110kV智能变电站的设计与可靠性研究

【摘 要】智能变电站作为衔接智能电网各个环节的关键所在，对它进行设计的时候，需要考虑诸多的因素，不然会对智能化电网建设推进产生影响。基于此，本文结合实际情况，对110kV智能变电站设计过程中需要注意的问题进行了剖析，并针对其应用过程中的可靠性也进行了研究，以期可以提供相应的理论借鉴，为推动行业的进步贡献自己的一份力量。

【关键词】110kv智能变电站；设计问题；应用

中图分类号：TM411文献标识码： A

引言

配电系统的信息源以及执行终端都是变电站，因此它的重要性就不言而喻了，随着社会科技的发展，变电站需要提供更多的信息量和集成控制，如果不对变电站进行智能化建设，那么处理信息的能力就根本不能满足要求。因此现阶段我国的变电站急需建设简约且智能化的系统，只有这样，才能在减少国家投资的基础上完成大信息的共享，保证电网运行以及维护水平。

一．智能变电站的原理

智能变电站指的是使用了先进可靠、集成以及环保设备，并以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能，实现与相邻变电站、电网调度等互动。智能电网的基础和支撑就是智能变电站，智能变电站可以完成基础数据源头的采集以及命令执行单元，这点对于智能电网来说是异常重要的，因为正是这点支撑智能电网的运行。在进行智能变电站设计建设的时候，一些东西是必不可少的，比如监控系统、实现二次智能的设备配置、二次网络结构的组建等。只有将上述问题完整的解决掉，才能确保智能变电站的设计和建设不出现问题。

二、110kV变电站智能化设计

1、110KV智能变电站设计思路

110kV智能变电站进行设计的时候，必须以IEC61850协议为基础进行智能变电站的构建。用100Mbit/s的以太网来实现站控层和间隔层之间的信息交换；而间隔层和过程层之间的信息交换可以通过光纤点的应用来解决，通过应用光纤点可以实现采样值与开关量的信息交换。在实际设计中，数字输出电子式的互感器根据IEC61850协议进行，可是间隔采样在进行数据传输时，为了实现跨间隔数据传送要使用IEC61850-9-1协议，不然会出现数据交换问题。

2、一次设备的智能化

为应对实际需求，在110kV智能化变电站的主变压器侧采用电子式传感器，该传感器主要传输光纤信号，它能把磁光玻璃和光纤以胶结方式连接起来，减短了维护周期，加强了闭环控制得精准性，增加了控制的动态特性。同时采用智能化断路器，以智能控制模式代替了原有机械式的开关和继电器，提高了系统运行的可靠性。一次侧其它设备可维持不变，不过一次接口要采用智能化终端，最终确保电力系统的安全稳定运行。110kV供电系统中采用中置式真空开关柜，此配电装置的出线保护测控装置分散布置在各自的开关柜上，所以，只要把一个智能终端配置于主变低压侧就可以满足系统要求，避免了每一个出线柜都配置智能终端的缺陷。

3、二次设备的网络化

二次设备的网络化就是利用IEC61850标准，并结合光纤等设备，使系统以分布式控制方式来代替总线控制方式，丰富了数据传输方式，使得信息更加标准化，确保了智能化变电站的全景式监控。下面讨论怎么从智能化变电站的站控层、间隔层以及过程层来实现网络化。

①站控层设备的网络化

站控层设备管理的网络化是建立一个无人值守的站控监控室，结合变电站的智能化设备，实现智能控制和管理的目的。站控层设备为工作人员提供了友好的人机界面，以便控制管理间隔层和过程层的智能设备，同时实现设备功能。站控层可以对整个智能化变电站进行实时监控，并实现变电站全部设备的网络化管理。

②间隔层设备的网络化

变电站的间隔层主要由监测系统、计量系统、录波系统以及保护系统等组成。间隔层在站控层的监控系统失效之后，仍然能够独立监控本层的各项设备，需要设置专门的保护性检测和控制设备，安装于各个间隔层配置数字接口处，以便实现检测和管理间隔层设备的运行。在间隔层各设备之间也采用变电站通用通讯协议，实现自我检测和自我描述的功能，即间隔层内部使用变电站通用协议来实现整个间隔层内部监控管理的作用。而且间隔层还具备自分析数据功能，同时也向站控层传输数据信息。

