智能变电站模块化设计研究叶芳

智能变电站模块化设计研究叶芳

叶芳李冬冬

(国网浙江省电力有限公司温州供电公司浙江温州325000)

摘要：随着大规模可再生能源和电动汽车接入的柔性电网正在形成，同时信息化和电力电子技术的发展，新的技术和设备不断出现，新技术在模块化变电站设计中的应用成为必然。本文以35kV~750kV智能变电站为研究对象，对基于模块化的智能变电站设计的发展趋势和面临问题进行研究，分析与智能变电站相关的新技术和设备以及对模块化智能变电站设计的影响。

关键词：智能变电站；模块化；设计

1智能变电站设计发展

变电站设计的目的是通过采用新的技术和设备，为实现系统变电的高可用性、可靠性和操作灵活性而提供的一套经济解决方案。自上世纪未，变电站逐步从传统变电站“面向功能”(保护、监控、录波、计量、通信、远动等)的设计，朝着“面向间隔”(主变压器、出线、母线、母联、分段开关等)的设计发展，实现从面向专业/功能到面向对象/间隔的转变。按照间隔的设计原则遵循了电力系统变电站按照间隔建设、运行维护的特点。基于模块化的智能变电站设计，是在继承基于“间隔”的设计思想基础上，进一步将各个不同专业变成基本、公用以及子模块，在变电站的各个模块再进行拼接从而形成一个整体的最终规模。

变电站现进行模块化设计要求设计过程中需要考虑电网环境的影响，通过详细设计确定变电站的功能和空间布局。包括各类安装设备在变电站中的空间限制，与其他设备的连接性、所需的电气、电磁间隙，以及初始安装和维护的通道等。变电站所处区域的环境也影响开关柜的选型，如操作温度范围、油封和防火等要求。变电站的通信线路及接地系统设计要保证安全，同时也要避免对控制电路的干扰和由于电磁感应而产生的环流。模块化和设计标准化发展促使高压变电站中新开关设备以SF6装置为主，在规范和安装阶段需要考虑设备全寿命周期，确保设备的气体密封性能够满足要求。随着更多的功能被纳入智能变电站管控系统中，现有标准的测试方法也将有所改变，入厂验收测试和最终调试都将变得十分必要。

2GIS智能组件柜模块

2.1智能组件柜设计方案

本方案将GIS本体(带机构箱)作为1个模块,将传统汇控柜、智能组件柜过程层智能终端及合并单元、智能组件柜间隔层保护测控装置作为1个模块。按照一、二次整体组合模式,第1个模块由一次设备厂家负责,第2个模块由一次设备厂家担任集成商、二次设备厂家配合,将过程层、间隔层设备布置在汇控柜中,2模块间的接口采用航空插头预置电缆连接。

220kV设备为分相断路器,元件数量较多,又有过程层、间隔层二次设备。布置时,传统汇控柜内继电器等元件布置在下方,模拟接23线及按钮、指示灯布置在中间,远方/就地转换开关、联锁/解锁开关、电磁锁布置在上方;保护、测控、合并单元、智能终端、交换机按单套组合布置于两侧。

结合220kVGIS间隔宽度(2000mm),标准化220kV智能组件柜采用1800mm(宽)×800mm(深)×2000mm(高)柜体并与一次设备成套供货。

110kV智能组件柜内装设既有GIS的二次元件,又有过程层、间隔层二次设备。布置时,两部分采用竖向布置,采用小型化的模拟接线。将按钮、指示灯、远方/就地转换开关、联锁/解锁开关、电磁锁布置在下方;将间隔内保护测控装置、合并单元、智能终端、交换机及计量表布置于上方。

