劉子瑞

（國網(wǎng)陜西省電力公司，陜西西安 710048）

2012年國家電網(wǎng)公司提出開展新一代智能變電站研究和建設(shè)工作，先后完成了變電站技術(shù)發(fā)展路線、頂層設(shè)計(jì)方案，確定了新一代智能變電站近期概念設(shè)計(jì)方案，全面啟動(dòng)重慶大石等6個(gè)新一代示范工程建設(shè)。2013年12月，重慶大石等6個(gè)新一代示范工程全部建成投運(yùn)[1]。

為鞏固新一代智能變電站示范工程的建設(shè)成果，國家電網(wǎng)公司2014年計(jì)劃新建48座110～220 kV新一代智能變電站擴(kuò)大示范工程。110 kV陂西戶外AIS（air insulated substation）變電站列為示范工程之一，也是陜西省內(nèi)正在建設(shè)的首座新一代智能變電站[2]。

本文結(jié)合110 kV陂西變電站工程實(shí)際，在吸收已投運(yùn)智能變電站工程設(shè)計(jì)、建設(shè)及運(yùn)行等經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步梳理、整合新一代智能變電站的設(shè)計(jì)原則和功能需求，提出110 kV新一代智能變電站技術(shù)方案[3-5]。

1 新一代智能變電站的技術(shù)特征

新一代智能變電站是在繼承原智能變電站基礎(chǔ)上，通過分專業(yè)設(shè)計(jì)向整體集成設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變，一次設(shè)備智能化向智能一次設(shè)備轉(zhuǎn)變，分散獨(dú)立系統(tǒng)向一體化業(yè)務(wù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維的理念、技術(shù)、設(shè)備、管理全方位的重大突破和創(chuàng)新，“系統(tǒng)高度集成、結(jié)構(gòu)布局合理、裝備先進(jìn)適用、經(jīng)濟(jì)節(jié)能環(huán)保、支撐調(diào)控一體”是新一代智能變電站的重要技術(shù)特征[6-10]。

110 kV陂西變遵照新一代智能變電站技術(shù)特征，主要技術(shù)特點(diǎn)如下：

1）110 kV采用隔離式斷路器，110 kV母線選用GIS絕緣管母，35 kV、10 kV采用氣體絕緣成套開關(guān)柜。

2）電氣二次采用一體化業(yè)務(wù)平臺(tái)和層次化保護(hù)，一體化業(yè)務(wù)平臺(tái)為“三層一網(wǎng)”結(jié)構(gòu)，層次化保護(hù)實(shí)現(xiàn)就地級(jí)保護(hù)和站域級(jí)保護(hù)。

3）全站采用預(yù)制艙式建筑，各功能房間采用預(yù)制集裝箱艙式功能單元，工廠化裝入全部配電設(shè)備和二次設(shè)備，運(yùn)到現(xiàn)場后直接定位安裝。

2 電氣一次技術(shù)方案

2.1 電氣主接線方案

綜合考慮供電可靠性及運(yùn)行靈活、操作檢修方便、節(jié)約投資、擴(kuò)建方便和利于遠(yuǎn)方控制等要求，電氣主接線設(shè)計(jì)如下。

主變壓器：本期為2×31.5 MV·A三相三繞組有載調(diào)壓變壓器；遠(yuǎn)期為3×50 MV·A三相三繞組有載調(diào)壓變壓器。

110 kV接線：本期及遠(yuǎn)期均采用單母線分段接線，出線配置避雷器，取消線路（主變）側(cè)及母線側(cè)隔離刀閘，遠(yuǎn)期進(jìn)出線4回，本期進(jìn)出線2回。

35 kV主接線本期采用單母線分段接線，本期出線5回；遠(yuǎn)期采用單母線三分段接線，遠(yuǎn)期出線9回。

10 kV主接線本期采用單母線分段接線，本期出線10回；遠(yuǎn)期采用單母線三分段接線，遠(yuǎn)期出線18回。

陂西變電氣主接線如圖1所示。

2.2 主要電氣設(shè)備選擇

設(shè)備選型綜合考慮整體集成設(shè)計(jì)、模塊化建設(shè)技術(shù)及智能設(shè)備制造與檢測技術(shù)等原則。

智能化變壓器：容量為31 500 kV·A，型號(hào)為SSZ10－M－31500/110三相三繞組全密封自冷有載調(diào)壓電力變壓器。具體參數(shù)如下：額定電壓比110±8×1.25%/38.5±2×2.5%/10.5 kV，聯(lián)結(jié)組別為YN，yn0，d11，短路電壓U1－2%＝10.5，U1－3%＝17.5，U2－3%＝6.5。主變?cè)O(shè)油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置。取消獨(dú)立智能匯控柜，與主變本體端子箱集成。

