电网110kV智能变电站模块化建设的通用设计_王岩.pdf

电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering155随着社会的发展，对电力稳定供应要求不断提高。变电站是现代电力系统中重要的电能节点，依靠计算机通信技术的进步，我国智能变电站向智能化发展，智能变电所具有全站信息数字化、信息共享标准化等特点，智能变电站对智能电网起到重要支撑作用，近年来国家电网公司重视智能电网的发展，各地推广建立智能变电站试验试点取得良好效果。由于一次身生产工艺不成熟，智能变电站建设主要体现在二次系统构建方式。发展性能可靠技术先进低碳环保的智能变电站建设有助于提高我国电网建设技术能力，为确保变电站正常运行，应对电气主接线形式及电气设备进行合理选择，实现调度自动化等多项智能控制。1 电网智能变电站系统功能特点智能变电站在智能电网中扮演重要的角色，智能变电站采用集成环保的智能设备，将变电站分为站控层与过程层，实现智能电气设备间的互操作性。智能变电站以系统高度集中、装备先进适用与支撑调控一体为目标，可以解决变电站建设周期长、成本高等问题1。智能变电站建设可以提高供电可靠性减少电力设备后期运维成本，继电保护装置可以对变电站电力设备故障等情况迅速反应，缩小故障影响范围提高设备运行可靠性。智能变电站设计技术水平直接影响电力设施建设水准，设计运行可靠的智能变电站非常重要。变电站是电网中的重要节点，担负汇集电流、控制电能等重要功能，随着物联网等系列技术的发展，变电站发展面临更高的要求。传统变电站难以适应新的标准要求，智能电网是国家实施能源战略的基础保障，智能变电站是建设坚强智能电网的重要支撑2。变电站自动化系统是基于微电子信息技术针对安全运行问题建立的计算机控制系统，随着智能设备等技术的发展，提供安全可靠运行的智能变电站应运而生。目前智能电网建设上升到国家战略高度，建设统一坚强的智能电网是国家电网公司发展目标，近年来智能变电站技术受到行业的重视，随着 IEC61850 标准发布，开始设计建造基于新技术设备的智能变电站，全站信息实现数字化通过网络传输，不同厂家设备可方便互操作。智能变电站实现将电信号转变为光信号传输数据，大大提高变电站的安全可靠性，智能变电站设计决定建设技术水平，研究智能变电站系统设计具有重要意义。2 电网110kV智能变电站系统架构随着计算机网络技术的发展，变电站无人化成为电网发展趋势。智能电网建设是新时期适应国家经济发展规划的系统工程，是结合能源负荷消费地域分布特点采取的电网发展方式，智能变电站是坚强智能电网建设实现能源转化的核心平台，通过增加过程层网络实现与一电网 110kV 智能变电站模块化建设的通用设计王岩（国家能源集团宿迁发电有限公司 江苏省宿迁市 223800）摘要：本文研究了电网 110kV 智能变电站模块化建设的通用设计。智能电网在集成高速通信网络技术可实现安全可靠运行，智能变电站在实现信息自动采集控制等功能技术，使电网具备全天候自动控制、实时在线分析决策等高级功能。智能变电站由于其可靠经济环保等特点可以优化电网架构，解决日益增长的电力供需矛盾。智能电网要根据市场需求情况进行调整创新，如何提升变电站设备自主性能效率成为亟待解决的问题。研究介绍智能变电站关键技术，阐述电网 110kV 智能变电站模块化建设方案，总结智能变电站模块化建设通用设计。关键词：电网 110kV 智能变电站；模块化建设；通用设计图 1：智能组件结构图电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering156次设备的数字化接口，智能变电站处于智能电网的中心枢纽位置，对下完成相连变电站的电源分配，对上接收高压电网电源输入与新能源接入，具备接收上级调度中心信息传递、智能调节等功能3。