结合110kVGIS间隔宽度(1000mm),标准化110kV智能组件柜采用800mm(宽)×800mm(深)×2000mm(高)柜体并与一次设备成套供货。

2.2工厂内GIS联合调试

工厂内可进行控制及保护系统的全站联合测试,对每个智能组件、每个智能组件柜及每个功能进行测试,大大减少现场安装调试的工作量。

设备到现场后,进行功能复测即可,调试的工作量已在工厂内完成,减少了现场的调试周期。

3主变智能控制模块

3.1主变本体智能模块

主变本体智能模块的实现是在传统变压器基础上植入铁心接地电流传感器、油气传感器、局放传感器,增加智能组件,利用数字化和网络化技术通过变压器状态传感器和指令执行元件,实现变压器状态的可视化、控制的网络化和自动化。智能组件需要与变压器主体进行一体化的统一设计,并承担过程层或间隔层的全部计量、检测、控制和保护等功能。

3.2主变本体智能组件柜模块

智能组件柜是若干IED、智能组件的集合,安装于变压器设备旁,承担与变压器设备相关的测量、控制和监测功能。智能组件柜模块与主变本体智能模块形成一个有机整体,使变压器逐步完善为智能化设备。

主变本体智能组件柜是智能变压器的核心部分,包括变压器智能化单元(TIED)、智能终端(集成非电量保护功能)、合并单元及电源系统。

变压器智能化单元TIED主要用于变压器运行状态的在线连续监测和综合评估诊断。通过传感器采集的数据经TIED(集成油气监测IED及局放监测IED功能)进行分析、统计实时获取变压器的运行状态参数,结合内嵌的评估诊断技术模型;完成对变压器运行状态的综合评估诊断。最终通过光纤以太网接口与站控层设备通信。

4交直流一体化电源模块

4.1交流系统模块

交流系统采用GQH-SPC智能开关组件配电系统。

将交流进线开关、带旁路抽出式PC级ATSE自动转换开关、互感器、指示灯、交流智能监控装置等合理设计智能双电源切换模块。此模块化设计采用带旁路的抽出式ATS,解决了故障检修不停电问题,其快速组装的理念解决了ATS进线的生产标准化问题。

将馈线开关、传感器、智能电路等创新设计为模块-智能馈线开关组件模块,实现标准化模块生产,快速组装,保证在不影响其他断路器运行下,独立检修单个断路器、传感器及智能电路等配件及指示灯可在断路器不断电的情况下进行检修更换。

4.2直流系统模块

直流系统中电池采用间接并联智能电池组,将单只蓄电池与匹配的AC/DC充电电路、DC/DC升压电路等部件进行模块化设计,并通过多套模块并联,组成满足实际需要的直流电源系统,取代传统设计中的“充电机+蓄电池组+蓄电池巡检”的装置组合。

5综合自动化模块

5.1变电站二次系统组网结构

二次设备系统采用“自动化系统层+智能设备层”2层结构,中间构建自动化信息传输网络。各间隔的保护测控及合并单元和智能终端均下放到GIS汇控柜和开关柜内,按一体化智能设备的模式构建。通过统一的系统平台、简洁的配置工具,可灵活组态各种应用功能,层次清晰,结构简单,扩展方便。

5.2综合自动化模块

综合自动化模块设备主要布置于二次设备室,其组屏采用模块化组屏方式,对屏体按功能组合,同一模块下的屏柜拼接在同一底座下,在工厂完善屏体之间的相关电气回路,不同模块之间的电气连接采用预置光、电缆。设备运输至现场后分模块安装在指定位置,具体模块分类如下:一体化监控系统模块;主变保护、测控、计量模块;此外用于站控层的一体化电源模块、通信模块也布置在二次设备室。

结论

变电站二次设备设计为模块化结构,相关设备模块都在工厂内安装完毕,并完成内部连线和调试,把模块运到现场后只需进行外部连接、整体联调,则可以较好地减少现场安装、调试工程量,同时降低综合造价,使不同场合变电站的建设多一些选择方案。在智能变电站建设的推动下,变电站模块化的技术、产品和实施经验一定会很快成熟起来,将会成为国内变电站建设的选择方案之一。此外,电网建设的模块化、标准化对建设效率、管理、维护成本等方面也具有重要意义。

参考文献：

[1]柳国梁,张新育,胡兆明.变电站模块化建设研究综述[J].电网技术,2018,32(14):36-38.

[2]陈萍,张继军,郭文忠,等.数字化变电站保护下放问题探讨[J].电力系统保护与控制,2018,37(1):98-100.

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