110kV智能变电站设计与建设实例

【摘要】相比于传统的变电站，智能变电站由于在节能、环保、自动化等方面具有非常大的优势，是未来南方电网电力行业发展的必然选择，但是在设计和建设的技术方面也有一个循序渐进、日趋完善的变化过程。本文通过南方某地110KV变电站设计和建设的实例分析，对比传统变电站和智能变电站的优劣，对110KV变电站设计的技术要点进行了论述，对电力企业将来设计和建设110KV变电站具有一定的借鉴意义。

【关键词】110KV;智能变电站;设计与建设研究

引言

智能变电站是变电站发展的必然趋势，是智能电网的核心载体，主要是运用科学、集成、安全、环保的智能设备，通过实现电力信息数字化、网络化、共享化的目标要求，对变电站的电力信息资源进行自动采集、实时监控、智能调节、动态分析。随着计算机网络信息系统的日益普及推广，相比于传统的变电站，智能变电站在南方电网发展中具有广阔的空间。因此，如何探索设计和建设智能变电站，便成为了电力企业深入研究的一项重要课题。笔者通过某地110KV变电站设计和建设的实例，对比于传统的变电站，对智能变电站在设计和建设中需要解a决的一些技术问题谈些粗浅的认识。

一、智能变电站和传统变电站的差异

相比较于传统的变电站，智能变电站集合了智能化一次设备、网络化二次设备和自动化通信运行设备，结构比较紧凑，而且利用电子式互感器解决了传统的互感器固有的一些技术问题，可以实现不同电力设备之间的无缝对接，消除了很多安全隐患，具有非常大的应用空间（如图1所示）。

图1 南方电网某公司的智能变电站结构图

（一）智能化一次设备

涵盖了电子式互感器和智能断路器。电子式互感器主要包括无源电子式互感器和有源电子式互感器两种，比如全光纤电流互感器就是无源型电子式互感器，体积小，重量轻，频带宽，光纤传感，动态空间广，有源型电子式互感器能够将传统互感器输送的电压和电流就地数字化，并通过光纤设施、计算机设备和合并单元功能及时传输到电力系统的监控、保护设备。与传统的互感器相比，电子式互感器由于使用光纤作为传输和敏感元件，安装维护很简便，而且具有良好的抵抗干扰等安全可靠性能（如表1所示）。

表1 电子互感器与传统互感器对比图

智能断路器是运用新型传感器和微电子、计算机技术等建立一个全新二次断路，实现智能化操作的系统，主要是起辅助作用的断路器。

（二）网络化二次设备

网络化二次设备主要包括过程层、间隔层、站控层三层网络结构。

过程层是一次设备和二次设备的结合体，涵盖了智能设备、终端设备和合并单元，主要实现电能资源的分配、变换、输送和检测、控制、计量、保护等功能。间隔层一般包括继电保护、监测控制等二次设备，通过间隔数据实现智能传感和控制设备的通信运行。站控层囊括了通信、对时、自动化和站域控制等各个子系统，对于智能变电站来说，可以全部完成测量、控制、数据采集、信息保护等功能，是一个高度集成的装置，既可以嵌入一台网络设备中，也能够在多台网络终端分布，实现互连互通，非常容易形成共享的网络信息资源。因此，对比于传统的变电站，智能变电站能够极大地提升不断装置的相互操作性能。

二、110KV智能变电站设计和建设的技术要点

（一）科学选择智能设备

一方面，110KV智能变电站主变压器运用电子式互感器，使用光纤传输信号，其他一次设备还沿用以往的传统变电站设备，智能化接口运用智能终端设备，借以发挥智能设备的作用。另一方面，运用中置式真空开关柜装置进行110KV变电站配电，并分别安装出线保护装置，但是智能终端设备可以只设计在主变低压侧，其他出线装置上可以不用配备智能设备。

