浅谈适合35kV的智能化变电站设计方案

一、概述

变电站综合自动化技术的发展，智能化电网概念的提出，智能化变电站设计规范的颁布，为省、市、县级供电企业设计智能化变电站创造了软硬件平台。由于变电站功能类型不同，投资建设单位不同，运行维护主体不同，因此在设计智能化站时需考虑的侧重点和实现方式亦有所不同。目前，110kV及以上智能化变电站的设计与建设已趋于规范，但35kV智能化变电站的设计方案却暂未统一，在此我们将对比讨论不同电压等级智能化变电站功能及实现方式的优缺点，找出适合35kV智能化变电站的设计方案。

二、智能化变电站关键设备及技术

任何电压等级的智能化变电站其设计的关键设备均包括：主变压器、大负荷开关、开关柜、电压互感器、保护装置等等。关键技术均要求符合：信号光纤传输、IEC61850标准、GOOSE组网等等。在此基础上，实现的主要功能是，变压器在线监测功能、容性设备在线监测功能、在线测温功能、顺序控制及视频联动功能和数字化综合自动化系统等等。

（一）变压器在线监测功能

目前，变压器在线监测功能的实现在实际设计中，主要有两种方式。第一，根据一次设备智能化的概念，在工厂内完成变压器和在线监测设备的组装，构成智能变压器；第二，使用常规变压器，在站内安装变压器油色谱分析装置实现在线监测功能。两者实现的功能基本相同，都是对变压器油中溶解的H2、CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6等全组分气体及微水的含量进行监测，但使用智能变压器的成本要高很多。因此，在智能化变电站中，使用智能变压器的变电站通常电压等级均高于110kV。考虑到成本问题，35kV变电站中，使用常规变电站配合变压器油色谱分析装置实现监测功能更加实用。

（二）容性设备在线监测功能

变电站内，容性设备是非常重要的组成部分，其中电容型设备占整个系统的40%~50%，包括电流传感器、套管、耦合电容、电容式电压互感器等，其自身的绝缘性能关系到设备现场安全运行的重要技术指标。而容性设备的绝缘劣化是一个渐变的过程，如不及时发现并检修，就可能导致套管发生故障进而引发突发性故障，造成巨大的直接、间接经济损失。电压等级的高低，将直接影响容性设备的绝缘性。智能化变电站中，电压等级越高对容性设备的监测要求和监测精度越高，在实现方式上，110kV以上变电站与35kV变电站基本相同。

（三）在线测温功能

由于高压开关、母线等设备负载电流过大时温度很高，常引发重大事故，采取有效措施监测它们的温度是任何电压等级的智能化变电站必须解决的课题。目前，常用的方法有两种：一种是利用红外热成像像技术，监视变电站内变压器、断路器、CT、PT、避雷器和瓷绝缘子等设备的温度场分布情况；另一种是在高压开关上安装测温传感器，再通过无线通讯技术，实现对变电站各种设备大负荷开关的温度监测。通过对两种方式功能的简单描述，我们可以看出，第一种是通过“面”的形式，呈现设备运行时各部位的温度，每个成像仪单台造价较高，可监控数台电气设备，范围很广。第二种是通过“点”的形式，呈现设备关键部位即大负荷开关触点处的温度，每个测温传感器单体造价不高，分别安装在大负荷开关的A项、B项、C项，有多少大负荷开关就必须安装相应数量的传感器，无法共用。

我们知道变电站电压等级越高、面积越大、设备数量越多、运行要求越高，因此在设计智能化变电站在线测温功能时，电压等级不同，选用的方式不同。从技术角度讲，在220kV或更高电压等级的变电站内，对各部位温度进行监测是十分必要的；而在35kV或110kV变电站内，对大负荷开关进行监测就基本能够实现设备的安全运行。从经济角度讲，在220kV或更高电压等级的变电站内，面积大、设备数量多，使用红外热成像仪监测温度比使用无线测温传感器监测温度的成本低；在110kV或35kV变电站则刚好相反。因此，在35kV智能化变电站设计过程中，我们选择使用无线测温传感器装置实现在线测温的功能。

（四）顺序控制及视频联动功能

顺序控制是由电动刀闸配合后台指令实现远距离一键操作功能，当现场刀闸动作时，可以和视频信息联动，直接向调度员推出视频画面。对任何电压等级的智能化变电站来说，此项功能都非常实用，220kV及以上电压等级的变电站使用GIS柜配合视频球机与后台软件组合实现；110kV或35kV变电站则只需选用电动刀闸配合视频球机与后台软件即可实现。

（五）数字化综合自动化系统

不同电压等级的智能化变电站在进行数字化综合自动化系统设计时：保护装置集中组屏和就地安装；系统的通讯标准遵从IEC61850国际标准，GOOSE或MMS组网；传输信号为数字化信号、传输介质为光纤；设备即插即用。在模拟信号向数字信号转换的方式上，变电站电压等级不同实现方式也不同。以互感器中信号的转换为例，第一种方式，以光互感器直接将模拟信号转成数字信号；第二种方式，用常规互感器配合智能终端的方式将模拟信号装成数字信号。光互感器，体积小，重量轻；无铁心、不存在磁饱和和铁磁谐振问题；暂态响应范围大，频率响应宽；抗电磁干扰性能佳；但使用年限短，成本高；运行环境要求严格，容易因光学器件的问题而产生误差。常规互感器，体积大，重量重；存在磁饱和和铁磁谐振等问题；但使用年限长，成本低；运行环境要求宽松。因此，从安全生产、经济运行的角度考虑，220kV及以上电压等级的变电站宜使用第一种方式实现模拟信号向数字化信号的转换；110kV与35kV变电站宜使用第二种方式实现模拟信号装成数字信号。

三、结束语

根据以上描述，我们在设计35kV智能化变电站时，以完全遵循结合实际、安全可靠、技术先进、节约成本的原则为前提，实现了高电压等级智能化变电站中的各项功能。目前，通信技术、自动化技术、测温技术在不断发展，我们需要与时俱进不断研究，设计出更具针对性的方案。