③过程层设备的网络化

过程层中的设备基本上都是一对一连接的，这个层面就相当于过渡结合面，不过过程层中的设备自身也具备自我检测和自我描述的能力。过程层设备之间也采用变电站通用协议，这样设备可以实现独立扫描自检以及把单一设备采样信息共享给多个二次设备等功能。变电站的保护装置能够实现与站控层智能终端通信，需经过总线端口进行一对一对接。同时该通信系统可以确保设备故障时飞快的跳闸速度，通讯信号完全符合GOOSE服务要求的水平。

三.110kV智能变电站关键技术可靠性研究

可靠性的概念是：元件、设备与系统在规定时间内，预定条件下，可以完成规定功能的概率。这就使模糊的使用具备了可靠性的概念，就有了测量与计算定量的尺度。可靠性会贯穿自动化系统开发与运行的全程，包括了结构设计和制造、验收及管理等环节。由可靠性的角度分析，在我国电力系统中使用元件可以分为两种，一种是可修复的元件，一种是不可修复的元件。按规范规定的要求，完成规定功能的状态称为正常状态，将不可修复的元件终止执行规定的功能称为功能失效，将可修复元件终止执行规定的功能称为功能故障。组成变电站的自动化系统元件一般都是可修复的元件，所以，智能变电站系统属可修复系统，对设备可靠性的研究，可根据以下指标来进行分析：

可靠度元件或者可靠度R（t），指元件起始时，处于正常运行下，一定时间内，没有发生故障的概率。对于一般可修复元件，注意力集中在从起始时刻到第一次故障出现的时间；可用率A（t），是指元件在起始时刻的工作条件下，在时刻t正常工作的概率，可以用百分率来表示。

平均故障时间MTTF，表示元件寿命的数学期望值，如果故障率h（t）是常数λ，就能导出MTTF=1/λ。考虑修复效果后，MTTF可以用故障间的平均时间MTBF来表示；修复率。元件从停运状态转为运行状态，主要依靠修理，表示修理能力的指标为修复率μ（t）。修复率则表示在现有检修能力和维修组织安排条件下，在平均时间内能够维修的设备数量。当设备处于正常寿命时间内时，λ与μ都属于常数，可以根据对同类型设备的长期的观察和记录，通过数理统计方法获得。

在可靠性分析计算中，故障率λ与修复率μ通常为已知数据，故障率λ与修复率μ可以由设备事故的统计得到，由于故障率R（t）=μ/（λ+μ），所以变电站设备的故障率也可以由设备事故的统计得到。变电站设备有主变压器和负荷开关、断路器等。一般新建变电站设备年事故率可以由过去统计的数据得到，从110kV变电站的设备年事故率的数据统计得出，使用一次电力设备，可靠性在99.5%以上，满足供电可靠性要求。由于智能变电站加入智能二次设备，使变电站设备年事故率低于同等常规的变电站。

结束语

我国智能变电站的相关理论还处于起步阶段，但是，已经为传统变电站的计算机保护系统及自动化控制系统带来十分严峻的挑战。很明显，智能变电站会成为未来变电站主流的发展趋势，这样就要求110kV智能变电站具备更纯熟的技术，慢慢增强设备的兼容与自动化的综合能力，提高应用的稳定性，突破关键技术。

参考文献

[1]高延鸿;罗丹;唐玄;万英红;宋太现;刘玲灵.变电站工程设计中几点问题的探讨和思考[J].科技.2014(02):78-79.

[2]高延鸿;罗丹;唐玄;万英红;宋太现;刘玲灵.变电站工程设计中几点问题的探讨和思考[J].科技.2013(02):114-115.

[3]孙志祥;晋伟平;杨俊宏;彭志勤;周宪.110kV数字化变电站建设[J].云南电力技术.2013(03):45-46.

[4]余善珍;徐春华.提高变电站二次回路运行可靠性的改进措施[J].浙江电力.2014(07):97-98.