解析110kV 智能变电站设计及其可靠性

李为春 梁志达

摘 要：随着我国刹一会经济的发展，工农业生产和人们的日常生活中的用电量不断增加，相应的变电站和发电站的数量也在不断增多，变电站的维护工作量越来越大。智能化变电站的发展与应用能够很好地提高变电站的工作效率，降低人工成本和人工工作量。本文探讨了110kV变电站智能化设计及可行性、可靠性等。

关键词：110KV；智能变电站；可靠性；创新发展

我国社会经济的高速发展推动了智能化变电站的发展和应用，智能化变电站极大地提高了变电站的工作效率，降低了传统常规变电站的人工维护工作量，同时不断成熟和完善的智能变电站提高了变电站的可靠性，对于能源的节约和高效利用有较大帮助。常规的变电站在当前的发展形势下，具有一些与时代发展不符的缺陷，主要表现在常规变电站建设成本高的同时，建设投资的资源重复和资源分散性较大，不利于资源的高效利用。同时常规非智能变电站调试、维修复杂，以及系统交互性差，变电站运行过程中存在的安全隐患较多。现代化的技术手段推动了电气自动化和电气智能化技术的发展，使得智能化变电站技术在电网建设中得到了广泛应用，对于我国电网建设改造和智能化电网的发展具有积极意义。

1 智能变电站结构特点分析

智能化变电站通过先进的现代智能电气化和电气自动化技术实现高效可靠以及环保的智能化、数字化、网络化和信息化的变电站，智能化变电站具有信息网络数字化、通信网络信息化、共享化的综合变电站平台，同时智能化变电站具各智能信息采集、自动测量、自动控制、自动维护以及保护、检测、报警等综合能力，且能够在电网运行中实现智能化调节、在线自动分析决策以及电网自动控制等功能。

智能化变电站的组成主要由过程层、间隔层、站控层三个组成部分构成，常见的具体结构形式如下图所示：

图一常见智能化变电站结构图示

过程层主要由电子式互感器以及智能单元、智能一次设备等智能组件组成，同时还包括变压器、电流互感器、断路器、电压互感器以及隔离开关等组成，同时还有一些其它的智能电子装置，过程层主要利用电子式互感器以及智能化变压器实现开关智能化控制。间隔层主要由以太网串联起来的二次设备如RCS保护设备、RCS测控设备以及IED监测功能设备组等组成。间隔层通过数据链接，再作用与一次设备上，从而实现传感器、控制器以及远程输入信息之间的通信。站控层主要有工作站、运动站以及监控系统、通信系统、站域控制系统以及时钟系统等组成，以实现对全站设备整体监控和数据实时采集、能量反馈信息采集以及变电站保护管理控制等。

2 110kV智能变电站设计

2.1智能变电站一次设备智能化设计

110kV智能变电站的一次设备智能化设计根据实际应用的需求，在110KV智能化变电站的变压器中采用电子式传感器，通过传感器传输光纤信号，将光纤和磁光玻璃以胶结的形式联合控制，能够有效缩短变电站的维护周期，同时能够实现对闭环回路的精确控制，实现了电路的动态控制在一次设备智能化设计过程中，采用智能化断路器，用智能化控制替代传统的机械断路器和继电器，提高了系统的智能化程度和可靠性在其它一次设备不变的情况下统一智能化接口，最终确保电力系统的稳定性和可靠性。在110kV智能变电站的供电系统中采用中置式智能真空开关柜能够有效保证智能终端配置在主变压器的低压一端智能保护监测出线电流和电压，使系统中的各项参数满足系统使用要求，避免所有出线柜都要单独配置智能终端的缺陷。

2.2智能变电站二次设备的智能网络化

智能变电站二次设备的智能化及网络化是110kV变电站智能化的关键。二次设备的网络化通过IEC61850标准结合光纤设备以分布式控制的方式替换了传统一次设备中的总线控制方式，使信息控制更加准确和标准，实现了智能变电站的动态监控方式。在110kV变电站中以辐射方式对外供电，在分段位置或内桥位置安装保护装置能够有效保护变电站的设备安全。110kV变电站通过高速以太网组网实现高速传输速度，保证所有智能设备上相应传输效率以及正常通信。对于站控层的网络应当采用单行新式，采用工业级的工作组网络交换装置，形成站控层专用以太网而过程层网络主要有SV網和GOOSE网，其在物理分布上是独立进行的、互不干扰的，其拓扑结构应选择使用星型，且系统需要具备保护双重化性能，则在相对应的过程层网络配置也要进行双重化，同时应确保继电保护符合有关规定，其双重配置的过程层网络相互对立。

3 110kV智能变电站可靠性研究

所谓可靠性是指设备系统以及其中的元器件在预定时间内完成规定功能的概率。可靠性是评价设备系统是否能够高效实现预定目标的评价尺度。变电站的可靠性通常用失效率来表示，变电站设备失效率根据变电站的设备故障、事故的统计数据可以得到具体的数值变电站设备中的关键设备如主变压器、负荷开关、断路器等设备的可靠要求较高110kV变电站设备可靠性行业内一般规定应在99%以上，才能满足电网供电要求对于智能变电站而言，由于智能变电站中加入了智能一次设备，使智能变电站的故障率低于常规变电站。智能变电站的主要设备可靠性研究主要有以下几个方面：首先集线器作为智能变电站中信息收集和信息传输的端口装置，通常平均无故障周期为一百年以上。智能变电站中使用较多交换机，以实现智能交换机装置对传输数据的监视，网络模型中的数据交换机根据一般的使用周期和数据使用频率来看，交换机的平均无故障周期通常在10年以上。区别于传统变电站设备，智能变电站中的路由器作为连接不同网络的重要工具，其故障率也影响110kV智能变电站的可靠性。通常路由器的故障率在实际网络模型中出现故障的概率较低，因此在智能变电站中使用路由器的故障率也与实际网络模型中类似，大约为平均无故障周期9年以上。

4 结语

总之，智能变电站作为未来变电站的发展趋势，不断提高智能变电站的稳定性和可靠性，加强关键技术的研发与突破是当前智能变电站发展关键。