220 kV變電站智能化技術改造方案研究

布 赫

（內蒙古電力（集團）有限責任公司烏蘭察布供電分公司，內蒙古 烏蘭察布 012000）

1 工程概況

整體電壓等級：220/110/35 kV。本站220 kV間隔：220 kV部分采用雙母線接線，220 kV主變壓器2臺，220 kV出線間隔5回，母聯間隔1回， 2組TV間隔，互感器為新寧光電電子式互感器。本站110 kV間隔：110 kV部分采用雙母線接線，7回線路間隔，1回母聯間隔，2組TV間隔。本站35 kV間隔：35 kV部分為單母分段接線，11回線路間隔，3組電容器間隔，1臺接地變，1回分段間隔，2組TV間隔，35 kV為戶內開關柜布置。

2 設計依據和整體思路

以國家電網公司最新頒布的智能化變電站相關設計規(guī)范和方案為基礎，并在部分先進技術條件成熟的前提下優(yōu)于其設計方案來實施。

以最少的投資，最智能化的設備、最安全可靠的實施方案、來完成本站的智能化改造工作，并突出變電站智能化的特點。

針對于本站的特點，組建“三層兩網”（站控層、間隔層、過程層、站控層網絡、過程層網絡）的智能化變電站框架。

站控層采用雙星型以太網結構確保安全可靠性，配置單套的一體化平臺主機并集中組屏。間隔層均采用智能化的保護測控裝置，其中主變間隔采用雙套冗余的主后一體化保護測控裝置（220 kV電壓等級均采用雙套），其余間隔采用單套的保護測控裝置，保護裝置均采用直采直跳模式，由于本站僅有備自投裝置須垮間隔采集GOOSE信息量和采樣信息量，所以建議GOOSE信息量通過點對點模式完成，同時SV數據也采用點對點模式來完成，這樣可以節(jié)省大量的智能化改造的投資成本（約節(jié)省50萬元的投資）和優(yōu)化屏柜的布置（不須針對交換機單獨組屏）。

采用最優(yōu)化的組屏方案：站控層及間隔層設備（后臺監(jiān)控系統(tǒng)、遠動設備、保護測控等）在主控室內集中組屏。220 kV及110 kV過程層設備（合并單元、智能終端、在線監(jiān)測IED等）統(tǒng)一下放至一臺就地智能控制柜內安裝，其中110/35 kV部分線路及主變側智能終端合并單元采用合智一體的裝置進行組屏，可大量節(jié)約屏柜空間。35 kV每個間隔采用保護、測控、合并單元、智能終端、計量五合一的智能化裝置就地安裝在開關柜內。

根據本站現有設備的運行情況，總體原則是不改變開關、變壓器設備和輔助設備的運行狀態(tài)進行智能化的改造，其中包括將智能輔助系統(tǒng)通過規(guī)約轉換接入一體化平臺中，220 kV開關、變壓器設備外部增加傳感器和在線監(jiān)測IED，達到開關的機械特性（開關分、合閘次數、電流、速度等）和主變的油色譜和局放的在線監(jiān)測。建議使用傳統(tǒng)互感器，用合并單元配合傳統(tǒng)互感器進行改造，或更換為更可靠的互感器。

站內均采用先進、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設備（智能一次設備、智能二次設備、一體化平臺、智能輔助系統(tǒng)、智能化調試設備等），以全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化為基礎，站內自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監(jiān)測，并可根據需要支持電網實時自動控制、智能調節(jié)、在線分析決策、協同互動等高級功能[1]。

智能化改造后的220 kV杜爾伯特變電站整體網絡框架如圖1所示。

圖1 改造后整體網絡框架

3 技術方案

總體改造思路為：按照間隔改造，先改一次，后改二次，新老監(jiān)控系統(tǒng)同時運行，間隔改造完接入新的監(jiān)控系統(tǒng)，等所有間隔改造完之后，可以撤下原有監(jiān)控系統(tǒng)[2-3]。

根據杜爾伯特智能化改造的整體思路，整站將在現有運行模式的基礎上，根據實際停電計劃和運行設備情況，建議按照以下順序進行智能化改造。

（1）220 kV線路間隔智能化改造，（包括對側220 kV光差的改造和開關在線監(jiān)測）；

（2）220 kV分段間隔智能化改造（包括開關在線監(jiān)測）；

（3）220 kV電壓間隔智能化改造；

（4）110 kV線路間隔智能化改造（包括對側110 kV光差的改造和開關在線監(jiān)測）；

（5）110 kV分段間隔智能化改造（包括開關在線監(jiān)測）；

（6）110 kV電壓間隔智能化改造；

（7）主變間隔智能化改造（包括主變在線監(jiān)測）；

（8）35 kV開關柜內智能化改造（包括對側35 kV光差的改造）；

（9）母線保護智能化改造；

（10）備自投裝置智能化改造；

（11）站控層設備改造；

（12）公用設備智能化改造（公用測控、規(guī)約轉換裝置、網絡分析故障錄波合一裝置、數字式電能表、智能輔助系統(tǒng)等）。

3.1 線路間隔智能化改造

線路保護、智能終端、合并單元均采用雙套配置、直采直跳模式。

如圖2所示，將電子式互感器改造為傳統(tǒng)式互感器配合合并單元的模式，即在互感器就地位置安裝智能控制柜（內含合并單元、智能終端、在線監(jiān)測IED等）。

