110 kV户外模块化智能变电站二次系统设计及优化

苏婷, 李钧超

(1.国网宁夏电力设计有限公司，宁夏 银川 750002；2.国网宁夏电力经济技术研究院，宁夏 银川 750002)

110 kV户外模块化智能变电站二次系统设计及优化

苏婷1, 李钧超2

(1.国网宁夏电力设计有限公司，宁夏 银川 750002；2.国网宁夏电力经济技术研究院，宁夏 银川 750002)

研究预制舱式组合二次设备配置方案模块化集成能更好地推进模块化智能变电站建设。基于工程设计实践经验，从设计角度总结模块化智能变电站建设中存在的问题，并重点研究110 kV模块化智能变电站预制舱式组合二次设备配置方案及模块化集成，优化方案可显著减少变电站二次设备及屏柜数量，减轻现场施工及调试工作量。

模块化变电站；功能集成；预制舱；二次系统设计；优化方案；二次设备

0 引 言

随着近年智能电网建设的快速发展，设备开发、设计、现场施工、后期调试等各方面技术都已日趋成熟。与此同时仍存在一些问题，导致变电站建设周期较长、投资较大。例如变电站二次系统的建设周期主要受其建设模式影响。传统的建设模式为：首先由设计人员对整个站内二次系统进行设计，并根据综合自动化系统设备、保护设备及其他智能化设备的ICD文件设计虚回路；然后由建设方继保人员、设计人员以及相关设备厂家技术人员至综合自动化系统厂家进行综自联调，继而将设备运至现场；最后由厂家技术人员和设计人员配合施工方及建设方开展相关配线、安装、调试等工作。可以看到，传统模式环节多且耗时，为了有效解决这一问题，近年来，国家电网公司从电网建设的实际出发，大力推进“标准化设计、工厂化加工、模块化建设”工作。模块化智能变电站在这一形势下应运而生，并以其诸多优势成为今后智能变电站建设发展的主要方向。

二次系统设备模块作为户外模块化智能变电站的重要构成部分，它的研发优化可以明显减少变电站建设的人力及物力消耗，缩短工程建设周期，降低工程投资。整站二次系统设备模块由厂家集成，在工厂内以最优方式对设备进行模块化集成及相关加工、安装、配线、调试等工作，并作为一个整体运输至工程施工现场[1]。可以发现，采用模块化集成的二次系统建设流程精简，较传统模式明显减少了设计、施工、调试消缺的工作量，大大缩减工程的建设周期，建设效率明显提高。

目前，国内许多地方供电公司已陆续开展模块化智能变电站试点工程的建设，但建设技术尚未成熟，有待进一步改善与推进。论文基于笔者自身工程实践设计经验，从设计角度浅谈模块化智能变电站二次系统设计过程中存在的问题，并对110 kV模块化智能变电站预制舱式组合二次设备配置方案及模块化集成重点研究。

1 存在的问题及影响分析

模块化智能变电站二次系统的建设模式，较常规的智能变电站虽然有诸多优势，但仍存在以下几个问题。

1.1 二次设备的功能集成与组柜

二次设备的功能集成没有达到最优化，存在很大的整合空间。且落实到各地方供电公司，部分功能集成会因一些特殊原因不能得以实施，导致二次系统设备数量较传统的智能变电站并未明显减少，交换机数量无法减少，网络接线仍旧复杂。

例如目前全站的计量方式仍采用常规电子式电能表，不仅增加了设备数量且在组柜方式也存在争议。常规电能表的组柜方式有二种：若电能表单独组柜，则110 kV变电站电能表(除去中、低压侧电能表)至少需要二面柜体；若将电能表下放至各间隔保护测控柜，虽然可以减少二面柜体，但会给供电公司保护专业、计量专业人员的正常工作带来不便与纠纷。

总体来说，整站二次设备数量及所需屏柜数量无明显减少，且在设计、施工、调试和运行维护方面无显著改善。

1.2 招标模式

首先，由于缺乏模块化智能变电站整站二次设备集中招标专用技术规范，设计人员提报物料技术规范无统一标准模板，若要招得整站二次设备集成商，只能采用现行智能变电站独立物料技术规范模板并打包的方式。这种做法的缺点是：设计人员需在国网公司审查技术规范时，要求国网物资部将整站二次设备技术规范打包。若出现设备漏打包的现象，则会导致整站二次设备招标厂家不唯一。

