(沧州同兴电力设计有限公司 河北省沧州市 061000)
摘要：土地资源为不可再生资源，随着社会经济的快速发展，变电站选址与城乡规划、国土资源部门的矛盾日益突出。优化电气总平面布置，最基本有效的途径是对总平面布置及配电装置进行优化。已有研究结果表明：合理优化变电站总平面及配电装置布置，可压缩变电站占地面积；提高围墙内的用地系数，可减少土建投资；通过缩短设备连线、电缆、电缆沟、所内管道、道路等长度，可提高全寿命周期经济效益。
关键词：110kV；智能变电站；企业电网；优化设计；分析
引言：经济的飞速发展，使得社会得到了不断的进步，新的科学技术和设备层出不穷，也使得社会对于电力能源的需求不断增加。为了确保电力系统运行的稳定性和安全性，智能变电站成为电力系统变电站发展的必然趋势，也是实现智能电网的基础和前提。智能变电站可以通过智能化的设备，对电网进行智能调节和实时控制，保障电网的顺利运行，对于电力系统有着十分巨大的影响，必须引起相关电力管理人员的重视。
1.智能变电站概述
1.1定义
智能变电站，主要是利用现代化的智能设备，通过相应的组合和处理，实现变电站信息的数字化、通信平台的网络化以及信息共享标准化，并自动对电力网络的运行信息进行采集、测量、控制、保护以及检测等，同时，可以根据实际工作的需要，对输配电网进行实时控制、在线决策分析、协同互动等功能，实现与周边变电站的交流互动的。智能变电站作为一种新兴的变电站形式，是在数字化变电站的基础上发展和演变而来的，可以实现变电站系统的自动化和智能化，是智能电网运行和控制的关键。
1.2基本结构
一般情况下，智能变电站是依据IEC61850标准的规定进行构建的，从物理结构划分，可以分为智能化一次设备和网络化二次设备，从系统功能结构划分，可以分为站控层、间隔层和过程层。站控层的功能主要是对变电站现场设备的监控和管理，同时可以实现设备之间的信息交互，主要由监控系统、保护信息管理系统、火灾报警系统、防误闭锁系统等组成；间隔层设备包括计量设备、测控设备等接入其他智能设备的规约转换设备，其主要作用在于对线路、变压器等设备的保护；过程层设备主要有变压器、断路器等一次设备以及相应的智能组件和智能电子设备，可以完成相应矢量的采集以及控制命令符的发送等一次设备的相应功能。
2.智能变电站的设计要点
2.1智能化一次设备的选择
首先，110kV智能变电站由于实际工作的需要，在主变侧，采用的是电子式互感器，主要使用光纤作为信号的传输元件，采用胶结的方式对磁光玻璃与光纤进行连接，相对来说，维护周期较短，而闭环控制技术也保证了其自身的精准度和较大的动态范围。其他一次设备可以保持原有设备不变，同时使用智能终端作为一次设备的智能化接口，实现电力系统的运行要求。其次，对于110kV电力系统中的配电装置，使用中置式真空开关柜，由于其各出线的保护测控装置统一安装在各自的开关柜上，因此，只需要在主变低压侧外配置智能终端即可，不需要在每个出线柜上都进行配置。
2.2构建网络构架
组网形式使用高速以太网络，可以确保系统的数据传输速率不低于100Mb/s，同时使所有设备都具有对应的通信接口，且支持IEC61850规约。按照逻辑功能，可以将网络划分为过程层、站控层和间隔层三个部分。对于站控层而言，其网络拓扑采用单星型结构。对于110kV电力网络，使用常规工业级的工作组网络交换设备，形成站控层单以太网；而对于GOOSE控制网，可以采用IEC61850规约要求的工业级网络交换设备，相应的设备必须支持GOOSE技术。过程层网络可以分为GOOSE网和采样数据网，从物理特性方面看，两者之间相互独立，其网络结构为星型拓扑。针对系统保护双重化的特殊要求，要确保相应的过程层网络为双重化配置。在对网络进行构建时，为了保证电力系统的安全，要满足继电保护的相关要求，坚持双重化配置的两个过程层网络完全独立的原则。