圖2 線路間隔智能化方案

通過傳統(tǒng)開關+智能終端的模式來完成開關設備的智能化改造，將傳統(tǒng)開關的開關信息量和分、合閘全部通過電纜連接到就地智能控制柜中的智能終端設備[4]，如圖3所示。

圖3 開關設備的智能化改造

在不改變目前開關運行狀況的情況下，在開關外部增加傳感單元，傳感單元將所要監(jiān)測的數據（機械特性，包括分、合閘次數、電流、速度等信息）傳輸給智能控制柜中的在線監(jiān)測IED，再通過IED上送至在線監(jiān)測后臺主機和一體化平臺系統(tǒng)。

針對線路光差保護裝置，在智能化改造后，本側采用PSL603U裝置，而對側則進行裝置的軟件和硬件升級工作，將對側光差保護升級成為與本側同版本的光差保護裝置，通過軟件保護定值或算法完成補償的方法來解決同步的問題，如圖4所示。

圖4 線路兩側保護裝置改造

3.2 220 kV分段間隔的智能化改造

分段保護、能終端、合并單元均采用單套配置、直采直跳模式。

將電子式互感器改造為傳統(tǒng)式互感器配合合并單元的模式，即在更換完互感器后再就地安裝智能控制柜（內含合并單元、智能終端、在線監(jiān)測IED等），先完成智能控制柜內的設備光纖的連接工作。

通過傳統(tǒng)開關+智能終端的模式來完成開關設備的智能化改造，將傳統(tǒng)開關的開關信息量和分、合閘全部通過電纜連接到就地智能控制柜中的智能終端設備。

在不改變目前開關的運行狀況的情況下，在開關外部增加傳感單元，傳感單元將所要監(jiān)測的數據（機械特性，包括分、合閘次數、電流、速度等信息）傳輸給智能控制柜中的在線監(jiān)測IED，再通過IED上送至在線監(jiān)測后臺主機和一體化平臺系統(tǒng)。

3.3 220 kV電壓間隔的智能化改造

220 kV電壓的智能化改造后將2段TV互感器采集的電壓信號接入每臺電壓合并單元進行并列工作，再將并列完的電壓數據通過光纖傳輸給間隔合并單元，母線刀閘位置通過TV智能終端來采集，再通過光纖傳輸給間隔保護，同時母線合并單元和母線智能終端集中安裝在就地智能柜中。

3.4 主變間隔的智能化改造

主變間隔的保護裝置、智能終端、合并單元均采用雙套冗余配置、直采直跳模式。

主變保護考慮到需要接受高、中、低3側信息，所以安裝在主控室內比較方便施工和改造，而且可以增加可靠性。通過將傳統(tǒng)主變差動保護和主變后備測控裝置更換成主后一體化的智能化保護測控裝置的模式來完成二次保護設備的智能化改造，并在220、110 kV側就地安裝智能控制柜（高壓側合并單元、智能終端、在線監(jiān)測IED等），先完成智能控制柜內的設備光纖的連接工作，并通過主變高壓側智能控制柜中的光纖熔接盒，將采樣信息和跳閘數據通過光纖的熔接連接到主控室內的主變保護。在35 kV主變開關柜中安裝主變中、低壓側智能終端（含合并單元功能），并通過在開關柜中安裝的光纖熔接盒，將采集的35 kV主變采樣信息和跳閘數據通過光纖熔接連接到主控室內的主變保護。

在220 kV主變的智能化改造中，將智能終端安裝在就地變壓器旁的智能控制柜中進行開關信息量的采集，并完成對變壓器本體的跳閘，跳閘方式采用電纜來實現，主變的間隙電壓數據通過單獨的合并單元來完成采集，本體智能終端和間隙合并單元集中組屏就地安裝。在不改變目前主變壓器運行狀況的情況下，在變壓器外部增加傳感單元，傳感單元將所要監(jiān)測的數據（變壓器油色譜分析、局放等信息）傳輸給智能控制柜中的在線監(jiān)測IED，再通過IED上送至在線監(jiān)測后臺主機和一體化平臺[5]。110 kV及35 kV線路、分段、電壓間隔的智能化改造方法同220 kV線路、分段、電壓間隔。

4 智能化改造后的技術亮點

智能化改造后，優(yōu)化組屏方案，大量減少主控室內的屏柜數量，實現測量數字化、控制網絡化、狀態(tài)可視化、功能一體化，為智能變電站高壓設備智能化提供了功能高度集成的智能組件。故障錄波裝置和網絡記錄分析儀由于數據的重疊性，具備一體化的條件，采用一體化方案，可支持報文異常、故障擾動的交叉啟動記錄。在保證保護、測控功能可靠性的前提下，簡化智能變電站組網方案、減少交換機投資是智能變電站設計的方向。在110 kV電壓等級，采用具有透傳功能的間隔層保護測控裝置可進一步簡化網絡、明顯減少網絡交換機數量。