智能变电站采用集成度高的一二次设备，测控等信息利用站内通信网络传递，具有在线分析等高级应用功能。图 1 智能组件结构图。智能变电站过程层包括变压器等一次设备智能传感器智能组件与电子装置等二次设备，万间隔电气点实时运行电气量的采集，控制命令执行等。继电保护和监测功能组成 IED 等二次设备组成间隔层；站级监控系统、对时系统等组成站控层，实现对设备控制告警等功能。站控层独立组网采用 100M 光以太网，过程层 SMV 采样值通过光纤点对点传输，采样值传输协议统一采用DL/T860.924；站控层与间隔层设备通信采用站级总线执行 IEC61850-8-1 通信协议；SNTP 网络对时方式用于站控层系统；变压器非电量保护采用电缆直接跳闸；220kV 间隔继电保护采用双重化配置，110kV 以下电压等级单套配置保护测控一体化装置，单套配置保护装置双 GOOSE 口，35kV 以下电压等级开关柜安装方式采用一体化互感器。站控层采用高度集成一体化系统，监控系统集成工程师站、程序化控制等功能。站内设备采用 IEC61850 通讯规约，站内小室间占空层交换机通过光纤进行双星型结构级联。智能变电站采用先进技术设备，统筹考虑技术经济与管理问题，实现对暂态动态与稳态数据统一采集处理，提高高级应用的深度广度。智能变电站结构侧重于物理与逻辑集成，物理集成体现面向对象的思想，有利于降低运行维护费用5；电力互联系统仅靠局部信息难以在系统层面优化保护控制功能，智能变电站构成面向系统的应用，支持具有在线决策的各种高级应用6。智能变电站设计要求遵循 IEC61850 变电站通信规约，采用电子式互感器和智能设备，基于高速工业以太网实现过程在线和站级总线，采用全站统一授时系统。智能变电站具有一次设备智能化、二次设备网络化特点，采用电子互感器解决传统互感器存在磁饱和等问题，智能变电站基于 IEC61850 标准全站统一平台，可以采用双机双网冗余可靠性高，可统一配置全站功能提高系统自动化水平。图 2：电子式互感器分类示意图电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering1573 智能电网变电站建设关键技术变电站是连接智能电网进行发输配电的关键，支持发电设施的大规模接收分配，智能变电站资源信息有助于智能电网的发展应用，为变电站自动化发展面临问题带来技术突破。110kV 智能变电站在设计建设与管理等方面不同于传统变电站，智能变电站管理对信息数字化程度要求高，必须对智能电网网络管理信息系统进行安全防护。智能变电站是智能电网中的数字化智能化枢纽，具有物联网特性的变电站体系架构，数字化的断路器与传感器。智能变电站关键技术包括智能互感器断路器与通信网络技术等。图 2 电子式互感器分类示意图。智能变电站分为一次与二次设备，智能化一次设备与网络化二次设备结合紧密，各层次内部采用高速网络通信，智能变电站采样方式与后台通讯不同于常规站，需要对过程层设备升级，用光纤代替现有电缆连接 7。不同一次设备结构形式需要关注问题不同，室内 GIS 由于运行环境条件较好可将控制装置就地安装。通信网络技术的发展推动变电站自动化系统走向分布式模式，结构简单可靠性实时性大大提高，二次设备不再出现重复的 I/O 现场接口，以太网技术广泛引入过程层采集测量单元中。电子互感器依据原理分为有源和无源类型，无源型互感器包括 OCT 和 OVT，有源型包括 ECT 和EVT。电力电压互感器是为电力系统进行电能计量的重要设备，随着电力工业的发展，电网电压运行等级不断提高，电磁式互感器逐渐暴露出系列固有缺点。电磁式电流互感器固有磁饱和现象影响继电保护设备，绝缘结构复杂导致投资加大。非常规互感器不含铁芯绝缘性高，高压回路与二次回路在电气上完全隔离，有效提高信号传输准确性增强互感器抗电磁干扰能力。智能变电站采用先进技术设备，实现对数据统一采集处理，提高高级应用的深度广度，智能变电站优势体现在采样就地数字化，一次设备智能化，通讯规约标准化与功能集成设备简化。