谈110 kV智能变电站设计

许小军

摘  要：智能变电站是当今电网发展的趋势和方向，是智能电网的变电环节，是智能电网中最重要的基础和支撑。简要论述了110 kV智能变电站的设计要点，这对其应用具有非常重要的意义。

关键词：110kV;智能变电站;电网发展;传统变电站

中图分类号：TM63              文献标识码：A               文章编号：2095-6835（2014）23-0052-02

在智能变电站的设计过程中，会运用到先进、可靠、环保和集成的一系列智能设备。它最基本的特征就是保证全站信息数字化、信息共享标准化和通信平台网络化，将自动完成信息的测量、控制、计量、检测等操作变为现实。基于当今智能变电站现有的智能化特点，结合与传统变电站的比较，将类似的变电技术和变电站设计等内容综合在一起，具体分析和探讨了110 kV智能变电站设计中出现的问题。

1  智能变电站与传统变电站的比较

智能变电站最主要、最显著的技术特征就是一次设备智能化、二次设备网络化、运行管理系统自动化，具有符合IEC61850标准的通信网络。随着各种各样智能化技术的不断涌现，技术的发展使得传统变电站也发生了巨大的变化，具体表现为：①一次设备智能化。这点主要取决于两种设备，即数字互感器和智能断路器。传统的互感器无论是在绝缘性方面，体积、质量方面，还是在TV谐振或TA动态等方面，都与数字互感器有很大的差距。而智能断路器是由智能控制装置和电力电子技术构成的执行单元，它替代了常规、传统的机械结构作为辅助开关和辅助继电器，起到了非常重要的作用。②二次设备网络化。它主要采用的是三层网络结构，即过程层、站控层和间隔层。过程层又被称为设备层，它的操作应当支持顺序控制;站控层的功能高度集成，即可以在1台计算机或是嵌入式的装置中实现，也可以在多台计算机或是嵌入式装置中分布实现;间隔层通常是指继电保护装置和与测控装置等相关的二次设备。这些层面的功能都非常强大。③与传统的变电站相比，智能变电站的通信网络是以IEC61850为标准的，无论是在规范、安装、设计、制造方面，还是运行维护等方面，都有很大的进步。与传统变电站相比，智能变电站极大地降低了作业成本。

2  110 kV智能变电站设计

2.1  关于智能化一次设备的选择

在设计110 kV智能变电站时，要注重关于智能化一次设备的选择。110 kV主变每一侧应用的都是电子式互感器，而电子式互感器是经过细致的探讨和计算选出的。无源电子式互感器的优势和功能是相对比较强大的。例如光电式电流互感器，采用的是法拉第磁光效应原理，线性偏振光在通过处于磁场环境的介质时，其偏振方向会有所改变。它的旋转角为：

.                                     （1）

式（1）中：V——光学材料维尔德常数;

H——磁场的强;

l——光线通过的路径。

当所设计的光路为闭合回路时，根据物理全电流定理可知：

.                                （2）

也就是说，只要测量出法拉第旋转角，就可以通过式（2）得出磁场强度，继而求出磁场的电流。选择这样的智能化一次设备是因为它有强大的电磁兼容性能，并且不需要向传感头提供电源。另外，输出方式选择为光通信信号。关于其他设备的选择和使用，一般的传统设备就可以满足其需要，同时配合智能终端，使其作为智能化一次设备的智能化接口，这样就能满足智能设备基本的功能要求。

2.2  采样就地数字化的设计

在110 kV智能变电站的采样就地数字化设计中，采用的设计方式是将电子式互感器与常规的互感器相结合，使其成为一个单元，实现采样就地数字化。在此设计中，应当考虑以下几方面的问题，例如，计算和分析铁芯、铜线等的使用量，最终才能决定选择什么形式的互感器，实现智能变电站低碳环保的设计理念。通常情况下，电子式的互感器的优势是体积比较小、抗饱和的能力较强、线性度较好等，能够有效避免类似传统互感器出现绝缘油爆炸、CT短线导致的高压危险等一些缺陷性问题，而且还在很大程度上节省了金属材料。另外，要想实现采样就地数字化设计，还要考虑其中涉及到的技术是否先进，经济优势是否明显，即其性价比是否合理，运行、操作是否合理、简便等，从而选择最有力、最合适、最科学的互感器。当然，在作出选择之前，要合理、细致、科学地比较多种产品的属性，之后再作定夺，以实现采样就地数字化设计的最终目的。

2.3  相关网络构架方案

网络构架方面的设计应当使用高速的以太网来实现，它的传输速率不能低于100 Mb/s，而且还要保证所有的设备都有其专属的、相应的通信接口，规约应当支持IEC61850.从逻辑功能上看，整个网络的构架是由3个层面组成的，分别是站控层、过程层和间隔层。在设计站控层的网络拓扑时，采用的结构为单星型，它的交换设备采用的是常规的工业级工作组，从而构成站控层单以太网;过程层是由采样数据网和GOOSE网构成的，这两个结构在物理上呈现出相互独立的态势，其采用的拓扑结构与站控层类似，都应当是星型的。GOOSE控制网要符合IEC61850标准，并且要是工业级别的网络交换设备，这样才能构成针对主变的相关形式的控制网。另外，由上述规定型号构成的GOOSE控制网，它的工业级网络交换设备还必须要支持GOOSE技术。在保护双重化时，相应的设计内容要满足双重化配置的过程层网络，继而满足继电保护点对点直跳、直采，满足继电保护双重化的配置在两个过程层网络中完全独立的原则。

3  结束语

总而言之，在110 kV智能变电站的设计问题上，最突出和显著的问题有以下两方面：①电子式互感器输出时应用的标准规约问题，必须要保证二次输出的规约是基于IEC60044-8的FT3。②在设计过程中，要充分考虑电压互感器的输出、电度表的配置和保护输入等多个问题的特殊性。另外，关于110 kV智能变电站的设计问题，整个工程要协调完成，尽可能让调试单位的人员提前进入工程。这样做的目的是，在设计过程中就解决其中存在的技术问题，使整个设计、操作过程更为稳妥，从而顺利完成现场调试工作。

参考文献

[1]陈文中.数字化变电站全光纤电流互感器准确度校验[J].华东电力，2009（12）：22-28.

Smart Talk 110 kV Substation Design

Xu Xiaojun

Abstract： Intelligent substation is the trend and direction of development of today's power grid， smart grid substation areas， is the most important smart grid infrastructure and support. Briefly discusses the 110 kV substation intelligent design points that its application has very important significance.

Key words： 110 kV; intelligent substation; grid development; traditional substation