智能變電站一次設(shè)備智能化應(yīng)用研究

李大鵬，夏榮秀，胡小男，魏玉榮

（1.濟(jì)南供電公司，山東 濟(jì)南 250032；2.濟(jì)南電力設(shè)計院，山東 濟(jì)南 250032）

0 引言

智能變電站采用先進(jìn)、可靠的智能設(shè)備，以信息數(shù)字化、通信平臺數(shù)字化、信息共享化為基本要求，實(shí)現(xiàn)變電站基本信息的采集、控制、保護(hù)、監(jiān)測，并在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)支持下，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行監(jiān)視、輔助決策、調(diào)節(jié)控制、維護(hù)管理等高級功能。智能一次設(shè)備作為智能變電站的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是智能變電站的典型部件與結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，智能一次設(shè)備既是各種智能單元的接入平臺，又是具體智能技術(shù)的應(yīng)用終端。

1 智能變電站構(gòu)成及特點(diǎn)

一次設(shè)備智能化。一次設(shè)備智能化是智能變電站的重要特征，也是智能變電站區(qū)別于常規(guī)變電站的主要標(biāo)志之一?，F(xiàn)階段一般采用“一次設(shè)備本體+傳感器+智能組件”形式，未來發(fā)展趨勢為傳感器、智能組件與一次設(shè)備本體采用一體化設(shè)計，提高一次設(shè)備和二次設(shè)備的整合，使一次設(shè)備運(yùn)行更加可靠、更加安全。

光纜取代電纜。智能變電站由于采用合并單元、智能終端實(shí)現(xiàn)就地采集和控制，光纜代替大量長電纜，從根本上解決電磁干擾問題，提高傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

通信規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)化。智能變電站所有設(shè)備均按IEC61850建立信息模型和通信接口，按照統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)接入變電站通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)信息共享，解決常規(guī)變電站不同廠家設(shè)備無法互連通信的缺點(diǎn)，減少規(guī)約轉(zhuǎn)換器的數(shù)量。

功能集成，設(shè)備簡化。智能變電站信息就地采樣，通信規(guī)約統(tǒng)一，促進(jìn)了裝置的集成。同時智能變電站通過GOOSE方式實(shí)現(xiàn)各保護(hù)裝置之間信息的交互，常規(guī)變電站的端子被GOOSE虛端子取代，電纜連接替換為光纜連接，保護(hù)硬壓板被軟壓板取代，促進(jìn)裝置硬件的簡化和集成［1］。

2 智能一次設(shè)備

智能一次設(shè)備是一次設(shè)備與相關(guān)傳感器及智能電子設(shè)備的有機(jī)結(jié)合體，是具有測量數(shù)字化、控制網(wǎng)絡(luò)化、狀態(tài)可視化、功能一體化和信息互動化特征的一次設(shè)備，是智能變電站的典型部件與結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)［1］。目前，智能一次設(shè)備還處在初級發(fā)展階段，傳感器和智能組件與一次設(shè)備本體相互獨(dú)立。隨著一次設(shè)備智能化技術(shù)的不斷發(fā)展，未來智能一次設(shè)備將向功能集成化和結(jié)構(gòu)一體化方向發(fā)展［2］。將傳感器和智能組件內(nèi)嵌到一次設(shè)備本體內(nèi)，使得一次設(shè)備具有測量、控制、保護(hù)、監(jiān)測、自檢等功能，然后通過網(wǎng)絡(luò)將設(shè)備信息上傳至主服務(wù)器。由于傳感器和智能組件內(nèi)置，節(jié)省了其與一次設(shè)備本體的接線，減少了硬件投資，同時縮小一次設(shè)備端子箱的體積，對于設(shè)備優(yōu)化布置，節(jié)約建筑面積具有重要意義。

3 智能一次設(shè)備總體方案

根據(jù)領(lǐng)秀110 kV智能變電站初設(shè)，工程智能一次設(shè)備采用“電子式傳感器加智能組件”方式，一次設(shè)備通過附加智能組件實(shí)現(xiàn)智能化。

