500 kV智能變電站的設(shè)計(jì)思路和建設(shè)模式

朱 建

（國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司常州供電公司, 江蘇 常州 213200）

0 引 言

隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，我國(guó)500 kV智能變電站得到了快速發(fā)展。500 kV智能變電站是電力系統(tǒng)的重要組成部分，其設(shè)計(jì)與建設(shè)的目的是對(duì)變電站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行控制與保護(hù)。變電站設(shè)計(jì)過(guò)程中遵循節(jié)能環(huán)保、操作簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)合理等原則，嚴(yán)格按照國(guó)家相關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保符合電力行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)要求。變電設(shè)計(jì)作為電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的基本保障，對(duì)變電運(yùn)行的水平及質(zhì)量具有直接影響。設(shè)計(jì)人員應(yīng)該重視變電設(shè)計(jì)中存在的細(xì)節(jié)問(wèn)題，避免因考慮不周全造成的系統(tǒng)故障，熟練運(yùn)用各種方法解決問(wèn)題，提高變電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和安全性，確保我國(guó)城市電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行[1]。

1 智能變電站的概念

城市發(fā)展離不開電力能源的支持。因此，需要加強(qiáng)城市電網(wǎng)建設(shè)。電網(wǎng)的鋪設(shè)工作與變電站電能的輸送、配置和統(tǒng)籌規(guī)劃有聯(lián)系，只有確保變電站的正常運(yùn)行，才可以將電力能源安全運(yùn)輸至城市的每一個(gè)角落。智能化設(shè)計(jì)和建設(shè)理念的出現(xiàn)，主要是由于時(shí)代發(fā)展與社會(huì)能源的供求緊張關(guān)系決定的。為實(shí)現(xiàn)城市電網(wǎng)的安全運(yùn)行與電力能源的正常供給，變電站要進(jìn)行合理規(guī)劃。智能變電站的具體含義是將變電站中的設(shè)備與現(xiàn)代的高新技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)信息智能化方式促進(jìn)變電站的創(chuàng)新與發(fā)展，從而保證城市電能的高效、穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展，完成變電站的智能化、自動(dòng)化和數(shù)字化發(fā)展，并通過(guò)使用科學(xué)技術(shù)對(duì)電網(wǎng)應(yīng)用進(jìn)行現(xiàn)代化設(shè)計(jì)與建設(shè)。與傳統(tǒng)的變電設(shè)計(jì)相比較，智能變電站的使用具有更多優(yōu)勢(shì)，操作性能更加完善，對(duì)線路的梳理也具有便利條件，可為城市電網(wǎng)的數(shù)據(jù)提供及時(shí)性和準(zhǔn)確性。因此，智能變電站具有更大的發(fā)展空間，可以對(duì)生活進(jìn)行智能化管理。此外，根據(jù)現(xiàn)有情況分析，智能化變電站不僅可以保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，還對(duì)變電站設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行、減少事故發(fā)生概率等具有重要作用。它既保證了城市建設(shè)運(yùn)行中基本電力的能源供給，也減少了由于電力能源問(wèn)題造成的財(cái)產(chǎn)損失。對(duì)于變電站信息的共享方面，它也與傳統(tǒng)變電站不一樣。通過(guò)智能化技術(shù)的使用，可以將動(dòng)態(tài)運(yùn)行中的圖片與環(huán)境信息及時(shí)傳輸給控制中心。變電站的自動(dòng)化操作方法，既減少了變電站的工作風(fēng)險(xiǎn)，又可以利用數(shù)字化信息為維修人員提供準(zhǔn)確的預(yù)警功能[2]。

2 智能變電站設(shè)計(jì)原則

隨著科技的發(fā)展和發(fā)展水平的提高，智能變電站的應(yīng)用得到了快速發(fā)展。因此，在變電站設(shè)計(jì)過(guò)程中，要按照原則去完善和落實(shí)。首先，充分考慮國(guó)家既定的方針和規(guī)定，確保變電設(shè)計(jì)能夠符合電力行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，滿足國(guó)家法律法規(guī)和對(duì)電力運(yùn)行提出的要求，確保運(yùn)行中的人員安全和供電可靠。在實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)質(zhì)量的基礎(chǔ)上引入先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)，可以提高電力系統(tǒng)的整體水平。其次，在現(xiàn)代化技術(shù)水平發(fā)展下，積極應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)提高變電站的自動(dòng)化水平。綜合考慮節(jié)能環(huán)保、成本費(fèi)用和維護(hù)管理等問(wèn)題，將可持續(xù)發(fā)展理念完美融合到變電設(shè)計(jì)中，并貫徹落實(shí)、嚴(yán)格執(zhí)行。最后，變電所的建設(shè)需要消耗一定的土地資源，也會(huì)對(duì)周圍環(huán)境、人員造成一定影響。所以，設(shè)計(jì)人員根據(jù)建設(shè)地點(diǎn)的實(shí)際情況，將環(huán)境保護(hù)等問(wèn)題融入設(shè)計(jì)工作，確保各項(xiàng)參數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃要求，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行施工建設(shè)。

