110kV變電站智能化改造的研究

李俊良 劉奇 張婷婷

摘 要：智能變電站是組成智能電網(wǎng)的重要節(jié)點，具有符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)、一次設(shè)備智能化及二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化的特征，且與常規(guī)變電站相比，具有維護(hù)簡便性、系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性及可靠性的優(yōu)點。為此，文章結(jié)合實際案例，淺析110kV變電站的智能化改造。

關(guān)鍵詞：110kV變電站；智能化改造；一次設(shè)備；二次設(shè)備

1 案例介紹

某110kV變電站屬于綜合自動化變電站、地區(qū)終端無人值守變電站。自2001年建成投入使用以來，此變電站已投運14年。為了適應(yīng)地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，需對此110kV變電站進(jìn)行智能化改造，即更換站內(nèi)低可靠性的設(shè)備，以提高變電站運行的可靠性。10kV采用中性點通過消弧線圈接地，同時配有2臺布設(shè)在2段母線上的消弧線圈裝置，詳見表1。此110kV變電站屬于戶外AIS變電站，站區(qū)北側(cè)以軟母線半高型方式布置有110kV配電裝置；站區(qū)中央戶外布置有2臺變壓器；站區(qū)南面2層電氣綜合樓的底樓為二次設(shè)備房及10kV配電裝置室；二樓為二次設(shè)備室、電容器室及輔助房間。根據(jù)該110kV變電站的實際情況，為了適應(yīng)地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)決定對其進(jìn)行智能化改造。

表1 某110kV變電站的建設(shè)規(guī)模

2 110kV變電站的智能化改造

2.1 一次設(shè)備的智能化改造方案

2.1.1 電氣主接線

此110kV變電站屬于地區(qū)終端無人值守變電站，站內(nèi)共有2臺容量為50MVA的變壓器；電源端采用雙回110kV進(jìn)線；110kV系統(tǒng)采用內(nèi)橋接線。10kV系統(tǒng)共設(shè)12回出線，同時配有4組容量為4800kvar的電容器，具體分布在主變低壓2段母線上（母線之間用分段開關(guān)連接），以用于無功補(bǔ)償。依此情況，此次改造決定保留原有的接線方式，僅以中置式程序化開關(guān)柜替換10kV開關(guān)柜，同時換掉110kV隔離開關(guān)。

2.1.2 一次設(shè)備的選型

（1）110kV隔離開關(guān)的選型。此110kV變電站內(nèi)的110kV隔離開關(guān)共有10組，且僅主刀實行電動操作或地刀實行手動操作；僅站內(nèi)斷路器實行遙控操作或隔離開關(guān)實行現(xiàn)場操作。根據(jù)《變電站智能化改造技術(shù)規(guī)范》及《無人值守變電站和監(jiān)控中心技術(shù)導(dǎo)則》的規(guī)定，此110kV變電站需具備順控功能、地刀需具備電動操作功能，以滿足遙控條件，從而提高變電站戶外操作的可靠性及安全性。從技術(shù)層面來講，雖然該110kV變電站所用的隔離開關(guān)尚未到運行年限，但與現(xiàn)在的產(chǎn)品相比，其綜合性能卻相當(dāng)?shù)拖?，因此決定不采取大修部分構(gòu)件的方式，即整組更換掉隔離刀閘的主、地刀。總之，整組更換隔離開關(guān)的方式對實現(xiàn)設(shè)備可靠性的提高、設(shè)備運行維護(hù)工作量的減少及設(shè)備全壽命周期成本的降低具有重要作用。根據(jù)此110kV變電站一次系統(tǒng)的配電型式，決定進(jìn)行下列改造，即110kV隔離開關(guān)選取雙柱水平旋轉(zhuǎn)式；主、地刀實行電動操作及遙控操作。