110 kV配電裝置：采用瓷柱式集成式隔離斷路器（DCB），集成電子式電流互感器、接地開關(guān)，配置SF6氣體狀態(tài)及機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。該設(shè)備具有高可靠性，整體維護(hù)周期達(dá)15 a以上。110 kV母線采用氣體絕緣母線（GIB），內(nèi)附電子式電壓互感器、隔離開關(guān)（電壓互感器及分段間隔Ⅱ母側(cè)）及接地開關(guān)。

35 kV、10 kV配電裝置：采用配電裝置室與設(shè)備一體化設(shè)計(jì)的預(yù)制艙；選用氣體絕緣開關(guān)柜，開關(guān)柜二次設(shè)備與開關(guān)柜一體化集成優(yōu)化設(shè)計(jì)；除進(jìn)線配置電子式互感器外，其余回路配置常規(guī)互感器；預(yù)制艙設(shè)置的空調(diào)、風(fēng)機(jī)、綜合環(huán)控、照明、防火報(bào)警等系統(tǒng)接入智能輔助系統(tǒng)。35 kV主變、分段回路選用額定電流2 500 A的大電流柜，開斷電流31.5 kA，其他回路開斷電流25 kA；10 kV選用固封極柱式斷路器，主變、分段回路選用額定電流3 150 A的大電流柜，開斷電流40 kA，其他回路開斷電流31.5 kA。

10 kVⅡ、Ⅲ段各配置一臺(tái)100 kV·A站用變壓器。

無功補(bǔ)償裝置：采用小型化產(chǎn)品集成式高壓并聯(lián)電容器裝置，主要由集合式電容器、油浸式串聯(lián)電抗器、油浸式放電線圈、避雷器、電纜進(jìn)線箱等構(gòu)成。電抗器按5%配置鐵芯電抗器。

2.3 電氣總平面布置優(yōu)化

總平面布置充分考慮該站址周邊環(huán)境，參照國家電網(wǎng)公司110 kV變電站典型設(shè)計(jì)實(shí)施方案110-C-8（2011智能化版）的相關(guān)功能模塊和本工程實(shí)際情況以及新一代智能站相關(guān)建設(shè)理念進(jìn)行布置，在電氣平面布置上力求緊湊合理，出線方便，減少占地面積，節(jié)省投資。

110 kV配電裝置采用瓷柱式集成式隔離斷路器，110 kV配電裝置雙列布置，采用架空向南出線，布置于所區(qū)南側(cè)。

35 kV、10 kV配電裝置室以及二次設(shè)備室均采用預(yù)制艙式組合設(shè)備。35 kV預(yù)制艙式組合設(shè)備采用2個(gè)預(yù)制艙組合拼接而成，艙內(nèi)開關(guān)設(shè)備采用氣體絕緣開關(guān)柜，單層單列布置，電纜向南、西出線，布置在站區(qū)西側(cè)；10 kV預(yù)制艙式組合設(shè)備分別采用3個(gè)單獨(dú)的預(yù)制艙，每個(gè)獨(dú)立的預(yù)制艙為一段母線，向西、向北全電纜出線，布置在站區(qū)北側(cè)。10 kV接地變及消弧線圈裝置預(yù)留位置布置在站區(qū)西南角。10 kV電容器布置在站區(qū)東側(cè)。

二次預(yù)制艙式組合采用2個(gè)單獨(dú)的預(yù)制艙，艙內(nèi)設(shè)備采用前接線雙列布置，布置在110 kV配電裝置區(qū)東側(cè)。工器具間、衛(wèi)生間布置于大門入口西側(cè)。

優(yōu)化方案占地面積為0.327 7 hm2（1 hm2=104m2），典型設(shè)計(jì)方案占地面積為0.808 5 hm2，優(yōu)化方案節(jié)省占地率達(dá)到59.46%。

陂西變電氣總平面布置如圖2所示。

3 二次系統(tǒng)技術(shù)方案

3.1 二次設(shè)備選擇原則

新一代智能變電站要滿足“集成智能化設(shè)備+一體化業(yè)務(wù)系統(tǒng)”新的特征要求。通過整合系統(tǒng)功能，優(yōu)化結(jié)構(gòu)布局，采用“一體化設(shè)備、一體化網(wǎng)絡(luò)、一體化系統(tǒng)”的技術(shù)構(gòu)架，有效提升變電站智能水平。