3 智能變電站設(shè)計(jì)涉及的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 電子式互感器

在500 kV智能變電站中，電子式互感器是整個(gè)變電站中的重要技術(shù)之一。傳統(tǒng)的電磁式互感器使用成本較高、絕緣復(fù)雜、精準(zhǔn)度較低，并不適合應(yīng)用在智能變電站中，從而造成輸出電流出現(xiàn)畸變或使電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性受到影響。同時(shí)，PT（電壓互感器）也會(huì)因?yàn)殡姶胖C振而產(chǎn)生過(guò)量電壓，導(dǎo)致電氣設(shè)備不能正常使用。因?yàn)殡娮邮交ジ衅骶哂锌闺姶诺母蓴_能力強(qiáng)，測(cè)量精確、頻率響應(yīng)范圍寬，不會(huì)出現(xiàn)PT諧振和體積小的優(yōu)勢(shì)，使得電子式互感器廣泛應(yīng)用于智能化變電站中[3]。

3.2 智能化開關(guān)

智能開關(guān)的使用主要通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)與電子式互感器、電力電子技術(shù)等，將信息技術(shù)與傳統(tǒng)的高壓電器設(shè)備進(jìn)行融合，從而實(shí)現(xiàn)了智能化高壓電器。智能開關(guān)是利用微機(jī)進(jìn)行控制，采用的控制裝置需要現(xiàn)場(chǎng)安裝。其中，主要的使用功能涉及智能感知、波形精確控制的跳變、合閘角度和時(shí)間、故障預(yù)報(bào)、運(yùn)行狀態(tài)的智能化評(píng)估和監(jiān)測(cè)、專家人工智能判定和信息網(wǎng)絡(luò)化共享等。

4 500 kV智能變電站的設(shè)計(jì)分析與建設(shè)模式

4.1 500 kV智能變電站電流互感器繞組配置設(shè)計(jì)與建設(shè)

設(shè)計(jì)500 kV智能變電站的電流互感器繞組時(shí)，電流互感器繞組的配置不當(dāng)易出現(xiàn)保護(hù)空白區(qū)。如果開關(guān)設(shè)置采用GIS或HGIS，需要在斷路器的兩邊配置電流互感器。斷流互感器的兩邊還要使用間隔的保護(hù)措施與母線的保護(hù)區(qū)域進(jìn)行交叉，在斷路器的兩邊間隔保護(hù)范圍也會(huì)出現(xiàn)交叉。如果電流互感器與斷路器之間出現(xiàn)故障，交叉保護(hù)套會(huì)采取相應(yīng)措施，間隔故障，不會(huì)對(duì)其他系統(tǒng)運(yùn)行造成影響。同時(shí)，根據(jù)各個(gè)保護(hù)電流互感器不同級(jí)別要求，需要保護(hù)斷路器母線，并且與斷路器的保護(hù)合并使用，并結(jié)合使用一個(gè)二次繞組。如果開關(guān)設(shè)備使用的是瓷柱式斷路器，為了減少成本支出，使用單側(cè)配置的一組電流互感器，線路保護(hù)、主變保護(hù)和母線保護(hù)相互之間使用TPY繞組[4]。

4.2 500 kV智能變電站中二次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與建設(shè)模式

智能變電站涉及很多方面，其中二次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作非常關(guān)鍵。

首先，自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化。隨著智能變電站技術(shù)的普遍使用，每個(gè)地區(qū)對(duì)智能變電站使用的方法存在不同。其中，相同是將光纜集中到一起并組成統(tǒng)一的組網(wǎng)，但組成統(tǒng)一組網(wǎng)不能實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化與集成化。另外，這種形式的變電站存在很大缺陷，所接電線使用數(shù)量較多，電線線路復(fù)雜，提高了成本。與傳統(tǒng)變電站相比沒(méi)有明顯優(yōu)勢(shì)，需要不斷進(jìn)行研究、創(chuàng)新。