（2）10kV開關(guān)柜的選型。此110kV變電站的10kV開關(guān)柜選用的是老式GGX型固定式開關(guān)柜，此種開關(guān)柜的旋轉(zhuǎn)式隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)具有可靠性低、操作隱患多、易卡澀及運行維護(hù)難度高的缺點，因此與變電站的智能化發(fā)展要求極不適應(yīng)。為此，根據(jù)此次智改的停電條件，決定同時實行技改更換，以減少停電時間及節(jié)省資源。此外，本工程屬于改造站，即10kV配電室空間具有較大的裕度，因此決定選用鎧裝中置式開關(guān)柜，同時在柜內(nèi)配備真空斷路器。開關(guān)柜的智能化技術(shù)分為二次回路智能化、在線監(jiān)測功能兩類。該110kV變電站的智能化改造應(yīng)以常規(guī)中置柜為基礎(chǔ)增加智能化功能，以提高設(shè)備運行的安全可靠性及維護(hù)控制的簡便性。根據(jù)上述兩種智能化技術(shù)的具體特征，本工程決定將重點落在“控制智能化”上，即斷路器的手車、地刀均設(shè)電動機(jī)驅(qū)動裝置，同時在開關(guān)柜內(nèi)試驗斷路器手車，如此斷路器手車在工作位置與隔離位置之間可實現(xiàn)電動推移，且地刀可實現(xiàn)電動操作；在開關(guān)柜上增加一體化裝置的順控功能，以實現(xiàn)10kV開關(guān)柜運行-熱備用-冷備用-線路檢修的一鍵式遠(yuǎn)方操作，從而提升開關(guān)設(shè)備的自動化程度。此外，通過加裝傳感器與監(jiān)測單元配合來實現(xiàn)開關(guān)柜的在線監(jiān)測功能。根據(jù)反事故的相關(guān)要求，大電流柜的溫升監(jiān)測有待加強(qiáng)，即將紅外在線測溫裝置裝設(shè)在主變進(jìn)線柜及母線分段上。除上述內(nèi)容外，一次設(shè)備還需加裝狀態(tài)監(jiān)測單元，此乃一次設(shè)備智能化改造的重要內(nèi)容，但限于篇幅，本文不做詳細(xì)闡釋。

2.2 二次系統(tǒng)的智能化改造

2.2.1 主變壓器保護(hù)配置方案的甄選

智能化變電站對繼電保護(hù)配置原則的確定過程，應(yīng)對繼電保護(hù)的“四性”、過程層合并單元及智能終端的配置、二次設(shè)備的布置方式等進(jìn)行綜合考慮，同時根據(jù)《智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范》的要求，該110kV變電站具體采用下列變壓器配置方案：主變保護(hù)選用2套集合主后備功能配置。在低壓側(cè)，2套保護(hù)的范圍均取自該側(cè)開關(guān)CT的合并單元，因此低壓側(cè)合并單元應(yīng)采用雙套配置；在高壓側(cè)，第1、2套保護(hù)的范圍分別取自套管流互的合并單元、內(nèi)橋開關(guān)與進(jìn)線開關(guān)流互的合并單元，因此110kV進(jìn)線開關(guān)、內(nèi)橋開關(guān)及套管的合并單元全部采用單套配置。

2.2.2 綜合自動化設(shè)備中的配置

變電站層的主機(jī)兼操作員站、高級應(yīng)用平臺、遠(yuǎn)動主機(jī)及故障錄波與網(wǎng)絡(luò)分析一體化裝置全部采用單套配置，同時主機(jī)兼操作員站及高級應(yīng)用平臺均加裝UNIX操作系統(tǒng)。該110kV變電站采用間隔式的保護(hù)測控一體化裝置，即110kV線路間隔（配置1套測控裝置）、110kV內(nèi)橋間隔（配置1套保護(hù)測控一體化裝置）、主變間隔（配置2套保護(hù)：高壓側(cè)差動電流配置接套管CT的保護(hù)測控一體化裝置）、110kV母線設(shè)備（共用1套110kV公用測控裝置）等。110kV線路、母線PT、內(nèi)橋、主變均間隔配置1套智能組件，以實現(xiàn)各間隔常規(guī)CT的數(shù)字化測量及開關(guān)與刀閘設(shè)備的控制網(wǎng)絡(luò)化，同時在主變10kV側(cè)采用智能組件雙套配置，且將其安裝在10kV開關(guān)柜上。站內(nèi)站控層與間隔層分別配置1臺MMS網(wǎng)用中心交換機(jī)（100M、22個電口、4個光口），以實現(xiàn)在二次設(shè)備室內(nèi)接入站控層及間隔層設(shè)備，同時與10kV配電室交換機(jī)經(jīng)光纜實現(xiàn)連接。過程層配置4臺寬帶GOOSE交換機(jī)（100M、9口），且與MMS網(wǎng)用中心交換機(jī)組成一面柜。二次設(shè)備室內(nèi)及通向戶外的網(wǎng)絡(luò)通信介質(zhì)分別采用屏蔽雙絞線、光纜，而采樣值與GOOSE等采用光纖實現(xiàn)信息傳輸。除此以外，該110kV變電站自動化系統(tǒng)也配置有時間同步系統(tǒng)、電子式全光口電能表及電能采集裝置，以支持站內(nèi)電能數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)傳。

3 結(jié)束語

文章根據(jù)此110kV變電站的實際情況及智能化變電站的改造要求，分別就站內(nèi)一次、二次設(shè)備提出了具體的智能化改造方案。研究表明，本次智能化改造對提高此110kV變電站的效能具有重要作用，從而推動地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

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