3.1 高壓開關(guān)應(yīng)用方案

領(lǐng)秀110 kV智能變電站110 kV側(cè)采用GIS組合電器。所謂GIS智能化，即以GIS為核心，將傳感器、控制裝置融入本體，使GIS自身可靠運(yùn)行。

根據(jù)（關(guān)于印發(fā)《國家電網(wǎng)公司2011年新建變電站設(shè)計補(bǔ)充規(guī)定》的通知）國家電網(wǎng)基建〔2011〕58號文要求，考慮經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。本站不采用電子式互感器，采用“常規(guī)互感器+合并單元”形式實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備采樣智能化。

GOOSE信息共享，實(shí)現(xiàn)跨間隔電氣閉鎖。利用智能終端內(nèi)部邏輯閉鎖配合后臺五防閉鎖軟件實(shí)現(xiàn)110 kV GIS跨間隔閉鎖。

采用先進(jìn)的開關(guān)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)，靈活的局放傳感器安裝方式。專家系統(tǒng)能夠及時預(yù)見開關(guān)設(shè)備可能出現(xiàn)的異常，并給出狀態(tài)檢修意見，既避免運(yùn)行事故發(fā)生，又克服了定期檢修的盲目性和破壞性，降低檢修費(fèi)用，提高設(shè)備的投運(yùn)率。

為解決內(nèi)置傳感器無法更換維護(hù)，外置傳感器監(jiān)測靈敏度降低等問題，110 kV GIS局放傳感器安裝在GIS本體上預(yù)留出的介質(zhì)窗口上。

3.2 智能化開關(guān)的主要優(yōu)勢

采用數(shù)字信號的光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸，速度更快、精度更高、損耗更小，節(jié)約了大量的電纜及相應(yīng)設(shè)施等的投資；光纜代替大量長電纜，節(jié)省投資，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；采用合并單元、智能終端合一裝置，簡化二次接線，縮小匯控柜尺寸，減少現(xiàn)場施工量；一次二次聯(lián)合設(shè)計，減輕了設(shè)計院的工作量，縮短了設(shè)計周期；聯(lián)調(diào)在出廠前完成，減少了現(xiàn)場調(diào)試工作量，縮短了投運(yùn)時間；跨間隔電氣閉鎖由智能組件內(nèi)部邏輯閉鎖接點(diǎn)代替，簡化二次接線，閉鎖邏輯已經(jīng)確定，必須通過程序進(jìn)行更改，保證閉鎖可靠性，減少人為誤操作，同時使得邏輯閉鎖有很大的靈活性，更改邏輯閉鎖更方便；智能狀態(tài)監(jiān)測與診斷，保障了系統(tǒng)性能的穩(wěn)定和運(yùn)行的安全可靠。

3.3 變壓器智能化應(yīng)用方案

主變壓器為變電站內(nèi)重要能源設(shè)備，智能變電站要求主變壓器供電可靠性高、高效率、節(jié)能環(huán)保，具有偵測預(yù)報故障的功能。變壓器采用附加智能組件的方式實(shí)現(xiàn)智能化，智能組件完成以下功能。

1）變壓器本體信息采集與控制。主變壓器油箱及分接開關(guān)的油溫、油位等遙測信息，分接開關(guān)位置、氣體繼電器節(jié)點(diǎn)信息和壓力釋放器狀態(tài)等遙信信息［3］。

冷卻系統(tǒng)的智能控制。 能根據(jù)頂層油溫、環(huán)境溫度以及出線側(cè)負(fù)荷等參數(shù)形成控制策略自動控制冷卻器的投退，并將冷卻器的運(yùn)行狀態(tài)返回給后臺系統(tǒng)。

分接開關(guān)的控制。 由控制器自主控制，也可由智能組件接受后臺調(diào)壓命令或者在主變壓器就地發(fā)出調(diào)壓命令實(shí)現(xiàn)有載調(diào)壓操作。

2）本體非電量保護(hù)。 根據(jù)本體重瓦斯、有載重瓦斯、壓力釋放、超溫等非電量開入信號啟動邏輯判斷通過電纜直接跳閘［3］。

3）主變壓器各側(cè)信息采集。 采集主變壓器各側(cè)電壓、電流及功率等交流量，用于主變壓器的冷卻系統(tǒng)控制、有載調(diào)壓控制以及狀態(tài)監(jiān)測等功能。主變壓器狀態(tài)監(jiān)測信息的采集，包括油中溶解氣體及水分、局部放電、容性設(shè)備監(jiān)測、繞組光纖測溫、鐵心接地等項(xiàng)目。實(shí)現(xiàn)后臺對主變壓器的控制和監(jiān)測。

