摘要：在绿色环保的倡议、可持续发展的战略下，加大了风电、光伏等新能源项目的建设，而采用110千伏数字化变电站可使智能电气化设备共享信息和互相操作，提高风电、光伏电站的自动化水平。如今，110千伏数字化变电站电气二次设计还不完全成熟，需要进一步发展。本文主要介绍数字化变电站的内涵，并分析110千伏数字化变电站的电气二次设计。
关键词：110千伏；数字化变电站；电气二次设计
引言
在发展网络技术与光纤通信的进程中，变电站系统逐渐朝数字化方向发展。数字变电站实现了采集、输送、分析信息的数字化，大大提升了信息的传输质量与传输效率，能有效提升供电的稳定和可靠性。为此，要加强110千伏数字化变电站的电气二次设计。
1.数字化变电站的内涵
数字化变电站采用先进、集成、可靠和环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，具备自动完成信息采集、控制、保护、测量、计量和检测等功能，同时还支持电网实时自动控制、智能调节和分析决策等高级功能。数字化变电站还可以通过计算机网络实现信息传输、接收和资源的共享。
建立数字化变电站的通信基础是61850通信规约，其构建组成主要是：智能一次设备与网络二次设备的分层。其中，智能一次设备主要包括智能开关、电子互感器等；网络二次设备的分层则包括了站控层、间隔层和过程层，能达到变电站中智能化电气设备共享信息、互相操作的目的。
相比传统变电站，数字化变电站的优势主要是：（1）数字化变电站新增了过程层，也就是在数字化变电站的通信网络中纳入电气一次设备，对变电站实现数字化、自动化的一种重要技术变革[1]。（2）间隔层中的设施具备网络化特征，能直接把数字信息传送至站控层交换机中，不再使用串口接口设备来转换，交换信息的速率得到大幅度提升。（3）拥有智能化开关设备，这种高性能设备不仅包含了执行器、传感器、数字化通信接口和电子设备等基本组成，同时也包含了对设备的监视和控制的功能，特别是在诊断与监测方面的优势比较明显。（4）电气一次设备与间隔层都配置了智能化终端，各个终端间借助光纤通信实现有效连接，不再使用测控柜的电缆线连接，智能终端借助电气回路和测控装置、保护装置进行连接。（5）在变电站通信中，应用通信规约。一方面对网络通信最新技术进行充分利用，另一方面则达到二次设备灵活配置功能与操作、共享信息等目的。
2.数字化变电站电气二次网络设计
2.1站控层和间隔层的网络
在110千伏数字化变电站中，站控层和间隔层网络宜采用单星型以太网络，同时可传输MMS报文与GOOSE报文。MMS信息在站控层和间隔层网络中传输，同时包含四遥信息及故障录波报告信息。GOOSE信息在站控层和间隔层网络中传输，用于间隔层设备间的通信，同时包含了测控闭锁信息等。站控层主要包括监控系统、站域控制、时钟同步系统、通信系统等，完成数采与监控、五防操作闭锁以及电能采集、保护信息管理等功能，实现对整个变电站设备的监视、控制、告警和信息通信等功能。间隔层设备包括继电保护装置、测控装置、主IED等设备，具备通过一个间隔的数据来进行监控该间隔一次设备的功能。
2.2过程层的网络
在110千伏数字化变电站中，通过相关的网络设备可使过程层网络完成过程层设备之间、间隔层设备之间及间隔层与过程层设备的数据通信，并可传输GOOSE报文和SV报文。过程层包括隔离开关、接地开关、主变压器、断路器、电子式电流电压互感器等一次设备及其对应的智能终端、合并单元和在线监测等装置。
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3.继电保护的配置方案