一體化業(yè)務(wù)平臺(tái)提供多層次的軟件接口為應(yīng)用開發(fā)提供數(shù)據(jù)交換機(jī)制、人機(jī)支撐、數(shù)據(jù)支持、公共服務(wù)功能和系統(tǒng)管理功能；具有良好的系統(tǒng)集成能力，支持應(yīng)用、基礎(chǔ)信息的共享；建立能充分滿足

業(yè)務(wù)需求的運(yùn)行環(huán)境和有效的安全防護(hù)體系，提供強(qiáng)大的軟硬件環(huán)境和豐富的數(shù)據(jù)資源，支撐變電站的運(yùn)行、維護(hù)和管理，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)和各類應(yīng)用的安全穩(wěn)定運(yùn)行。高級(jí)應(yīng)用能實(shí)現(xiàn)順序控制、智能告警與分析、分布式狀態(tài)估計(jì)、源端維護(hù)、二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測等功能。

圖1 電氣主接線圖Fig. 1 The main electrical wiring diagram

圖2 電氣總平面布置圖Fig. 2 The electrical general layout

二次設(shè)備采用前接線式二次裝置，二次接線最大限度的采用預(yù)制電纜和預(yù)制光纜技術(shù)，采用免熔接光纖配線箱。就地級(jí)保護(hù)應(yīng)具備自檢及自診斷功能，支持SV數(shù)據(jù)異常、SV鏈路中斷、GOOSE數(shù)據(jù)異常、GOOSE鏈路中斷、電源電平、裝置內(nèi)部溫度、過程層光口接收光功率、過程層光口發(fā)送光功率、裝置自檢信息等設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測信息上送。

3.2 一體化業(yè)務(wù)平臺(tái)

3.2.1 變電站監(jiān)控系統(tǒng)

變電站監(jiān)控系統(tǒng)按變電站無人值班要求考慮，優(yōu)化簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，與站內(nèi)監(jiān)控保護(hù)和調(diào)度遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)一建模、統(tǒng)一組網(wǎng)、信息共享，通信規(guī)約統(tǒng)一采用DL/T860 通信標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)站控層、間隔層和過程層二次設(shè)備互操作。變電站內(nèi)信息宜具有共享性和唯一性，保護(hù)故障信息、遠(yuǎn)動(dòng)信息不重復(fù)采集。實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站可靠、合理、完善的監(jiān)視、測量、控制、斷路器合閘同期等功能，并具備五防閉鎖功能，遙測、遙信、遙調(diào)、遙控全部的遠(yuǎn)動(dòng)功能和時(shí)鐘同步功能，具有與調(diào)度通信中心交換信息的能力。

變電站自動(dòng)化系統(tǒng)在功能邏輯上劃分為三層，即站控層、間隔層和過程層。站控層設(shè)備按遠(yuǎn)景規(guī)模配置，間隔層、過程層設(shè)備按本期規(guī)模配置。陂西新一代智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)采用實(shí)現(xiàn)“三層一網(wǎng)”的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，即站控層、間隔層和過程層設(shè)備接入全站統(tǒng)一的物理網(wǎng)絡(luò)，全站采用MMS、SV、GOOSE報(bào)文共網(wǎng)傳輸，過程層設(shè)備GOOSE、SV和MMS報(bào)文采用同一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)接口傳輸。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)采用IEC61850建模技術(shù)，實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)管理和自動(dòng)化系統(tǒng)管理的一體化，提高通信網(wǎng)絡(luò)調(diào)試和運(yùn)維效率。全站共配置9臺(tái)工業(yè)級(jí)交換機(jī)。

站控層設(shè)備主要包括監(jiān)控主機(jī)與綜合應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)、故障錄波及網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分析儀、遠(yuǎn)動(dòng)通信柜、數(shù)據(jù)網(wǎng)接入設(shè)備柜、公用測控柜同步時(shí)鐘和遠(yuǎn)動(dòng)通信管理機(jī)，并配置一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)。站控層數(shù)據(jù)庫建庫以及主接線圖等按變電站遠(yuǎn)景規(guī)模設(shè)置，便于以后擴(kuò)建工程的實(shí)施。

