易堃

[摘? ? 要 ]智能變電站功能定位在于通過先進(jìn)的信息、控制技術(shù)，提升變電站作為電網(wǎng)基礎(chǔ)運(yùn)行單元的智能化水平，實(shí)現(xiàn)作為電網(wǎng)樞紐的變電站的智能化管理，為建設(shè)智能電網(wǎng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。隨著電力市場改革、優(yōu)化營商環(huán)境、電網(wǎng)精益化管理等一系列政策的影響下，智能變電站是常規(guī)變電站的發(fā)展方向。本文以典型110 kV智能變電站為例，詳細(xì)介紹了其一次電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其關(guān)鍵技術(shù)。

[關(guān)鍵詞]智能變電站;控制技術(shù);一次電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

[中圖分類號]TM76 [文獻(xiàn)標(biāo)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(gè)變電站具有有機(jī)統(tǒng)一的通信平臺和數(shù)據(jù)模型，站內(nèi)的一次電氣設(shè)備和二次保護(hù)設(shè)備之間具有數(shù)字通信的能力，一、二次設(shè)備之間可以高效通信、相互操作。它的主要特點(diǎn)：一次電氣設(shè)備具有數(shù)字化功能，主要體現(xiàn)在互感器和主開關(guān)均具有數(shù)字化輸出能力;二次保護(hù)設(shè)備具有網(wǎng)絡(luò)化能力，主要體現(xiàn)在二次保護(hù)設(shè)備與一次電氣設(shè)備、二次保護(hù)設(shè)備與二次保護(hù)設(shè)備之間均具有高速網(wǎng)絡(luò)通信能力;一、二次設(shè)備數(shù)據(jù)平臺化，主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收都以IEC61850為標(biāo)準(zhǔn)。

1 智能變電站的體系架構(gòu)簡介

1.1 體系架構(gòu)圖

1.2 相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)簡介

1.2.1 支撐變電站狀態(tài)感知

通過數(shù)字化采樣、標(biāo)準(zhǔn)化模型及信息共享，全面獲取變電站運(yùn)行控制信息及設(shè)備狀態(tài)信息，為電網(wǎng)提供標(biāo)準(zhǔn)、開放、準(zhǔn)確共享的基礎(chǔ)信息資源池，支撐系統(tǒng)高效的數(shù)據(jù)收集，為智能電網(wǎng)發(fā)展提供所需電力流及信息流。

1.2.2 支撐系統(tǒng)運(yùn)行控制

通過廠站端一體化電網(wǎng)運(yùn)行智能系統(tǒng)（OS2）及保護(hù)控制等方式協(xié)調(diào)、優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)閉環(huán)運(yùn)行控制和智能決策，支撐電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度及協(xié)調(diào)運(yùn)行控制。

1.2.3 支撐高效運(yùn)維管理

通過高壓設(shè)備實(shí)現(xiàn)智能化及二次系統(tǒng)智能運(yùn)維，實(shí)現(xiàn)變電站一二次系統(tǒng)全面監(jiān)視，支撐電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、高效的運(yùn)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(hù)，支撐數(shù)字電網(wǎng)平臺建設(shè)，構(gòu)建貫穿規(guī)劃、基建、調(diào)度、生產(chǎn)、營銷等業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)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(yīng)優(yōu)先保證電網(wǎng)結(jié)構(gòu)安全、運(yùn)行靈活、檢修方便?？刹捎妙A(yù)制艙組合設(shè)備，當(dāng)采用預(yù)制艙組合設(shè)備時(shí)，應(yīng)充分考慮運(yùn)行維護(hù)環(huán)境及艙體壽命要求。特殊環(huán)境條件地區(qū)，可采用全站預(yù)制艙式變電站。圖2為高壓一次設(shè)備艙體圖。