智能变电站的关键技术选择集中于智能一次设备实现与电子互感器选择配置。智能一次化设备是智能变电站的重要标志，是智能变电站实现信息化自动化的关键设备，智能高压设备采用智能组件模式组成，智能组件可以分散集成，智能组件构成包含传统间隔层设备。保护测量控制等装置组件实现一体化与高压设备集成，内嵌安装方式应不影响宿主高压设备的安全运行。智能高压设备应具有控制网络化，功能一体化与测量数字化等特征。随着应用网络技术，智能一次设备等技术的发展，目前已有部分相关分散外置的智能接口设备实现。110kV 智能变电站采用高压设备配置一体化在线监测装置，配置智能综合单元安装于就地智能控制柜内，传感器与设备本体一体化，其余组件独立于高压设备外部。智能变电站通信体系 IEC61850 将变电站通信体系分为间隔层和过程层，过程层与间隔层基于交换式以太网数字通信方式，变电站层与间隔层串行通信方式称为站级总线通信。变电站自动化设备中，可以根据功能需求灵活选择配置方案。传统变电站自动化系统中存在很多不足，表现为对象建模差异使信息难以共享，二次电缆对系统可靠性影响等。IEC61850 是变电站通信与网络系统唯一国际标准，是变电站信息建模与交互的基础，IEC61850 具有分布分层结构体系，使用制造报文规范文件，配置语言提供面向对象的自我描述，使用面向对象数据的统一建模，面向开放的体系结构对未来新技术具有更高适应性。国家电力调度通信中心经济组织国内从事变电站自动化科研单位等，开展 IEC61850 互操作性实验工作，推动 IEC61850 在中国的推广。4 智能电网110kV变电站模块化建设的通用设计实践智能化变电站模块化建设是新型变电站建设模式，具有工厂化生产，机械化施工等特点，是实施电网工程集成创新，促进环保社会建设的体现。国家电网公司开展智能变电站建设，为公共智能变电站模块化建设成果，国网公司结合工程需求编制完成智能变电站模块化建设通用设计。为推进电网标准化水平，电力公司逐步实现变电站智能化建设，由于电网建设标准设计习惯及特殊地理环境，导致可利用通用设计方案较少。需要结合地区电网特点编制适用的智能变电站模块化建设通用设图 3：模块式智能变电站电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering158计。图 3 为模块式智能变电站。国家电网公司输变电工程通用设计包含 110kV变电站通用设计方案，结合电网建设规模、配电装置形式等情况，对国网通用设计筛选优化，确定模块化建设通用设计方案。电网通用设计原则确定考虑智能模块化变电站特性，主要从建筑物围护材料选取，钢结构节点做法选用与二次舱设施等方面开展。电网建筑物外墙在高寒地区采用压型钢板复合板，寒冷地区可采用纤维复合板，墙板采用内外双层彩钢夹心复合板，双层板形成空气隔绝夹层结构增强隔音保温性能，可实现装配式建筑工艺管线一体化效果。预制舱式二次组合设备技术规范中使用环境要求温度-25 55，方案修订中结合温度范围提出应用建议最低温度-40地区不适用二次舱，必要时进行技术经济比较确定。装配式构筑物能否采用装配式结构应综合考虑，酒精选择工厂化加工制作。结合地区气候环境特点，依据智能变电站智能控制柜技术规范，建议在高寒地区保护装置集中布置在主控室内。当前变电站建设主要技术标准包括输电网规划设计标准等，与国网通用设计技术导则在进线单相电压互感器设置，辅控系统回传和管理模式，10kV 电容器组中电抗器户外布置方式等方面存在差异，国网通用设计取消变电站大门标识墙的要求，按照变电站标准化管理条例规定尺寸将大门标识设立于右手侧。国网通用设计辅控系统接入 II 区交换机，信息包括火灾报警等，电力公司按照变电站辅助监控系统建设指导意见不设置辅控网关机。国网公司 110kV 变电站配电装置楼内辅助房间配置安全工器具间，