間隔層設(shè)備按一次間隔劃分，包括控制單元、I/O單元、網(wǎng)絡(luò)部件和微機(jī)保護(hù)通訊接口單元等。過程層110 kV設(shè)備、主變壓器均采用一次設(shè)備外加智能組件方式，35 kV、10 kV均采用多合一裝置。

3.2.2 其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)

站用電源交直流一體化系統(tǒng)包括：交流電源子系統(tǒng)、直流電源子系統(tǒng)、UPS電源子系統(tǒng)、通信電源子系統(tǒng)、應(yīng)急照明電源子系統(tǒng)、一體化監(jiān)控子系統(tǒng)。

輔助控制系統(tǒng)包括圖像監(jiān)視及安全警衛(wèi)系統(tǒng)，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、智能檢測與輔助控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全站各個(gè)系統(tǒng)的智能聯(lián)動(dòng)控制。

其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)還包括全站時(shí)鐘同步系統(tǒng)、電能計(jì)量系統(tǒng)、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)等。

陂西變一體化業(yè)務(wù)平臺(tái)如圖3所示。

圖3 一體化業(yè)務(wù)平臺(tái)示意圖Fig. 3 The schematic diagram of integrated business platform

3.3 繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置

繼電保護(hù)配置采用層次化保護(hù)控制體系架構(gòu)，利用就地級(jí)、站域級(jí)、廣域級(jí)3級(jí)保護(hù)，構(gòu)成以就地保護(hù)為基礎(chǔ)、站域保護(hù)與廣域保護(hù)協(xié)同的多維層次化繼電保護(hù)系統(tǒng)。

1）就地級(jí)保護(hù)：保留現(xiàn)有的線路保護(hù)、母線保護(hù)、變壓器保護(hù)等功能，均采用直接采樣、直接跳閘方式。

110 kV線路保護(hù)采用保護(hù)、測控一體化裝置，集成非關(guān)口計(jì)量功能。110 kV線路配置一套完整、獨(dú)立的主保護(hù)及后備保護(hù)。每套主保護(hù)對(duì)全線內(nèi)發(fā)生的各種類型故障均能無時(shí)限動(dòng)作切除，后備保護(hù)也能以階段式時(shí)限切除線路各種類型故障。每套主保護(hù)應(yīng)有斷路器操作箱功能，實(shí)現(xiàn)三相跳閘。當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定要求需要快速切除故障時(shí)，需要配置全線速動(dòng)保護(hù)，保護(hù)盡量采用光纖通信方式，在無法實(shí)現(xiàn)光纖通信時(shí)，可以采用載波通道。110 kV母線配置一套母線保護(hù)，110 kV分段斷路器配置分段保護(hù)。配置容量適中具有遠(yuǎn)傳功能的微機(jī)故障錄波裝置。

110 kV主變壓器保護(hù)采用雙套主后一體化電量保護(hù)，配置單套非電量保護(hù)。后備保護(hù)：高壓側(cè)配置復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)，低壓側(cè)配置時(shí)限速斷、復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)；各側(cè)均配置過負(fù)荷保護(hù)，保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)。非電量保護(hù)：瓦斯保護(hù)，主變壓器本體的油位異常、壓力釋放、溫度保護(hù)等均動(dòng)作于發(fā)信號(hào)。

35 kV及10 kV電壓等級(jí)采用多功能合一（保護(hù)、測控、考核計(jì)量、智能終端、合并單元集成）裝置。

2）站域級(jí)保護(hù)系統(tǒng)由2臺(tái)站域保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)，采用網(wǎng)絡(luò)采樣、網(wǎng)絡(luò)跳閘方式，并支撐廣域保護(hù)，其中一臺(tái)站域保護(hù)裝置配置110 kV線路冗余后備保護(hù)、110 kV主變?nèi)哂啾Ｗo(hù)、分段過流保護(hù)、斷路器失靈保護(hù)、加速后備保護(hù)、10 kV母線后備保護(hù)，另一臺(tái)裝置配置低周低壓減載、站域備自投、主變過載聯(lián)切。

3）廣域級(jí)保護(hù)控制的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：利用廣域電網(wǎng)信息、站域級(jí)就地層保護(hù)信息、優(yōu)化站域、就地層保護(hù)功能，進(jìn)行電網(wǎng)的智能控制。本站對(duì)于廣域保護(hù)暫不做考慮。