其次，不能保证协议库存设备及单一来源设备是否具备前接线前显示功能，以及能否与集成商提供的其他设备进行模块化集成对接。

最后，由于目前国内各大厂家规模参差不齐，统一集中招标的中标厂家有无模块化集成的设计能力不得而知。中标厂家的设计能力直接影响到与甲方及甲方设计各个节点的衔接配合顺畅与否，影响变电站正常建设。

1.3 模块化集成商

据笔者调研，目前国内多数变电站综自厂家对模块化智能变电站建设的认知仍停留在前几年的装配式智能变电站上，认为模块化智能变电站较常规智能变电站的不同之处仅体现在预制舱以及设备的即插即用上，对变电站各个模块的划分与集成不甚了解。

模块化智能变电站实现了硬件的集成优化，相应的软件升级改造必须向面向对象、结构化、模块化、分布式的方向发展。

1.4 舱体的选择与布置

目前，变电站可根据需要设置公用设备预制舱式二次组合设备、间隔预制舱式二次组合设备、交直流电源预制舱式二次组合设备、蓄电池预制舱式二次组合设备等。

如何最佳的选择舱体大小，及如何优化整站二次设备模块划分集成，直接决定了全站电缆、光缆的用量，影响变电站的投资及施工安装工艺。

1.5 改变传统的运维习惯

模块化新技术的产生，将改变传统的运维习惯，需要相关工作人员与时俱进，接受新技术新思想，摒弃传统的观念。

2 设计优化方案

2.1 二次设备功能高度集成

随着现代电力电子、通信、计算机、人工智能等技术的飞速发展，及电力系统二次设备可靠运行的经验积累、集成化硬件的性能不断提升，智能变电站二次系统的硬件设备将会向一体化集成的方向发展，软件也将向面向对象、模块化、结构化、分布式的方向发展。因此，对二次系统设备集成技术的研究符合国内智能变电站未来的发展方向[2]。

对于110 kV智能变电站二次系统，可行的装置集成方案有以下几种：

(1)户外站110 kV线路、分段(桥)均采用保护测控一体化装置。户内站可根据实际情况采用保护、测控、计量、智能终端、合并单元多合一装置[3]。

(2)主变配置主、后一体双套电量保护。

(3)取消常规电子式电能表，实现测控装置集成计量功能。

(4)当采用保护、测控、计量、智能终端、合并单元多合一装置时，可配置一套站域控制装置，实现110 kV母线保护、全站备自投、低频低压减载等自动控制功能。

(5)故障录波与网络记录分析集成。

(6)保护及故障信息系统子站不配置独立装置。保护装置信息由Ⅰ区监控主机接收后存储在Ⅰ区。故障录波器信息由Ⅱ区通信网关机(综合应用服务器)接收后存储在Ⅱ区。

旅游营销推广方面，应凸显地域特色，优化、整合文化传播媒介。出游前，目的地文化主要通过大众媒体、文学艺术作品等使游客产生旅游动机。这一阶段，文化传播媒介能够对游客的初始认知产生较大的影响，相关营销机构可以挖掘地方文化特色，提炼具有吸引力的旅游目的地形象，通过优化和整合各种亲近大众生活的传播渠道，如文学、艺术、历史和民俗等，进行推广宣传，达到更深远的营销效果。此外，在文化传播的内容上，一方面应该深入了解游客对旅游目的地具体的感知和兴趣点，强化这些重要概念的传播；另一方面可根据游客视角的文化认知网络，挖掘和激活地域文化中重要但游客不了解的概念，并通过建立概念之间的联系，丰富游客对地域文化的认知。

(7)智能辅助系统综合监控平台后台系统，可由综合应用服务器实现。

2.2 二次设备模块化集成

模块设置主要按照设备功能及间隔对象进行划分，尽量减少模块间二次接线工作量[4]。

1)主要模块划分

(1)站控层设备模块

包含监控系统站控层设备、调度数据网络设备、二次系统安全防护设备、辅助控制系统等。

(2)公用设备模块

包含站域保护控制装置、公用测控装置、时钟同步系统、故障录波及网络记录分析装置、火灾报警系统等。

(3)一体化电源系统模块

包含站用交流电源、直流电源、交流不间断电源(UPS)、蓄电池等。

(4)110 kV间隔设备模块

包含110 kV线路(分段)保护测控集成装置、过程层交换机等。

(5)主变间隔层设备模块

包含主变压器保护装置、主变测控装置等。

(6)通信设备模块

包含光纤系统通信设备、站内通信设备等。

2)设备配置优化方案

一个规模较大的110 kV智能变电站，最佳的配置方案是：在110 kV配电装置区空隙场地配置一个Ⅲ型间隔层设备预制舱，尺寸为12 200 mm×2 800 mm×3 133 mm，舱内含110 kV系统设备模块、主变系统设备模块、直流系统设备模块以及故障录波、公用测控、时钟同步等公用设备模块。其他模块采用预制式二次组合设备布置于二次设备室内。35 kV及10 kV保护测控装置就地安装于配电室开关柜内。预制舱式二次组合设备采用前接线、前显示式装置。