3.4 智能化主變壓器的優(yōu)勢

CAN總線通信模式，減少電纜連接，航口插頭形式便于施工和維護(hù)，延長主變壓器壽命。

在線監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主變壓器的故障自檢和就地控制，支持主變壓器狀態(tài)檢修，增加了供電的可靠性。

4 一體化設(shè)計控制柜

4.1 GIS匯控柜設(shè)計方案

工程110 kV GIS智能組件安裝方式選用智能組件柜與GIS匯控柜一體化設(shè)計方案。110 kV GIS智能組件合并單元、智能終端就地安裝于GIS匯控柜，合并單元和智能終端采用合一裝置。SV、GOOSE數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)共網(wǎng)口傳輸，有效減少裝置端口數(shù)量，改善裝置因光口數(shù)量多長期運(yùn)行的發(fā)熱問題。減少了匯控柜內(nèi)智能組件數(shù)量，有利于匯控柜散熱。

1）控制柜絕緣性能要求。在正常運(yùn)行條件下，控制柜的絕緣電阻應(yīng)不低于20 MΩ［4］。控制柜能承受2 000 V，歷時1 min工頻耐壓試驗(yàn)。

2）溫濕度調(diào)節(jié)性能要求?？刂乒駪?yīng)對柜內(nèi)溫濕度具有調(diào)節(jié)和控制能力，以滿足柜內(nèi)智能電子設(shè)備正常工作的環(huán)境條件。

3）告警功能要求。控制柜的溫濕度控制系統(tǒng)應(yīng)具有告警功能，能對溫濕度傳感器及控制器執(zhí)行元件的異常工作狀態(tài)進(jìn)行告警［4］。

4）防護(hù)等級要求。戶外控制柜的外殼防護(hù)等級應(yīng)符合IP55，戶內(nèi)控制柜的外殼防護(hù)等級應(yīng)符合IP40。

4.2 主變壓器本體智能柜設(shè)計方案

變壓器智能組件安裝于主變壓器本體智能柜，放置于變壓器附近。智能組件裝置和在線監(jiān)測裝置均放置于智能組件柜內(nèi)，傳感器元件與智能組件柜的功能單元采用光纜連接。

智能組件裝置集成了合并單元、智能終端、非電量保護(hù)、冷卻器控制等功能。 其中合并單元用于電流采樣上傳至主變壓器保護(hù)測控裝置；智能終端用于開關(guān)量采集和接收控制指令；非電量保護(hù)接收重瓦斯、輕瓦斯、壓力釋放等本體信號，所有非電量保護(hù)跳閘均通過控制電纜引至主變壓器各側(cè)斷路器直接跳閘。所有數(shù)據(jù)上傳至后臺供運(yùn)行檢修使用。

5 結(jié)語

通過對智能一次設(shè)備進(jìn)行研究，根據(jù)變電站的特點(diǎn)，提出一次設(shè)備智能化的設(shè)計方案。110 kV GIS采用常規(guī)互感器加合并單元方式，職能組件就地安裝于一體化智能匯控柜內(nèi)；主變壓器采用光纖測溫和CAN總線技術(shù)，減少本體至智能組件的二次電纜接線，同時智能終端集成非電量保護(hù)功能，減少設(shè)備投資，簡化設(shè)備二次接線。

［1］ 國家電網(wǎng)公司基建部.智能變電站建設(shè)技術(shù)［M］.北京：中國電力出版社，2011.

［2］ 劉振亞.智能電網(wǎng)技術(shù)［M］.北京：中國電力出版社，2010.

［3］ 水利電力部西北電力設(shè)計院.電力工程電氣設(shè)計手冊－電氣二次部分［M］.北京：中國電力出版社，2012.

［4］ Q/GDW 430—2010 智能變電站智能控制柜技術(shù)規(guī)范［S］.