在110千伏数字化变电站电气二次设计中，采用线路微机光纤分相电流差动保护作为110千伏线路主保护，三段式相间距离及接地距离保护作为后备保护，相关的智能终端、合并单元和保护装置一般采用单套配置。110千伏母线可根据工程大小的总体规划采用单母线接线或者单母线分段接线，可根据需要配置相应设备如具有母差保护功能的数字化母线保护装置、具有过流、充电保护功能的数字化母联保护装置。110千伏主变压器电量保护按单套原则配置，非电量保护采用就地直接电缆跳闸。整个变电站统一配置 1 套故障录波及网络记录分析一体化装置用于全站的故障录波并上送至保信子站系统。在电力系统事故或紧急情况下，为保证电力系统的稳定性，配置相应的安全自动装置。另外，整个变电站配置 1 套公用的时间同步系统，主时钟单套配置。
4.监测和辅助控制系统
在110千伏数字化变电站电气二次设计中，配置了一套辅助控制的系统，这个系统能自动控制环境监测、功率预测、火灾报警、视频监控等系统，对各个终端装置传输的视频图像、开关量和模拟量做实时接收，同时要对各类信息实施分类储存，并统计、分析、计算与判断。（1）环境监测，其主要功能是对变电站SF6浓度、环境湿度和环境温度等进行监视。（2）功率预测，在风电场可配置风功率预测系统，在光伏区可配置光功率预测系统。根据现场采集的监控数据和环境数据以及历史统计数据，得出短期和超短期预测结果，为电网调度系统合理安排发电计划提供重要参考。（3）火灾报警，在二次设备室、各电压等级配电室、蓄电池室和GIS室等重要场所安装感烟探测器、感温探测器、感温电缆、手动报警按钮、消防电话等，并与监控系统通信。在发生火灾的时候，能实现自动报警和消防联动。（4）视频监控，在二次设备室、各电压等级配电室、蓄电池室和GIS室等重要场所和变电站内一些关键性进出口配置摄像头、红外对射探测器和门禁设备，采用全数字方式，借助远程图像将站内环境、各个设备运行的具体情况直观显示出来，从而保证变电站安全运行。
5.电能计量系统
在110千伏数字化变电站的电气二次设计中，在110千伏出线侧设置关口点，在低压侧35千伏或10千伏各个集电线路处设置考核点，并配置有功0.2S级，无功2.0级的电能表。电能表的电能量送到站内电能采集装置后最终通过光纤通道送至远方计量主站。
6.交直流电源系统
在110千伏数字化变电站的电气二次设计中，直流系统的主要为继电保护、监控系统、UPS以及事故照明等供电。比如某变电站直流系统配置了电压为DC220V、容量为300Ah的两组阀控式密封铅酸蓄电池，并布置在专用的蓄电池室内。直流系统采用单母线分段接线，两段母线之间配置联络开关。充电装置采用高频开关电源，模块按N+1配置为5*20A。直流系统配有电池巡检仪、系统监控单元等，与站内监控系统通信。另外，变电站中还设置了两套10kVA的交流不间断电源装置（UPS），冗余配置、互为备用，对火灾自动报警装置、计算机监控系统等重要负荷供电。
7.结语
在110千伏数字化变电站的电气二次设计中，通过设计网络结构、继电保护装置、监测和辅助控制系统、电能计量系统、交直流电源系统与计量装置等，实现变电站的数字化。数字化变电站借助网络和光纤实现共享设备数据，共享资源的目的，电力系统可靠性得到大幅度提升。
参考文献：
[1]郭一堃.基于数字化变电站电气二次设计相关内容的探究[J].工程技术：全文版，2015（12）：00188-00189.
[2]马飞伟.110kV数字化变电站电气二次工程设计分析[J].大科技，2017（2）.
[3]李灵燕.浅谈某110kV数字化变电站电气二次设计研究[J].华东科技：学术版，2015（4）：215-215.
论文作者:林柏武
论文发表刊物:《电力设备》2018年第5期
论文发表时间:2018/6/13
标签：变电站论文; 设备论文; 电气论文; 间隔论文; 系统论文; 信息论文; 母线论文; 《电力设备》2018年第5期论文;