具体设备配置方案如表1所示。

3)预制光缆及预制电缆

(1)预制光缆

全站采用双端预制光缆。舱/室内屏柜之间采用双端预制尾缆，舱/室内保护装置到户外智能控制柜采用光纤转接方案。在预制舱及二次设备室分别设置光纤转接柜，光纤转接柜与舱/室内二次设备间采用尾缆连接，在工厂完成接线及调试；与舱/室外设备间采用多芯室外预制光缆连接，现场即插即用。因此各间隔光缆连接可由原来的智能控制柜与多个二次设备的连接，简化为智能控制柜与舱/室内光纤转接柜的连接，即采用1或2根多芯光缆完成智能控制柜与舱/室内光纤转接柜的所有接线。

表1 110 kV户外站二次系统设备配置方案

(2)预制电缆

电力电缆均采用非预制电缆，控制电缆部分采用预制电缆，使用航空插头进行连接。

2.3 推出模块化智能变电站专用技术规范模板

在1.2章节中已列出缺乏模块化智能变电站专用技术规范模板的诸多弊端，为更好的推进今后模块化智能变电站建设工作，笔者认为推出模块化智能变电站专用技术规范模板意义重大。

3 结束语

论文主要对110 kV模块化智能变电站预制舱式组合二次设备配置方案及模块化集成进行研究。通过工程实践经验总结设计过程中存在的问题，提出了设计优化方案，可显著减少变电站二次设备及屏柜数量，工厂设备模块化集成可有效减轻现场施工及调试工作量。论文未考虑变电站一次设备与二次设备的模块化集成方案，今后还需进一步深入研究全站设备模块化集成方案。

致 谢

本文是在国网宁夏电力设计有限公司王建春等工作人员的大力支持下完成的，在此向他们表示衷心的感谢。

[1] 倪益民，杨宇，樊陈等.智能变电站二次设备集成方案讨论[J].电力系统自动化，2014，38(3)：194-199.

[2] 陈文兴 . 模块化智能变电站二次设备集成优化设计研究[J]. 电力科技, 2015, 8(3): 307-308.

[3] 宋璇坤，沈江，李敬如，等. 新一代智能变电站概念设计[J].电力建设，2013，56(6)：11-15.

[4] 余盛超，陈文军，司海建,等.模块化变电站建设及运维过程分析[J].中国电业(技术版)，2014，4(7)：63-65.

地球是我家，绿化靠大家。树木拥有绿色，地球才有脉博。

一花一草皆生命，一枝一叶总关情。绿色是地球的本色。

小草有生命，足下多留“情”。绿色——生命之源。

带走的花儿生命短暂，留下的美丽才是永远。

一棵树加一棵树。等于一片树林。

Design and Optimization of the Secondary System for the 110 kV Outdoor Modularized Intelligent Substation

Su Ting1, Li Junchao2

(1. State Grid Ningxia Electric Power Design Co., Ltd., Yinchuan Ningxia 750002, China; 2. State Grid Ningxia Electric Power Economic and Technical Research Institute, Yinchuan Ningxia 750002, China)

This paper studies a configuration scheme and modularized integration for prefabricated cabin type combined secondary equipment to promote construction of modularized intelligent substations. Based on experiences in engineering design and from the design angle, this thesis summarizes problems existing with the construction of modularized intelligent substations, and focuses on the study of the configuration scheme and modularized integration of prefabricated cabin type combined secondary equipment in the 110 kV modularized intelligent substations. The optimization scheme can reduce substantially the number of secondary equipment and panels at the substation and relieve the workload of on-site construction and debugging.

modularized substation； function integration； prefabricated cabin； secondary system design； optimization scheme； secondary equipment

10.3969/j.issn.1000-3886.2017.02.025

TM711

A

1000-3886(2017)02-0083-03

苏婷(1989-)，女，宁夏人，硕士，工程师，主要研究方向为电力系统二次设计。 李钧超(1989-)，男，宁夏人，学士，工程师，主要研究方向为电力系统设计评审工作。

定稿日期: 2016-08-31