高壓一次設(shè)備艙體、目前，110 kVGIS組合電器國內(nèi)廠家已經(jīng)將其實(shí)現(xiàn)預(yù)制艙化，通過直列一體式結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)GIS的工廠化組裝，零表壓配送運(yùn)輸，現(xiàn)場一次建成，不需要現(xiàn)場進(jìn)行GIS設(shè)備的分間隔二次裝配，大大節(jié)省現(xiàn)場的充氣、檢漏、除水、局放試驗(yàn)等重復(fù)性工作，大大提升建站效率。

艙柜一體化、艙體設(shè)計(jì)時(shí)與柜體充分融合，柜體接地、檢修、操作、運(yùn)維方便;內(nèi)部裝飾和諧美觀，照明、環(huán)控、暖通、視頻、火災(zāi)等子系統(tǒng)布線在艙體設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)設(shè)專用布線通道，空調(diào)送風(fēng)采用類似機(jī)艙、動車等中央送風(fēng)風(fēng)道系統(tǒng)，確保艙內(nèi)溫區(qū)均衡，能耗降低。主要采用了新一代的環(huán)控、防塵技術(shù)和防火、防爆技術(shù)，確保一、二次設(shè)備能安全穩(wěn)定地運(yùn)行。

新一代環(huán)控、防塵技術(shù)：艙體內(nèi)設(shè)置自動溫控系統(tǒng)，監(jiān)測艙內(nèi)環(huán)境，控制艙內(nèi)環(huán)控設(shè)備節(jié)能、高效地運(yùn)行，確保艙體內(nèi)的一、二次設(shè)備具備穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境。艙體內(nèi)的空調(diào)采用的是無塵空調(diào)系統(tǒng)。

防火、防爆技術(shù)：預(yù)制艙艙體的內(nèi)部安裝一定數(shù)量的自動煙感系統(tǒng)，內(nèi)置的煙感傳感器具有與主站通信的能力，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，煙感傳感器監(jiān)測到火災(zāi)后及時(shí)將相關(guān)信號傳遞到主站上，這就讓運(yùn)維人員可及早發(fā)現(xiàn)火情，防止事故的擴(kuò)大。預(yù)制艙箱體自身具備防火能力，艙體結(jié)構(gòu)壁板可長時(shí)間耐火;艙體采用雙層保溫結(jié)構(gòu)和設(shè)置一定數(shù)量的泄壓通道，具有較強(qiáng)的防爆能力。

3 智能高壓設(shè)備

應(yīng)采用智感、智測、智控的智能設(shè)備，提升數(shù)字化、集成化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化水平，通過集成于設(shè)備本體的傳感器，實(shí)現(xiàn)設(shè)備預(yù)警、告警、開關(guān)位置二次確認(rèn)、狀態(tài)信息自我感知等。智能高壓設(shè)備應(yīng)遵循DL/T1411，并滿足常規(guī)高壓設(shè)備的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，實(shí)現(xiàn)下列全部或部分智能化功能。

（1）數(shù)字測量：一二次設(shè)備的相關(guān)參數(shù)的測量、計(jì)算、傳輸?shù)染捎脭?shù)字技術(shù)，站內(nèi)數(shù)據(jù)的相關(guān)處理均數(shù)字化。

（2）狀態(tài)感知及評估：基于集成于高壓設(shè)備本體的傳感器，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)信息的監(jiān)測和網(wǎng)絡(luò)共享，支撐生產(chǎn)運(yùn)行管理的狀態(tài)評估。

（3）設(shè)備開關(guān)位置判定：設(shè)備開關(guān)位置判定，主要以監(jiān)控系統(tǒng)的狀態(tài)位置為主要依據(jù)，也可根據(jù)實(shí)際需要，利用集成于高壓設(shè)備本體的傳感器，實(shí)現(xiàn)設(shè)備開關(guān)位置信息二次確認(rèn)，為智能巡視及智能操作提供輔助判據(jù)。圖3為典型的智能開關(guān)設(shè)備圖。