3.4 合并單元智能終端集成裝置的配置

110 kV線路，分段保護(hù)單套配置，采用保護(hù)、測控、考核計(jì)量集成裝置，合并單元智能終端集成裝置單套配置，就地布置。

110 kV主變壓器高、中、低壓側(cè)合并單元智能終端集成裝置雙套配置，非電量保護(hù)與本體智能終端單套集成設(shè)計(jì)，主變壓器本體合并單元智能終端集成裝置單套配置、就地布置。

35 kV出線，10 kV出線、電容器、接地變均采用集成保護(hù)、測控、智能終端、合并單元、考核計(jì)量等功能的多合一裝置，單套配置。35 kV母線、10 kV母線配置合并單元智能終端集成裝置。

4 結(jié)語

本文根據(jù)新一代智能變電站的設(shè)計(jì)理念和思路，以陜西110 kV陂西變電站為研究對(duì)象，采用一、二次設(shè)備高度集成，電氣設(shè)備、預(yù)制艙模塊化設(shè)計(jì)、工廠化定制，全面支撐調(diào)控合一、運(yùn)維一體的技術(shù)方案，在保證安全可靠的前提下，高度集成設(shè)備，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，簡化回路接線，可顯著節(jié)省占地，為新一代智能變電站的示范推廣奠定了基礎(chǔ)。

[1] 國網(wǎng)科技部（智能電網(wǎng)部）.新一代智能變電站示范工程運(yùn)行情況通報(bào)會(huì)會(huì)議紀(jì)要[G]. 北京：國家電網(wǎng)公司，2014.

[2] 國網(wǎng)科技部（智能電網(wǎng)部）. 國家電網(wǎng)智能〔2014〕617號(hào)國家電網(wǎng)公司關(guān)于印發(fā)2014年新一代智能變電站擴(kuò)大示范工程建設(shè)指導(dǎo)意見的通知[G].北京：國家電網(wǎng)公司，2014.

[3] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委會(huì). GB/T 30155-2013 智能變電站技術(shù)導(dǎo)則[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

[4] 余貽鑫，欒文鵬. 智能電網(wǎng)[J]. 電網(wǎng)與清潔能源，2009，25（1）: 7-11.YU Yixin，LUAN Wenpeng. Smart grid[J]. Power System and Clean Energy，2009，25（1）: 7-11（in Chinese）.

[5] 王克杰，楊恒云，宗芝榮. 110 kV智能變電站關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 電網(wǎng)與清潔能源，2012，28（10）: 37-43.WANG Kejie，YANG Hengyun，ZONG Zhirong. Study on the key technology of the 110 kV intelligent substation[J].Power System and Clean Energy，2012，28（10）:37-43（in Chinese）.

[6] 宋璇坤，李敬如，肖智宏，等. 新一代智能變電站整體設(shè)計(jì)方案[J]. 電力建設(shè)，2012，33（11）: 1-6.SONG Xuankun，LI Jingru，XIAO Zhihong，et al. Overall design scheme for new generation intelligent substation[J].Electric Power Construction，2012，33（11）: 1-6 （in Chinese）.

[7] 劉有為，鄧彥國，吳立遠(yuǎn). 高壓設(shè)備智能化方案及技術(shù)特征[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2010，34（7）: 1-4.LIU Youwei，DENG Yanguo，WU Liyuan. Technical characteristics and solution of smart high-voltage equipment[J]. Power System Thchnology，2010，34（7）: 1-4（in Chinese）.

[8] 李曉龍，李川，王達(dá)達(dá)，等. FBG傳感技術(shù)在云南山地高壓變電站及輸變電設(shè)備在線監(jiān)測中的應(yīng)用研究[J]. 高壓電器，2013，49（3）: 36-39.LI Xiaolong，LI Chuan，WANG Dada，et al. Application of FBG sensor technology to on-line monitoring of montanic high voltage substations and power transmission/transformation equipment in Yunnan province[J]. High Voltage Apparatus，2013，49（3）: 36-39（in Chinese）.

[9] 馮秀賓. 智能變電站的涵義及發(fā)展探討[J]. 高壓電器，2013，49（2）: 116-119.FENG Xiubin. Discussion on intelligent substation[J]. High Voltage Apparatus，2013，49（2）: 116-119（in Chinese）.

[10] 舒佳，黃新波，趙隆，等. 智能變電站SF6氣體智能監(jiān)測裝置設(shè)計(jì)[J]. 高壓電器，2013，49（4）: 1-5.SHU Jia，HUANG Xinbo，ZHAO Long，et al. Design of SF6gas intelligence monitoring device for smart substation[J]. High Voltage Apparatus，2013，49（4）: 1-5（in Chinese）.