建立綜合一體化信息平臺，對變電站全景信息進(jìn)行統(tǒng)一訪問和管理，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)層各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化接受和訪問，并與調(diào)度等其他系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化信息互交。其中該110kV智能變電站一體化信息平臺結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能變電站一體化信息平臺結(jié)構(gòu)圖

2.4 電子式互感器

電子式互感器是變電站重要的電子信息采集設(shè)備之一，該110kV智能變電站選取光學(xué)電子電流式互感器,其結(jié)構(gòu)如圖2所示，它的觸點(diǎn)不需要復(fù)雜的電源，而且能夠動態(tài)觀測和精確測量電網(wǎng)電流和電壓，保證繼電保護(hù)的可靠性，消除了電磁共振，同時還具有高低壓側(cè)較好絕緣性能，并抗電磁干擾，具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

圖2 光學(xué)電子電流式互感器結(jié)構(gòu)圖

3 智能變電站的二次設(shè)備

該110kV智能變電站二次設(shè)備采用集成整合的方案。將多間隔進(jìn)行同類功能集成，單間隔進(jìn)行不同種類的多功能集成，同時，采用預(yù)制艙二次組合設(shè)備，工廠化預(yù)制，一體化安裝、調(diào)試和供貨。針對系統(tǒng)設(shè)備“三層”集成整合的方案為：過程層合并單元智能終端集成裝置采用就地安裝；間隔層的多功能測控裝置、多合一集成裝置、保護(hù)測控裝置、站域保護(hù)裝置（冗余保護(hù)、后備保護(hù)、安全自動、廣域保護(hù)）、集中保護(hù)裝置和站控層的一體化業(yè)務(wù)平臺采用預(yù)制艙安裝。

4 結(jié)語

智能變電站是變電站進(jìn)一步智能化和自動化的技術(shù)發(fā)展趨勢，可以避免傳統(tǒng)互感器絕緣、諧振等問題，智能變電站實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一通訊標(biāo)準(zhǔn)，增加了高級應(yīng)用、在線檢測、智能告警等功能，為變電站的安全運(yùn)行提供了有力保障。本文闡述了110kV智能變電站設(shè)備智能化中實(shí)現(xiàn)硬件擴(kuò)展靈活、軟件邏輯可視的技術(shù)，可以為同類型智能變電站的設(shè)計(jì)提供借鑒和參考。