110kV智能化变电站电气系统设计

杜家威　张亚敏　王一帆

摘要：在现阶段，为了应对这些严峻的挑战，电力行业确定了向智能电网发展的方向，智能电网的提出能很好地解决当前电力行业所面临的问题。在智能电网的改造建设中，智能变电站会比传统变电站担任更加重要的工作任务。结合智能电网中分布式电源的大量接入和与用户的互动性要求，采用数字化测量和智能网络系统等智能技术构建智能电网。

关键词：110kv智能化变电站；电气系统；设计措施

1.变电站电气一次设计

1.1布置电气平面

对场地因素进行充分分析，对施工场地的情况进行勘察设计，制定设计规划，然后设计变电站电气一次设备，最终形成总体设计方案。如户内布置和户外布置的主变形式，设计中充分分析主变设计消防设备和通风措施，此外，设计二次设备的时候，垂直空间中不能设计电容器，避免电容器干扰计算机设备，提升电力系统运行安全性和可靠性。

1.2选择电气设备

完成变电站建筑平面设计之后，依据设计区域的功能进行划分，需考虑电流、负荷等参数。利用主接线方式来对电气设备额定值进行选择，分析合理工作状态，校验核算电气设备的动稳定性、热稳定性等参数，并且对设计原则进行分析，在满足安全位置、环境需求以及使用规范的基础上设计设备体积，通过已确定变电站为系统提供运行方式以及供电量，对变电站系统的技术和变压器数量进行确定。

1.3设计主接线

第一，选择双电源形式，主要就是利用I型接线方式进行处理，此外能够连接其他变电电路，变压器连接高压侧线线路，依据母线分段的方式来处理低压线路，不需要使用很多高压设备，具备灵活、清晰的线路性质。实际操作中比较少连接高压设备，存在相对小的占地面积，高压线如果出现故障，能够通用主变压器，若某个电源出现失效的现象，利用继电保护方式进行自动切换，在符合功率转移规范的前提下设计。第二，选择单母线形式，这种设计方式主要包括两种电源进线方式，一路作为备用、一路作为主线，依据单母线方式连接高压线路，以便能够稳定安全地运行供电系统。如果电源出现故障，利用连接备用低压接线两段母线来对系统进行供电恢复。实际操作中应用备用电源接线，具有成本较高和工艺复杂的的特点，适合应用在城市供电网中高功率转移、大电需求的场合中。第三，选择内桥连接形式，这种技术能够在电网中接入两路接线，系统中接人高压线内桥，有机结合低压线，以便形成四回路供电系统，断路器保护系统不需要过多，因为系统中存在多回路，降低系统灵活性，出现复杂的运行程序，如果变压器故障，存在两个以上断路器，对故障线路进行切断，适合用在频繁操作的电路中。

1.4防雷及过电压保护装置设计

避雷器是一种保护电器，用来保护配电变压器，电站和变电所等电器设备的绝缘免受大气过电压或某些操作过电压的危害。大气过电压由雷击或静电感应产生；操作过电压一般是由于电力系统的运行情况发生突变而产生电磁振荡所致。避雷器有两种：①阀型避雷器按其结构的不同，又分为普通阀型避雷器和磁吹阀型避雷器；②管型避雷器，利用绝缘管内间隙中的电弧所产生的气体把电弧吹灭。用于线路作为防雷保护。阀型避雷器应按下列条件选择：①额定电压：避雷器的额定电压应与系统额定电压一致。②灭弧电压：按照使用情况，校验避雷器安装地点可能出现的最大的导线对地电压，是否等于或小于避雷器的最大容许电压（灭弧电压）；在中性点非直接接地的电网中应不低于设备最高运行线电压。

2.电气二次设计

2.1智能化设备整合

①在选择智能开关时，应结合原有传统开关设计方案，将变电站内所有电气二次设备的接口全部转变为数字化模式，然后将其与智能终端机相连接。这种直接的方式虽然可以降低智能化变电站设备的投资成本，但是由于缺乏了数据线路监控设备，因此从智能化角度看仍存在明显的缺陷。②可以选择在数字化接口处加装有源性或无源性电子互感器，其中有源性互感器能够有效地使电源和电路之间形成匹配，解决了电源本身稳定性的问题；无源性互感器则主要是采用光学传感技术，所需要的费用较高，因此目前国内智能化改造设计中不常应用。③可以选择基于IEC61850的自动化系统，该系统可以将电气二次设备实现网络化转变，同时可以与变电站内各打印设备相连接，从而实现设备集控、打印集控的设计目的。

2.2直流通信电源整合

电气二次设备的电源中包括蓄电池，而蓄电池的容量则应该按照2h独立发电为标准，如变电站本身地理位置偏远，则蓄电池容量应满足4h独立通信或2h独立发电。智能化电气二次设备设计时应采用分段式开关设计，即采用整合直流電源设计方案。该方案并不会删除变电站已有的直流供电线路，而是在48V线路和220V线路上设计两个直流母线，并根据变电站内实际电流负荷情况设计蓄电池的容量，并且不设计单独的通信线路蓄电池。

2.3通信规约的选择

在智能化改造后的電气二次设备网络中，其主要包括两个层次，其一是站控层；其二是过程层，两个层次网络所涉及的通信规约也有着不同的特点。首先，站控层次网络的通信规约通常选择103，其是以传统通信规约为基本架构，因此操作的互助性明显降低，但所需要的成本也会大幅度下降。还可以选择以IEC61850为基础的通信规约，其可以构建数字化的变电站电气二次设备控制平台，不过构建成本明显偏高，但使用效果好。该类通信规约适用于构建过程层次的网络，其具有的FT3帧格式、传输延时性固定、串口通信要求高等特点均显示了更好的使用可靠性。

在智能变电站设计中，主要包括电气一次设计与电气二次设计。电气一次设计主要设计内容包括电气主接线设计以及变压器、断路器、隔离开关等一些电气一次设备的设计。二次设备的设计有助于提升变电站的运行效率，所以需要将设计工作落实到位。