110kV數(shù)字化變電站的技術(shù)設(shè)計及應(yīng)用初探

任衛(wèi)東

【摘 要】110kV數(shù)字化變電站具有運行穩(wěn)定性高、方便維護管理等優(yōu)勢，已經(jīng)在國內(nèi)變電站建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。本文將對110kV數(shù)字化變電站的技術(shù)設(shè)計關(guān)鍵點進行分析，包括系統(tǒng)設(shè)備配置、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式設(shè)計和運行維護設(shè)計等。在此基礎(chǔ)上，探討110kV數(shù)字化變電站的實際應(yīng)用效果。

【關(guān)鍵詞】110kV變電站；數(shù)字化技術(shù)；系統(tǒng)設(shè)計

0 前言

隨著數(shù)字化技術(shù)的快速發(fā)展，國內(nèi)數(shù)字化變電站建設(shè)水平不斷提升，110kV變電站技術(shù)設(shè)計逐漸成熟，在實際應(yīng)用過程表現(xiàn)出巨大優(yōu)勢。

1 110kV數(shù)字化變電站的技術(shù)設(shè)計關(guān)鍵點

1.1 110kV數(shù)字化變電站的設(shè)備配置方案設(shè)計

110kV數(shù)字化變電站通過采用智能設(shè)備實現(xiàn)設(shè)備互操作功能，遵循IEC61850通信標準，能夠?qū)崿F(xiàn)信息交互和信息共享，并通過保護和測控裝置的配置，為系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性提供保障。110kV數(shù)字化變電站的設(shè)備配置方案設(shè)計主要包括以下幾方面內(nèi)容：

1）保護配置，以華安變電站為例，采用三臺以太網(wǎng)交換機和兩套遠動通信裝置進行通信屏配置，并配置有兩套主變測控裝置，提供一體化保護。其他保護裝置包括110kV母聯(lián)保護裝置、橋保護裝置、網(wǎng)絡(luò)記錄及分析裝置、供電安防控制器、匯控柜、開關(guān)控制柜等；

2）數(shù)字采集裝置配置，采用模塊化設(shè)計方法，將采集裝置劃分為多個模塊，具有較高的靈活性和可靠性，能夠?qū)崿F(xiàn)大容量信息實時處理和高精度數(shù)據(jù)采集功能。采用高分辨率A/D轉(zhuǎn)換器，支持多種對時方案，硬件具備智能自檢功能，抗干擾能力強；

3）智能終端配置，采用JFZ-600R智能終端，支持IEC61850標準協(xié)議，具備自動檢測盒自我診斷功能，能夠?qū)κ录M行完整記錄，斷電不會導致數(shù)據(jù)丟失。內(nèi)部插件采用前插拔設(shè)計方式，可以為設(shè)備調(diào)試和維修提供方便，硬件平臺兼容性高，易于擴展；

4）測繪裝置配置，采用PCS-9705測控裝置，對間隔層數(shù)據(jù)進行測量控制，基于面向?qū)ο笏枷脒M行設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)軟件與硬件平臺的統(tǒng)一。裝置抗干擾能力強，能夠?qū)崿F(xiàn)交流信號的同步采樣，間隔層聯(lián)鎖功能較為完善，對時精度高，后臺通訊方式靈活；

5）監(jiān)控系統(tǒng)配置，采用分布式設(shè)計方式，各節(jié)點靈活配置，可根據(jù)實際需求進行擴展。采用VQC無功電壓調(diào)節(jié)軟件，能夠為供電質(zhì)量和供電穩(wěn)定性提供保障，減少線路損耗；

6）電源系統(tǒng)配置，電源系統(tǒng)設(shè)計采取交直流一體化配置方式，對交直流電源、通信電源和逆變電源進行統(tǒng)一設(shè)計，滿足開關(guān)分合閘的保護和控制需要，利用數(shù)字化監(jiān)控平臺實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化通信，共享電源信息，實現(xiàn)統(tǒng)一控制。

1.2 110kV數(shù)字化變電站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式設(shè)計

110kV數(shù)字化變電站一般采取三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式，即過程層、間隔層和站控層。變電站采用的智能設(shè)備均包含在三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，其中智能化電氣設(shè)備中的智能終端和合并單元等，包含在過程層，保護裝置和測控裝置包含在間隔層，由監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成站控層。三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之間能夠?qū)崿F(xiàn)高速網(wǎng)絡(luò)通信，主要采用光纖通信方式?？梢詫⑦^程層理解為變電站一次、二次設(shè)備的結(jié)合層，繼承智能電器設(shè)備的智能化部分，用光電互感器代替電磁互感器，用數(shù)字量代替模擬量。間隔層能夠匯總實時信息數(shù)據(jù)，對一次設(shè)備進行保護和控制。站控層匯總?cè)緦崟r信息數(shù)據(jù)，更新數(shù)據(jù)庫，具有全站操作閉鎖控制功能。

