110kV智能变电站电气设计探讨

陈兰兰

智能变电站是智能电网的可靠支撑，是承担输配电的枢纽。在对智能变电站进行科学合理的设计与规划过程中，需加强对智能变电站中的电气设计。本文首先选取电气主接线、防雷保护、监控系统、电源系统等要点，对 110kV 智能变电站的电气设计进行了简单分析，其次阐述了智能化一次、二次设备在变电站中的应用，以供参考。

110kV变电站;智能设备;电气设计

一、引言

随着我国科技技术的不断发展，变电站也逐渐实现了智能化发展。110kV变电站是电力系统中的重要组成部分，与电力系统的供电稳定性有着密切关系，而电气系统则直接决定110kV 智能变电站的性能。为保证其发挥应有的效果，需要做好电气系统的设计。

二、电气设计要点

2.1电气主接线

选择变电站主接线需要充分考虑变电站在整个系统中的作用、地位、电压等级、位置、进出线及站内变压器容量和台数等条件。线变组接线具备使用高压设备少、投资及土地占用少、继电保护简单、接线方式简洁等优势，且在任一电源出现失电的状况时，可通过备用自投转移负荷，以便在最短的时间内恢复供电。单母线接线方式下，110kV 变电站的电源进线选择两路接 110kV电网，该方式具备运行灵活、方便且供电稳定性高等优点。如果出现主供电源失电的状况，可通过高压备用自投的方式实现供电的自动恢复。内桥接线形式则具备所需断路器少，且方便实现电路的投入及切除等优点。一旦有线路故障发生，只有断路器会断开，其他回路的正常运行不会受到影响的优点。

不同的接线方式有着不同的优势，也被应用在不同的需求和环境方面，在接线方式的选择上，除了要结合各种接线方式的优缺点外，还要充分考虑各种接线方式的技术性和经济性。只有确保可行的技术性和经济性，才能选择出经济、合理的接线方式，以促进整个电气设计的合理化。

2.2 防雷保护

从雷电对变电站的危害性来分析，需选择合理的手段对110kV变电站进行保护，避免其受到雷击，从而引发一系列不良反应。变电站防雷设计主要涉及直击雷保护及过压保护。为防止直击雷对设备的冲击，一般采用设置屋顶避雷带构成主建筑物及变压器的直击雷保护。针对沿送电线路雷电侵入波的过电压，110kV电压配电装置可在每条出线设置一组氧化锌避雷器的方式进行保护，10k电压等级配电装置可在母线上设置一组氧化锌避雷器的方式进行保护。此外，变电站主接地网可采用网格布置，利用水平接地体为主，垂直接地体为辅而构成的复合接地网，主要设备接地端子应采用引下线分别接入主接地网不同网格。

2.3 监控系统

智能变电站监控系统的设备配置和功能要求应按无人值班模式设计，采用开放式分层分布式网络结构，逻辑上由站控层、间隔层、过程层以及网络设备构成。     站控层可采用一体化监控系统，按《智能变电站一体化监控系统建设技术规范》设计，由监控主机兼操作员工作站、数据服务器、综合应用服务器、数据通信网关机、防火墻、正反向隔离装置、网络打印机、交换机等设备构成，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，并与远方监控、调度中心通信。间隔层由保护、测控、计量、故障录波及网络分析等若干个二次子系统组成，在站控层及网络失效的情况下，仍能独立完成间隔层设备的就地监控功能。过程层由合并单元、智能终端等构成，完成与一次设备相关的功能，包括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。站内监控保护统一建模，统一组网，信息共享，通信规约统一采用DL/T 860，实现站控层、间隔层、过程层二次设备互操作。

2.4 电源系统

变电站电源系统主要由站用交流电源、直流电源、交流不间断电源、直流变换电源、蓄电池组等组成。各应进行一体化设计、一体化配置、一体化监控。首先系统中各电源通信规约应相互兼容，能够实现数据、信息共享。其次系统的总监控装置应能通过以太网通信接口采用DL/T 860规约与变电站后台设备连接，实现对一体化电源系统的远程监控维护管理，其系统结构见图2-1。

同时，系统应具有监视站用交流电源、直流电源、蓄电池组、交流不间断电源、直流变换电源等设备的运行参数的功能;应具有交流电源切换、充电装置充电方式转换等功能。

三、智能设备的应用

智能变电站主要由智能一次设备、智能二次设备和智能辅助设备组成，其中，“智能”指能够对自身的物理状态进行监测和预估，并能通过一体化的通信平台对异常的状态进行信息传递，同时通过执行机构对故障环节进行处理并实现自愈的功能。

3.1一次设备

智能化的一次设备是建立在传统的一次设备上，添加对应的智能组件构成。智能组件是指由若干智能电子装置集合组成，主要承担宿主设备的测量、控制和状态监测等基本功能，以及相关计量、保护等功能。与传统的一次设备相比，最大的不同在于智能化一次设备能够对自身的状态进行检测并能与外界交换测量信息。

对于智能化一次设备来说，其技术的主要特点就表现在模拟数据下的数字化，具体来说就是在检测与控制一次设备的过程中，要对相关操作仿真参数进行相应的转换，采用数字信号进行信息数据的传输。传输期间，在直观反映其真实状态的同时，可通过数据分析来决定是否将操作信号下达给主要设备，以此来有效实现系统的互动。

3.2 二次设备

智能化的二次设备可以理解为网络化的二次系统，主要承担状态监测、系统保护、一体化信息传递及全站通讯的功能。智能辅助设备则主要实现安防、消防、视频、环境监测等功能，并实现信息的统一管理，实现与监控系统的信息共享和操作联动，为无人值守提供技术支撑。

与常规变电站相比，智能变电站在设备上采用智能设备，可实现设备运行状 态的可视化，设备由定期检修转化成状态检修，提高了设备的使用效率和供电可 靠性，这些措施都提高设备的整合度，简化设备配置，减少了安装、检修、运行 与维护的成本。

3.3 高级应用

高级应用功能是智能变电站与常规变电站的核心区别，是提高智能变电站自动化、互动化程度的关键功能。智能电网要求变电站通过对全网运行数据分层、分级的广域实时信息统一断面采集，实现变电站智能柔性集群及自协调区域控制保护，支撑各级电网的安全稳定运行和各类高级应用;设备信息和运维策略与电力调度实现全面互动，实现基于状态监测的设备全寿命周期综合优化管理。

在高级应用功能应用深度和完整性方面，分如下两类：

（1）完整功能：此部分应用基本上仅与站内功能相关，要求完整功能实现，应作为高级功能的基本配置实现，此部分功能包括：顺序控制、智能告警、状态可视化、故障信息综合决策分析、智能操作票、远程运维等。

（2）部分功能：此部分应用要完整实现需主站端相应功能升级配合或需具备一定的外部条件，在设计时可与主站端或外部配合预留功能接口，此部分功能一般包括：源端维护、分布式状态估计、新能源接入等。

智能变电站在传统数字变电站的基础上，更加注重和强调面向全站的数据采集和共享、一二次设备的融合，以及系统的自动控制与调度。可以预见，在未来社会发展过程中，变电站设计问题将会越来越受到关注，也会有更多的先进技术被合理的应用到变电站设计过程中，使其性能不断被完善，为用电需求用户提供更为全面且安全的服务。

[1] 何牧. 110kV变电站一次电气设计探析及其对变电站智能化的要求[J] .科技与创新，2016（20）：143.

[2] 陈进. 110kV智能化变电站电气系统设计[D] .湖南大学，2014.