（二）合理设计网络结构

一是运用高速以太网，确保110KV智能变电站的传输速率达到每秒钟100Mb以上，而且通信接口连接到全部变电设备上，同时需要支持IEC 61850标准。二是110KV智能变电站的所有网络结构要包含过程层、间隔层和站控层三个层次。过程层要按照SV网、GOOSE网物理独立设计，运用星型结构网络拓扑，同时为了实现双重化保护，以及达到继电保护装置点对点的直采和直跳，过程层要进行双重配置，而且要遵循相互独立的原则。站控层要运用传统的网络交换设备设计，实现单以太网光纤连接，而且运用单星型结构实现网络拓扑，同时要能够支持GOOSE网络技术。

三、110kV智能变电站设计和建设实例

近年来，随着国家能源产业变革步伐的日益加快，南方电网公司坚持围绕“一个目标”，促进“两个转变”，落实“三步走”，遵循“四个战略取向”，建设“五个核心能力”的总体发展思路，电网运行始终保持了安全稳定的良好态势，也带动了110KV智能变电站设计和建设的数量的日益增多。

（一）设计建设站控层

对110KV智能变电站实行统一信息存取建模，确保信息数据采集、存储、处理、传输能够安全、稳定、科学、高效运行。

（二）设计建设间隔层

包括保护、测量、监控、表计设备等。因为110KV智能变电站的电力供应运用的是辐射式的结构，通常不在进线的地方设计保护装置，而只是将保护装置设计在内桥或分段的地方。主变压器设计一体化双套后备保护装置，每套装置实现点对点电力信息采集和过流保护，非电量保护装置通过本体智能终端实现跳闸保护，并及时将信息传输到过程层GOOSE网。同时在电力信息的计量上仍然配备传统的计量系统，110KV线路运用电子式互感器后配置传统计量互感器和数字式电能表兼容使用，以实现0.2s的精度，10KV低压侧仍然运用传统互感器和传统智能电能表。

（三）设计建设过程层

依然通过光纤传输，运用点对点和网络总线的办法来连接过程层和间隔层，变压器的智能化通过变压器、智能终端设备和智能组件来共同完成，开关设备的智能化通过GIS开关、智能终端设备和智能组件来共同完成，互感器设备的数字化通过智能变电站光电电流电压互感器来完成。主变压器高压、低压端的智能设备，仍然设计两套，而且各自配备独立GOOSE接口，实现与保护装置点对点连接，并分别连接到GOOSE网，确保非电量信号能够顺利采集。同时，电子式互感器的设计要满足科学性和效益型，运用数字化接口，通过光纤实现合并单元传输，精确电流不能小于0.2s，保护电流不能小于5TPE，精确电压不能小于0.2，保护电压不能小于3P。主变高压侧可以依据A、B、C设计双套全光纤电流型电子式互感器，110KV高压母线设计一套全光纤电压型电子式互感器，同时可以将常规电压、电流互感器分别接到OCT、OPT后侧，10KV低压处可以设计一套三相电流电压组合互感器，出线、电容器、接地变可以设计一套三相常规的电流互感器，低压母线处可以设计三相常规电压互感器。设计电子式互感器和网络化二次设备连接系统的合并单元时，可以运用光纤以太网络，实现IEC 61850-9-2标准模式传输，高、低压变压器仍然设计双套装置，高压侧合并单元用中性点电流接入，主变和内桥均设计双套合并单元，每个合并单元都设计成单独的GOOSE网络切口和SV接口，实现点对点自动保护和实时监控。

结语

对于未来的变电站发展态势来看，智能变电站是必然的发展趋势，但是目前智能变电站仍然处于探索阶段，在理论和实践方面尚需进一步的研究和应用，特别是110KV智能变电站在设计和建设方面，由于需要同时兼容传统变电站自动化系统、计算机保护装置和一次设备的技术成熟度，仍然有许多关键性的技术需要解决和逐步完善。因此，110KV智能变电站的设计和建设也不是一蹴而就的事情，而应当结合电力行业发展的客观实际循序渐进、逐步实施推广。

参考文献

[1]杨建平.110kV智能变电站设计与建设实例[J].电力科学与技术学报，2012（2）.

[2]贺中桥.浅谈智能变电站设计与建设[J].电子世界，2012（24）.

[3]蒋航.110kV智能变电站的设计研究[J].中国高新技术企业，2013（22）.