（4）網(wǎng)絡(luò)控制：受控部件的控制均由站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)完成，包括主站和遠(yuǎn)方之間的遙控、主控設(shè)備和受控設(shè)備之間的遙控。

智能變電站宜推進(jìn)具備智感、智測、智控能力的設(shè)備應(yīng)用，提升設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測，通過集成于設(shè)備本體的傳感器，實(shí)現(xiàn)設(shè)備預(yù)警、告警、狀態(tài)信息自我感知及開關(guān)位置二次確認(rèn)，支撐智能變電站高效運(yùn)維。智能高壓設(shè)備的選擇，應(yīng)綜合考慮以下7個(gè)方面：一是變電站應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，合理選擇智能巡視技術(shù)路線，設(shè)計(jì)站內(nèi)道路、巡檢通道、表計(jì)朝向及巡視點(diǎn)等;二是應(yīng)統(tǒng)籌考慮智能安防設(shè)備接入的功能要求，視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)滿足智能運(yùn)維環(huán)境與設(shè)施監(jiān)控的要求;三是應(yīng)滿足各級生產(chǎn)監(jiān)控指揮中心對廠站端設(shè)備狀態(tài)、操作過程、作業(yè)環(huán)境、運(yùn)行水平管理的要求;四是應(yīng)具備數(shù)據(jù)辨識與處理功能，保證基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的正確性，支持一體化電網(wǎng)運(yùn)行智能系統(tǒng)對電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)的應(yīng)用需求。五是應(yīng)可以采集變電站內(nèi)主要設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡(luò)上傳至變電站主站，為電網(wǎng)運(yùn)行管理及狀態(tài)檢修提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐;六是應(yīng)具備充分利用自動調(diào)壓、無功補(bǔ)償自動調(diào)節(jié)等手段自動調(diào)節(jié)變電站的運(yùn)行方式，以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行;七是應(yīng)綜合主站數(shù)據(jù)，利用對站內(nèi)信息的集中處理、判斷，智能調(diào)整變電站的運(yùn)行參數(shù)，以動態(tài)自適應(yīng)電網(wǎng)運(yùn)行方式的變化。

4 智能變電站的互感器

應(yīng)遵循互感器相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并滿足以下要求：

①宜采用常規(guī)互感器，也可采用光學(xué)互感器;②采用常規(guī)互感器時(shí)，宜通過二次電纜直接接入裝置實(shí)現(xiàn)采樣，也可通通過延時(shí)（含交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)）可測技術(shù)實(shí)現(xiàn)采樣同步;③采用光學(xué)互感器時(shí)，應(yīng)遵循GB/T20840，并與配套的合并單元相匹配;④根據(jù)需要，光學(xué)互感器可集成于其他一次設(shè)備，也可獨(dú)立配置。

有源電子式互感器雖然已經(jīng)在智能變電站中有成功應(yīng)用的例子，但其存在著對電源要求高、工作環(huán)境惡劣復(fù)雜、維護(hù)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(diǎn)。

（1）電流互感器與電壓互感器可以集成為一體，同時(shí)實(shí)現(xiàn)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(shù)，測量的電流數(shù)據(jù)具有精度高、動態(tài)范圍大、暫態(tài)特性好等特點(diǎn);

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

（4）遠(yuǎn)端模塊配置兩套系統(tǒng)、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(jìn)一步提高采樣數(shù)據(jù)的可靠性;

（6）配置用MU激光供能和一次側(cè)現(xiàn)場取點(diǎn)相結(jié)合的方法給遠(yuǎn)端模塊實(shí)時(shí)供電，電源的供電可靠性高。

5 結(jié)語

本文通過對典型110 kV智能變電站為例，從體系架構(gòu)、電氣主接線、智能高壓設(shè)備和互感器4個(gè)方面詳細(xì)地介紹了智能變電站的特點(diǎn)。

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