220 kV智能变电站实训基地工程设计问题探讨

马 雁，王 非，吕红亮

(1. 郑州电力高等专科学校电力工程系，郑州 450000；2. 国家电投集团河南电力有限公司技术信息中心，郑州 450000；3. 河南思科电力工程设计有限公司，郑州 450000)

按照国网智能变电站建设要求，设计220 kV智能变电站实训基地，区别于常规变电站，该实训基地的功能更加突出为教学所使用。例如，能实现变电运维、变电检修、变电站值班员等工种的培训功能；能实现电气设备倒闸操作、电气设备巡视检查、电气设备故障处理、变电站综合自动化等实训功能[1-2]。本文针对这些问题，在设计方案上逐一进行分析与探讨。

1 电气主接线

电气主接线在变电站设计时要充分考虑可靠性、灵活性、经济性等要求[3-4]。220 kV智能变电站实训基地拥有一台主变，容量150 MVA；三个电压等级220、110、10 kV。由于220 kV架空出线1回，110 kV架空出线3回，10 kV无出线，仅接站用变及提供无功补偿。因此，在主接线方案选择上，在保证操作安全可靠的前提下，尽量选择接线简单、投资少、系统保护及自动化复杂程度低、并满足教学多样化等要求的接线形式，故220 kV采用双母线接线，110 kV采用单母分段接线。

2 配电装置

配电装置的布置依据国网公司220 kV通用设计220-C-1为基本方案，总体布置按220 kV～主变压器(10 kV配电装置)～110 kV电气接线流向考虑，成三列式布置。各级电压布置清晰、紧凑、层次分明。

配电装置在选择时，要充分考虑占地面积、使用效果、投资等因素。由于是学校预留用地，土地面积十分有限，本着节省用地、节省投资的原则，在方案上220、110 kV均采用户外AIS布置，考虑到满足教学的多样性，110 kV配电装置有一回出线采用H-GIS布置。

2.1 主变压器

主变压器容量1×150 MVA，电压等级为220/110/10 kV。采用三相三绕组高压侧有载调压变压器，冷却方式采用自冷方式，高、中压套管采用软导线连接，低压侧采用管母连接。电压比为230±8×1.25%/121/10.5 kV，接线组别为YN，yn0，d11。

2.2 220 kV配电装置

220 kV配电装置采用户外AIS、支持管母中型布置、断路器单列式、出线间隔架构采用单跨13 m，架构高15 m，导线相间距4 m，边相导线距架构中心线2.5 m。

2.3 110 kV配电装置

110 kV配电装置采用户外AIS、软母线中型布置、断路器双列式，出线间隔架构采用单跨8 m，架构高10 m，导线相间距2.2 m，边相导线距架构中心线1.8 m。

2.4 10 kV配电装置

10 kV配电装置采用中置移开式开关柜、单列布置，10 kV主变进线采用管母架空进线方式。主变压器及10 kV开关柜配电间布置于220 kV和110 kV户外AIS中间，主变压器间距满足防火要求，围绕变压器及10 kV配电装置设有环形道路。10 kV成套并联电容器组与10 kV开关柜之间以电缆连接，并联电容器组布置在站区中部，主变南侧，事故储油井位于站区中部。生产综合楼位于站区中部，主变压器北侧。

实训基地的布置方案在遵循国网变电站设计要求的基础上，更突出满足教学需要。本方案配电装置在设计中，既有屋内配电装置，又有屋外配电装置；既有AIS；又有H-GIS；既有220 kV管母；又有110 kV软母线。配电装置类型多、种类全，满足教学多样性要求，在有限空间内节省了投资。此外，电气设备的布置方便学生今后参观、实训、实习，利于教学。

3 防雷接地

3.1 电气设备的防雷保护

变电站的防雷保护主要包括防直击雷，防雷电侵入波两项内容。在防直击雷方面，变电站实训基地采用配电装置构架避雷针的方式，即在220 kV和110 kV区域设5根架构避雷针，避雷针高30 m，使各级电压配电装置均处于避雷针的联合保护范围内。其中，220 kV配电装置被保护高度15 m、110 kV配电装置被保护高度10 m，综合楼被保护高度取5.0 m，经校核，全站均处于防直击雷保护范围内。在防雷电侵入波方面，避雷器的装设组数及配置地点，取决于雷电侵入波在各个电气设备产生的过电压水平，本实训基地在220、110 kV母线上装设避雷器，出线回路不装设避雷器。同时为加强绝缘配合，在主变压器220、110 kV 进线侧加装避雷器。

3.2 全站接地

站区接地体的截面选择主要考虑热稳定要求和年腐蚀率情况，并同时考虑经济性和适用性，故采用热镀锌钢材接地体。全站接地采用以水平敷设接地极为主，辅以角钢垂直接地极的混合接地网。经计算，本变电站选用-60×8热镀锌扁钢组成水平接地主网，采用∠50×5热镀锌角钢作接地极，组成不等间距接地网，选用-70×8热镀锌扁钢作设备引下线，选用40×4扁铜作设备与支架连接线。在经常出入的地方、经常接触的设备处铺设0.15 m厚的碎石，以满足接触电势及跨步电势的安全要求。在继电器室二次电缆沟内以及室外有二次电缆的电缆沟内，敷设截面不小于100 mm2的铜缆。

4 全站照明

本实训基地设置正常工作照明和事故照明。正常工作照明采用380/220 V 三相五线制，由站用电源供电。事故电源由蓄电池直流母线经逆变器变换为交流供电，同时站内配备少量应急灯。