其次，二次設(shè)備功能整合和配置的優(yōu)化。在智能變電站技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，會(huì)涉及信息化技術(shù)與變電技術(shù)結(jié)合使用，利用信息共享功能實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)的集合化處理，最終實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸裝置的集成化。要建設(shè)、完善電力傳輸過(guò)程中的一體化信息網(wǎng)，以逐漸提高變電站技術(shù)的自動(dòng)化應(yīng)用，利用全部的數(shù)據(jù)管理對(duì)整個(gè)二次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)督管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路裝置的保護(hù)措施。通過(guò)這種信息一體化的形式，可實(shí)現(xiàn)變電傳送過(guò)程中的運(yùn)行監(jiān)督管理、監(jiān)控和輔助系統(tǒng)的使用，最終做到調(diào)控等各部分功能的使用。這種終端智能化裝置具有很多優(yōu)勢(shì)，既可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力運(yùn)輸質(zhì)量的檢查，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)信息傳遞過(guò)程中的逐漸遞進(jìn)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)二次系統(tǒng)的良好運(yùn)行。變電二次設(shè)計(jì)中，對(duì)于電氣設(shè)備、裝置設(shè)施的選擇尤為重要。電氣設(shè)備選擇中，必須確保滿足同一級(jí)別的電壓等級(jí)在同等電壓條件下實(shí)現(xiàn)設(shè)備類型一致。

最后，狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)化。為了保證系統(tǒng)的運(yùn)行能夠得到有效實(shí)施檢測(cè)，需要對(duì)其監(jiān)測(cè)的檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化處理，確保設(shè)計(jì)的效果與實(shí)用性。第一，結(jié)合智能變電站的穩(wěn)定運(yùn)行要求，對(duì)智能變電站中的輔助系統(tǒng)主機(jī)與運(yùn)行狀況中的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)施優(yōu)化處理，保證變電站可以在綜合性強(qiáng)的服務(wù)器中使用。同時(shí)，二次系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中需要采取有效的連接方式，以實(shí)現(xiàn)變電站的自動(dòng)化系統(tǒng)與性能可靠的安全隔離裝置連接，從而擴(kuò)大監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)踐中的監(jiān)測(cè)范圍。第二，結(jié)合運(yùn)行狀態(tài)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的要求，通過(guò)計(jì)算機(jī)三維空間中的模擬分析，對(duì)變電站中的主變壓器進(jìn)行性能優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的有效管理[5]。

4.3 500 kV智能變電站繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)與建設(shè)分析

實(shí)際工作中，500kV智能變電站對(duì)設(shè)備的裝置還有一些特殊要求。例如：在直流電源中，使用雙重化保護(hù)措施與方法，要對(duì)合并的單元、交換機(jī)和智能終端等進(jìn)行兩組獨(dú)立的直流蓄電池，保證直流電源的穩(wěn)定運(yùn)輸，實(shí)現(xiàn)雙重化的運(yùn)行發(fā)展。針對(duì)智能終端方面，每一套智能終端都需要具有較強(qiáng)的交互功能。例如：在進(jìn)行保護(hù)跳合閘工作中，智能終端要接受相應(yīng)的斷路器信息，才能夠保證實(shí)現(xiàn)斷路器的命令，同時(shí)完成測(cè)控。只有確保智能終端的信息交互作用得到了應(yīng)用，才可以嚴(yán)格控制斷線監(jiān)視與閉鎖功能，最后確保整體運(yùn)行的穩(wěn)定與安全。最終，針對(duì)壓板進(jìn)行設(shè)置。所謂的壓板設(shè)置是在檢修壓板中使用硬壓板進(jìn)行，針對(duì)主保護(hù)與后備保護(hù)工作使用軟壓板，從而實(shí)現(xiàn)智能變電站中的遠(yuǎn)程操控功能。

在500 kV智能變電站繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)工作與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案不同，這一系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)比較明顯。首先，在新的設(shè)計(jì)方案中，需要對(duì)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。其次，整個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息平臺(tái)更加規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，模擬量與實(shí)際的開關(guān)量之間的數(shù)字化基礎(chǔ)，使用二次設(shè)備采集光纜，可以有效節(jié)約城市電網(wǎng)系統(tǒng)中的有色金屬材料使用，節(jié)約施工成本。通過(guò)500 kV智能變電站繼電保護(hù)設(shè)計(jì)方案，能夠強(qiáng)化電力系統(tǒng)中層次與間隔層次之間的信息交流，改善原有設(shè)計(jì)方案中存在的通信問(wèn)題，降低調(diào)試難度與維護(hù)難度，從本質(zhì)上解決了500 kV智能變電站運(yùn)行中不穩(wěn)定因素帶來(lái)的影響，提高了運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，為社會(huì)與城市的發(fā)展提供了重要的電力能源支持。

5 結(jié) 論

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)電力能源的使用規(guī)模與使用的安全性能要求越來(lái)越高。智能變電站中的繼電保護(hù)與安全影響整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行，為了確保城市電網(wǎng)的安全和運(yùn)行穩(wěn)定，需要在智能變電站的設(shè)計(jì)與建設(shè)工作中，提高設(shè)計(jì)水平與建設(shè)技術(shù)，保證整個(gè)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行[6]。