220kV智能变电站设计关键问题分析

王国栋

【摘 要】近年来我国的经济发展较快，对于电力的需求也在逐渐增大，为了保证供電的质量，本文笔者从实际出发分析了220kv智能变电站设计之中相关重要问题分析。

【关键词】220kv；智能变电站；设计

引言

220kV智能变电站设计要充分体现自动化、信息化、智能化的要求，以标准化信息共享、网络化通信平台、信息化全站信息作为基本要求，实现二次设备和一次设备数字化的信息传递，采用DL/T860标准的通信协议和统一模型，实现220kV智能变电站信息的高度共享和集中，完善自动化运行管理，构建程序化控制系统、自动化设备状态在线监测系统以及站内信息分析决策系统等，减少220kV智能变电站的运行维护工作量。

1、智能变电站的概念

根据《智能变电站技术导则》对智能变电站的定义，智能变电站是以信息共享标准化、通讯平台网络化以及全站信息数字化为基础要求，运用可靠、先进、环保、低碳以及集成的智能化设备，自动完成信息的采集、控制、计量、测量、检测以及保护等基本功能，根据需要支持电网实时自动控制、在线分析决策、智能调节以及协同互动等高级功能的变电站。

2、智能变电站系统结构

智能变电站由站控层、间隔层、过程层构成，光缆将三者联系起来。

2.1、站控层。站控层由通信系统、自动化系统、对时系统以及站域控制等子系统构成，主要是通过光纤同间隔层进行通讯，其功能与计算机系统的站控层相一致。该层的主要功能有变电站的远程监测、操作闭锁、实时控制、记录以及自诊断等。

2.2、间隔层。间隔层设备一般指继电保护装置、测控装置、故障录波等二次设备，实现使用一个间隔的数据并且作用于该间隔一次设备的功能，即与各种远方输入/输出、智能传感器和控制器通信。

2.3、过程层。过程层主要是由智能化的一次设备构成，例如复合传感器、基于罗科夫斯基线圈的TA、接地开关、隔离开关、分压型VD以及断路器等。其中复合传感器、基于罗科夫斯基线圈的TA以及分压型VD是过程层智能化的关键。

3、220kv智能变电站设计之中关键问题

3.1、解决电子式互感器接入合并单元规约问题。首先，将电压互感器输出信号接入220kV智能变电站合并单元，然后按照FT3标准格式接入电流互感器合并单元，有效解决电压互感器和电流互感器的电流合并单元问题。在220kV智能变电站中适当增加合并单元数量，控制智能组件柜的体积，由于电压互感器和电流互感器的合并出现一定的延时，要解决好电压和电流的同步输出问题。根据Q/GDW441《智能变电站继电保护技术规范》的要求电子式互感器需要真实反映一次电压或电流，输出电压和输出电流的额定延时时间不能超过2ms，220kV智能变电站电子式互感器输出信号到达合并单元的延时时间必须控制在2ms之内。

3.2、二次回路检修功能的实现。常规变电站的保护装置，大多是通过断开保护功能压板来停用保护功能；断开保护出口压板来隔离保护出口接点与断路器的操作回路；断开启动和闭锁功能压板来退出对运行保护的启动和闭锁作用；投入检修压板避免检修的装置对站控系统的信息干扰。设备检修时，通过断开电流试验端子来防止试验电流通入一次设备或运行的二次设备；通过断开保护电压小开关来隔离母线电压。在智能变电站中，由于输出是通过光纤实现的，当一套保护装置因故障、更改设定值等原因退出运行时，如果不采取对策就无法实现退运保护与运行着的保护的有效隔离，并保持明显的断开点。

3.3、母差保护接线上的特殊性。母差保护装置配有保护DSP板、以太网DSP插件、PowerPc板、智能I/O板，其保护装置负责故障计算，而数据采集、开关量采集、跳闸命令执行等均由各间隔的过程层智能设备、合并单元或智能终端完成。在常规站中，母线保护跳闸方式一般是由母线保护装置输出每一个断路器的跳闸触点，用硬接线连接至相应断路器的操作回路。在泸定站中，母线保护功能的实现是通过尾缆与合并单元、智能终端、SV网和GOOSE网连接，对应每一个间隔需使用“一收一发”两根光纤。由于低压侧母线连接元件较多，在母线保护屏内接入了大量尾纤，屏内尾缆占用了较多面积。在智能变电站中采用直接采样、直接跳闸方式后，母差保护装置后的光以太网接口数量若太多，还会存在发热问题。