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3.技术设计关键点
3.1设备布置
根据《110（66kV～220kV智能变电站设计规范》，智能组件宜下放安装至一次设备智能控制柜内，省去这部分一次设备和二次设备间的控制电缆，由一次设备控制柜直接用光缆与保护设备连接，以减少数字化变电站内控制电缆数量，便于后期施工和维护。
3.2光缆设计
除线路保护专用通道外，站内宜采用多模光纤，选择光纤线径时需由数字化保护厂家确认。站内光缆宜采用非金属加强芯光缆，这种光缆相对柔软，便于施工敷设。站外宜采用铠装非金属加强芯阻燃光缆，当采用槽盒敷设时，宜采用非金属加强芯阻燃光缆。每根光缆宜备有2～4芯，光缆芯数宜选4、8、12和24芯。其中，电流、电压和跳合闸控制回路等需要高可靠性的接线，应采用相互独立的光缆，其余起始点相同的光缆宜整合。
3.3控制电缆设计
主变压器非电量保护由本体智能终端实现，根据规范要求主变压器及电抗器非电量保护应采用电缆直接跳闸，应敷设本体智能终端至主变压器各侧智能终端的跳闸控制电缆，此处与其他光缆跳闸回路有所不同。母线PT合并单元已经具有电压并列功能，但是只能通过光口传输给数字化保护和数字式电能表使用。
3.4虚端子设计
在传统的微机保护中，互感器二次输出及一次设备开关量通过控制电缆接入端子。由于GOOSE、SV输入输出信号在网络上传输的变量，与传统屏柜上的端子存在对应关系，为了形象地理解和应用这些信号，将其称为虚端子。IEC 61850建模标准虽未明确规定二次虚拟回路的建模方法，但标准中规定可以在逻辑节点的Inputs（输入）部分绑定外部信号，虽然包含的信息有限，但仍能满足虚拟二次回路的应用，包括配置全站SCD、统一映射等应用。在实际工程中，虚端子设计可以采用表格形式进行虚拟连线。
4.优化方案
4.1设备布置优化
在设计中，由于用户单位要求，110kV智能组件未安装于一次设备控制柜内，独立组柜安装于一次设备控制柜旁，造成保护柜与控制柜之间连有14根控制电缆，增加了施工工作量，也不便于日后维护检修。根据规范要求及国家电网运行经验，可以采用以下两种设备布置优化方案。方案一：将智能组件安装于一次设备控制柜内，控制及采样回路采用内部配线方式，用光缆与保护设备连接。方案二：将智能组件和保护装置全部安装于一次设备控制柜内，控制及采样回路采用内部配线方式，数字化设备间采用跳纤连接，柜体宜采用加宽型。上述两种方案均免去了原设计中复杂的电缆接线，很大程度上减少了施工和维护的工作量。
4.2光缆部分优化
本次设计中，为满足施工单位提前申报材料，光缆全部采用24芯。虽然增强了接线可靠性，但是在非重要接线中（组网、对时等）造成光缆过多，增加了敷设工程量。所以在今后的设计中，应根据实际情况整合光缆，减少施工敷设工程量。
总结：智能化变电站在系统可靠性、经济性和维护简便性等方面均比常规变电站有较大提升，使其成为变电技术发展的重要方向。总之，智能变电站相比于传统变电站，有着巨大的优势，可以有效保证电力系统的稳定和安全，需要引起相关设计人员的重视，推动智能变电站的发展和普及。
参考文献：
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[2]段培明,许美娜,石磊,李东升,王晓丹.220kV智能变电站设计存在的问题及优化分析[J].科技展望,2014(19):101.
论文作者:魏俞芝,孙静,许晓丽
论文发表刊物:《电力设备》2019年第5期
论文发表时间:2019/7/24
标签：变电站论文; 设备论文; 智能论文; 光缆论文; 网络论文; 电缆论文; 回路论文; 《电力设备》2019年第5期论文;