110kv数字变电站的技术设计及应用研究.pdf
任卫东
【摘 要】110kV数字化变电站具有运行稳定性高、方便维护管理等优势，已经在国内变电站建设中得到广泛应用。本文将对110kV数字化变电站的技术设计关键点进行分析，包括系统设备配置、网络结构模式设计和运行维护设计等。在此基础上，探讨110kV数字化变电站的实际应用效果。
【关键词】110kV变电站；数字化技术；系统设计
0 前言
随着数字化技术的快速发展，国内数字化变电站建设水平不断提升，110kV变电站技术设计逐渐成熟，在实际应用过程表现出巨大优势。
1 110kV数字化变电站的技术设计关键点
1.1 110kV数字化变电站的设备配置方案设计
110kV数字化变电站通过采用智能设备实现设备互操作功能，遵循IEC61850通信标准，能够实现信息交互和信息共享，并通过保护和测控装置的配置，为系统的运行稳定性提供保障。110kV数字化变电站的设备配置方案设计主要包括以下几方面内容：
1）保护配置，以华安变电站为例，采用三台以太网交换机和两套远动通信装置进行通信屏配置，并配置有两套主变测控装置，提供一体化保护。其他保护装置包括110kV母联保护装置、桥保护装置、网络记录及分析装置、供电安防控制器、汇控柜、开关控制柜等；
2）数字采集装置配置，采用模块化设计方法，将采集装置划分为多个模块，具有较高的灵活性和可靠性，能够实现大容量信息实时处理和高精度数据采集功能。采用高分辨率A/D转换器，支持多种对时方案，硬件具备智能自检功能，抗干扰能力强；
3）智能终端配置，采用JFZ-600R智能终端，支持IEC61850标准协议，具备自动检测盒自我诊断功能，能够对事件进行完整记录，断电不会导致数据丢失。内部插件采用前插拔设计方式，可以为设备调试和维修提供方便，硬件平台兼容性高，易于扩展；
4）测绘装置配置，采用PCS-9705测控装置，对间隔层数据进行测量控制，基于面向对象思想进行设计，能够实现软件与硬件平台的统一。装置抗干扰能力强，能够实现交流信号的同步采样，间隔层联锁功能较为完善，对时精度高，后台通讯方式灵活；
5）监控系统配置，采用分布式设计方式，各节点灵活配置，可根据实际需求进行扩展。采用VQC无功电压调节软件，能够为供电质量和供电稳定性提供保障，减少线路损耗；
6）电源系统配置，电源系统设计采取交直流一体化配置方式，对交直流电源、通信电源和逆变电源进行统一设计，满足开关分合闸的保护和控制需要，利用数字化监控平台实现网络化通信，共享电源信息，实现统一控制。
1.2 110kV数字化变电站的网络结构模式设计
110kV数字化变电站一般采取三层网络结构模式，即过程层、间隔层和站控层。变电站采用的智能设备均包含在三层网络结构中，其中智能化电气设备中的智能终端和合并单元等，包含在过程层，保护装置和测控装置包含在间隔层，由监控系统构成站控层。三层网络结构之间能够实现高速网络通信，主要采用光纤通信方式。可以将过程层理解为变电站一次、二次设备的结合层，继承智能电器设备的智能化部分，用光电互感器代替电磁互感器，用数字量代替模拟量。间隔层能够汇总实时信息数据，对一次设备进行保护和控制。站控层汇总全站实时信息数据，更新数据库，具有全站操作闭锁控制功能。
1.3 110kV数字化变电站的运行维护设计
在110kV数字化变电站中，运行维护主要包括合并单元运行维护、智能终端设备的运行维护，智能操作箱散热处理、智能终端防潮处理、保护装置运行维护等。保护装置投入运行后，人员不能触碰带电部位，不能随意改变保护装置运行参数。如果在运行过程中运行停用保护，指需要退出该保护装置的对应压板。当系统发生故障时，保护装置会自动进行跳闸处理，在液晶屏幕上显示故障信息，打印保护动作报告。
2 110kV数字化变电站的实际应用效果
2.1 110kV数字化变电站的主要优势
目前国内110kV数字化变电站越来越多，从华安变电站、直埠变电站等的实际应用效果可以看出，数字化变电站具有多方面技术优势，通过采取三层网络结构设计，能够实现智能设备之间的数据共享和信息交互，实现即插即用，设备调试和维护都较为方便。110kV数字化变电站的应用优势主要表现为以下几个方面：1）数字化保护系统的应用优势，使用数字化技术取代传统的模拟开关量输入和传统出口继电器回路，使保护系统的抗干扰能力明显提升，能够彻底消除由于继电器插件导致的误动；2）二次系统的网络化通信优势，采用光纤代替电缆回路，连接现场终端设备，基于光纤网络实现间隔层与过程层的互联互通，采用GOOSE报文传输方式，通信效率和通信可靠性明显提升；3）实现了智能终端设备的就地安装，设备的环境适应能力和抗干扰能力明显提高。
2.2 110kV数字化变电站建设对传统变电站的影响
数字化变电站建设对传统变电站产生的影响是多方面的，由于引进了新的技术设备，改变了传统变电站的电压电流接线方式，通信通过网络实现，设备自动化程度和智能化程度大幅度提升，具备较高的自诊断能力，能够为110kV变电站的系统稳定性提供保障。建設110kV数字化变电站的影响主要表现为以下几个方面：1）系统运行维护更加方便，维护工作量显著降低，许多设备维护工作可以通过设备自诊断功能完成，降低了对维护人员的依赖；2）安全保护措施的执行更加容易，可以减少部分传统变电站的安全保护措施；3）倒闸操作时间得到缩短，通过程序化操作，高效利用间隔操作时间，提高操作效率；4）标准化水平大大提高，有利于降低变电站的运行管理成本；5）减少了现场调试工作量，可以缩短变电站建设周期。
2.3 110kV数字化变电站的应用效益分析
采用全寿命周期成本计算方法对110kV数字化变电站的建设成本进行定量分析。将110kV数字环变电站的建设成本划分为初始成本和未来成本两个部分。其中，初始成本使初期建造成本，包括智能化设备的采购、安装成本等。未来成本使在110kV数字化变电站投入应用后的成本，包括运行成本、维护成本、替换成本和报废成本等。以安华数字化变电站为例，按使用寿命20年进行计算，全寿命周期成本计算公式为LCC=CI+CO+CM+CF+CD，其中，CI是初始成本，具体包括设计、设备采购、安装成本费用。CO是运行成本，具体包括检修操作、管理成本以及耗电费用。CM是维护修理成本，按检修周期为三年进行计算，约为30万元。CF是替换成本，按5万元进行计算，CD是报废成本，约为安装费用的70%。采用该公式进行计算，数字化变电站改造费用为852万元，相比于同等规模非数字化改造的1424万元，可节省572万元，且变电站运行可靠性得到显著提升。
3 结束语
综上所述，110kV数字化变电站的设计与应用能够提高电力系统的运行可靠性，通过采用智能化设备和网络化通信方式，可以实现设备的自诊断和交互操作等功能，提升变电站运行管理效率。此外，110kV数字化变电站还拥有较好的长期效益，能够降低变电站全寿命周期成本。
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