3.4、优化二次接线方式。为了进一步完善二次回路的功能设计，220kV智能变电站积极利用数字化技术进行优化整合，合理设置二次回路接线方式。经过改进，智能变电站二次系统可以实现两种方式的接线形式，例如变电站跳闸回路，一种是通过网络方式，将保护装置跳闸系统通过通信网络输送到GOOSE网，和GOOSE网直接相连的智能终端获取跳闸信息，这种网络跳闸方式，二次回路线路接线相对比较简单，可以充分发挥网络共享优势，并且点对点跳闸方式不会受到网络延时的影响。另一种是通过光纤线路保护装置直接将跳闸信息输送到智能终端设备，这种方式具有良好的稳定性。在220kV智能变电站中，由于主变保护智能终端位于不同的网络中，为了保持网络通信的独立性，避免各侧交换机的信息过载，因此可以采用点对点的光纤接线方式，对于220kV智能变电站的母线保护，由于涉及多个断路器，接受跳闸命令的所有智能终端都经过一个交换机，因此应用网络跳闸方式，通过网络将信号传输到智能终端，可以提高220kV智能变电站的可靠性。最后，220kV智能变电站的规范设计，要重点考虑电气施工和二次设计，严格按照要求设计变电站的屏蔽、保护装置接地和电缆等内容，通过光缆线路进行信息传输，具有不受电磁干扰、带宽高等优点，避免电缆线路的交直流导线碰撞、两点接地、传输过电压、电磁兼容等导致继电保护装子拒动和误动的问题。

3.5、自动化系统设计。智能变电站自动化系统是由由站控层、间隔层、过程层以及站控层网络、过程层网络构成的分层分布式系统。 站控层由监控主机、操作员站、远动通信装置、保护故障信息系统和其他各种功能站构成，提供站内运行的人机联系界面，实现管理控制间隔层、过程层设备等功能，形成全站监控、管理中心，并远方监控/调度中心通信。 间隔层主要包括面向间隔配置的测控装置、保护装置、自动化装置等，在站控层及网络失效的情况下， 间隔层设备仍能独立完成间隔层设备的就地监控功能。 过程层是由合并单元、智能单元等构成，完成与一次设备相关的功能，完成实时运行电气量的采集、设备运行状态的监测、控制命令的执行等。 站控层网络：连接站控层设备和间隔层设备，与常规监控站网络类似。站控层网络通信是通过工 EC61850 的特定通信服务映射（SCSM）技术映射到站控层网络的MMS 实现。

过程层网络：连接间隔层设备和过程层设备。过程层传输功能上可以分为：（1）传输电流、电压采样值，（2）传输 GOOSE（面向对象的变电站通用事件）例如保护跳闸、开关变位等。

3.6、保护装置

220kV 线路保护 220kV 线路保护按照双重化原则配置，一套采用光纤电流差动保护，另一套采用光纤纵联距离保护。采用保护测控一体化装置。 220kV 线路保护组屏安装，每条线路的双套保护共组一面柜。 220kV 母联保护220kV 母联保护配置双套充电保护，采用保护测控一体化装置。组屏安装，双套保护共组一面柜。

4、结语

智能变电站作为智能电网建设的重要环节之一，是电网最为重要的基础运行参量采集点、管控执行点和未来智能电网的支撑点，其发展建设水平直接影响到我国智能电网建设的总体高度。

参考文献：

[1]艾璐博.110kV智能变电站的设计研究[D].山东大学，2012.

[2]陈波.500kV变电站二次系统智能化设计关键问题研究[D].上海交通大学，2012.

[3]司为国.智能变电站若干关键技术研究与工程应用[D].上海大学，2010.