1.3 110kV數(shù)字化變電站的運行維護設(shè)計

在110kV數(shù)字化變電站中，運行維護主要包括合并單元運行維護、智能終端設(shè)備的運行維護，智能操作箱散熱處理、智能終端防潮處理、保護裝置運行維護等。保護裝置投入運行后，人員不能觸碰帶電部位，不能隨意改變保護裝置運行參數(shù)。如果在運行過程中運行停用保護，指需要退出該保護裝置的對應(yīng)壓板。當系統(tǒng)發(fā)生故障時，保護裝置會自動進行跳閘處理，在液晶屏幕上顯示故障信息，打印保護動作報告。

2 110kV數(shù)字化變電站的實際應(yīng)用效果

2.1 110kV數(shù)字化變電站的主要優(yōu)勢

目前國內(nèi)110kV數(shù)字化變電站越來越多，從華安變電站、直埠變電站等的實際應(yīng)用效果可以看出，數(shù)字化變電站具有多方面技術(shù)優(yōu)勢，通過采取三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)智能設(shè)備之間的數(shù)據(jù)共享和信息交互，實現(xiàn)即插即用，設(shè)備調(diào)試和維護都較為方便。110kV數(shù)字化變電站的應(yīng)用優(yōu)勢主要表現(xiàn)為以下幾個方面：1）數(shù)字化保護系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢，使用數(shù)字化技術(shù)取代傳統(tǒng)的模擬開關(guān)量輸入和傳統(tǒng)出口繼電器回路，使保護系統(tǒng)的抗干擾能力明顯提升，能夠徹底消除由于繼電器插件導致的誤動；2）二次系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化通信優(yōu)勢，采用光纖代替電纜回路，連接現(xiàn)場終端設(shè)備，基于光纖網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)間隔層與過程層的互聯(lián)互通，采用GOOSE報文傳輸方式，通信效率和通信可靠性明顯提升；3）實現(xiàn)了智能終端設(shè)備的就地安裝，設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)能力和抗干擾能力明顯提高。

2.2 110kV數(shù)字化變電站建設(shè)對傳統(tǒng)變電站的影響

數(shù)字化變電站建設(shè)對傳統(tǒng)變電站產(chǎn)生的影響是多方面的，由于引進了新的技術(shù)設(shè)備，改變了傳統(tǒng)變電站的電壓電流接線方式，通信通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，設(shè)備自動化程度和智能化程度大幅度提升，具備較高的自診斷能力，能夠為110kV變電站的系統(tǒng)穩(wěn)定性提供保障。建設(shè)110kV數(shù)字化變電站的影響主要表現(xiàn)為以下幾個方面：1）系統(tǒng)運行維護更加方便，維護工作量顯著降低，許多設(shè)備維護工作可以通過設(shè)備自診斷功能完成，降低了對維護人員的依賴；2）安全保護措施的執(zhí)行更加容易，可以減少部分傳統(tǒng)變電站的安全保護措施；3）倒閘操作時間得到縮短，通過程序化操作，高效利用間隔操作時間，提高操作效率；4）標準化水平大大提高，有利于降低變電站的運行管理成本；5）減少了現(xiàn)場調(diào)試工作量，可以縮短變電站建設(shè)周期。

2.3 110kV數(shù)字化變電站的應(yīng)用效益分析

采用全壽命周期成本計算方法對110kV數(shù)字化變電站的建設(shè)成本進行定量分析。將110kV數(shù)字環(huán)變電站的建設(shè)成本劃分為初始成本和未來成本兩個部分。其中，初始成本使初期建造成本，包括智能化設(shè)備的采購、安裝成本等。未來成本使在110kV數(shù)字化變電站投入應(yīng)用后的成本，包括運行成本、維護成本、替換成本和報廢成本等。以安華數(shù)字化變電站為例，按使用壽命20年進行計算，全壽命周期成本計算公式為LCC=CI+CO+CM+CF+CD，其中，CI是初始成本，具體包括設(shè)計、設(shè)備采購、安裝成本費用。CO是運行成本，具體包括檢修操作、管理成本以及耗電費用。CM是維護修理成本，按檢修周期為三年進行計算，約為30萬元。CF是替換成本，按5萬元進行計算，CD是報廢成本，約為安裝費用的70%。采用該公式進行計算，數(shù)字化變電站改造費用為852萬元，相比于同等規(guī)模非數(shù)字化改造的1424萬元，可節(jié)省572萬元，且變電站運行可靠性得到顯著提升。

3 結(jié)束語

綜上所述，110kV數(shù)字化變電站的設(shè)計與應(yīng)用能夠提高電力系統(tǒng)的運行可靠性，通過采用智能化設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化通信方式，可以實現(xiàn)設(shè)備的自診斷和交互操作等功能，提升變電站運行管理效率。此外，110kV數(shù)字化變電站還擁有較好的長期效益，能夠降低變電站全壽命周期成本。

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