变电站主控制室采用高效节能荧光灯，电源室、二次设备室等重要场所亦采用高效节能荧光灯具。屋外配电装置采用钠灯投光灯和庭院灯组成混合式照明，正常时使用庭院灯，只在检修及事故处理时使用投光灯，在站前区及所内主要道路设置庭院灯。二次设备室、蓄电池室、10 kV配电间及主通道均装设事故照明。站内一般场站照明采用就地控制方式，屋外配电装置和道路照明采用光电自动控制。

5 电缆敷设

依据《电缆防火措施设计和施工验收标准》的相关规定，本站户外电缆采用电缆沟、直埋和穿管敷设方式，户内电缆采用电缆沟、穿管敷设方式。在220、110 kV屋外配电装置内分别设置1条电缆沟通至二次设备室，主变及10 kV配电装置区域、电容器组区域设置1条电缆沟通至二次设备室。

6 保护配置

变电站实训基地中，接触设备、进行操作都是初学者，从安全角度出发，220 kV侧今后正常运行时不带电，不接入电网系统。但根据教学任务需要，需实现调度模拟、设备倒闸操作等功能。因此，在保护配置上，基本按智能220 kV变电站来配置。

6.1 220 kV线路保护

主保护：采用2套光纤电流差动保护。

后备保护：利用两套主保护中所带的阶段式相间距离、接地距离以及零序保护，形成双重化的后备保护。两套线路保护均含重合闸功能。

6.2 220 kV母线保护与断路器失灵保护

220 kV母线配置双套母线保护，均含断路器失灵保护功能，双重化配置。各间隔合并单元、智能终端均采用双套配置。每套母线保护动作时，向主变保护提供1路起动失灵命令，主变220 kV侧断路器失灵时联跳主变各侧断路器，采用GOOSE网络传输。母线保护采用直接采样、直接跳闸方式。每套保护独立组屏，共配置 2 面母线保护与断路器失灵保护柜。

6.3 220 kV母联充电保护

220 kV母联断路器按双套配置专用的、具备瞬时和延时跳闸功能的过电流保护。母联保护直接采样、直接跳闸；启动母线失灵采用GOOSE网络传输，2套220 kV母联保护装置与母联测控装置集中组柜，组1面机柜。

6.4 110 kV线路保护

110 kV共3回线路，均配置一套阶段式相间及接地距离、零序电流保护，并配置检同期(或检无压)三相一次重合闸，110 kV线路保护测控集成装置。

6.5 110 kV分段保护

110 kV分段断路器按单套配置专用的、具备瞬时和延时跳闸功能的过电流保护。分段保护直接采样、直接跳闸；启动母线失灵采用GOOSE网络传输，110 kV分段保护采用保护测控集成装置，组1面机柜。

6.6 主变保护

主变压器保护按双重化配置两套电量保护装置，每套保护均由完整的主保护和后备保护组成，两套主、后备一体电量保护装置独立组屏布置于二次设备室。变压器保护直接采样，直接跳各侧断路器；变压器保护跳母联断路器及闭锁备自投、启动失灵等可采用GOOSE网络传输。

6.7 10 kV保护

10 kV站用变、电容器采用保护、测控、计量一体化装置，就地布置在10 kV开关柜内。10 kV站用变保护由电流速断、过电流保护、零序电流保护及其本体保护组成。10 kV电容器组保护由过流保护、速断保护、过电压保护、电流闭锁失压保护等保护组成。

7 变电站综合自动化

根据“河南省电力公司关于执行《国家电网公司2011年新建变电站设计补充规定》实施细则”及国网Q/GDW 678—2011《智能变电站一体化监控系统功能规范》的要求，本站在安全可靠、经济适用的基础上，采用智能设备，提高变电站智能化水平，计算机监控系统采用开放式、分层分布式结构，在功能逻辑上由站控层、间隔层、过程层组成，在网络结构上符合DL/T860标准，通信规约统一采用DL/T860通信标准。

变电站自动化系统采用三层两网结构，由站控层、间隔层、过程层及站控层/间隔层网络、过程层网络构成，站控层MMS网接口支持电口和光口连接。站控层设备按变电站远景规模配置，过程层及间隔层按工程实际规模配置。

配置1套开放式分层分布式自动化系统，以变电站监控系统操作为主，同时在就地设有手动控制方式作为后备控制手段，实现变电站控制、监视和测量，并具备遥控、遥调、遥信、遥测等全部远动功能。采用DL/T860通信标准，统一组网，信息共享。站控层MMS、GOOSE网络采用双星型以太网；220 kV过程层采用星型双网，110 kV(除主变外)采用星型单网，GOOSE和SV共网传输；10 kV不设过程层网络，GOOSE报文直接通过站控层网络传输。

8 信号源系统

本工程在一次设备不带电的前提下，通过功率放电模块输出电流和电压至合并单元来模拟互感器二次侧输出的模拟量，并且利用串接断路器的辅助触点来控制功率放电模块的输入输出，达到变电站一次设备带电运行的效果，从而实现本站的综合自动化。

同时，通过改变功率放电模块输出的电流量和电压量来模拟变电站运行时出现的电气故障量，经相应间隔的合并单元装置将电气量转换成光信号，输入至相应间隔的保护装置，利用装置内部保护逻辑运算，判断外部输入的信号量是否达到保护动作定值，从而实现保护装置正确下发跳合闸命令至智能终端，完成相应间隔断路器的跳合闸。本站配置1套信号源系统，包括1套信号源服务器、1套功率放电模块(输出模块以满足本工程需求为准)等。

9 结语

变电站实训基地与变电站的本质区别，一是正常运行时220、110 kV侧不带电，这是从安全角度考虑的；二是要突出为教学所使用，建成的实训基地能够实现真实变电站所具备的基本功能。本文提供了一种智能变电站实训基地的设计方案，在工程设计的各个方面，既要按照国网标准化来配置，又要突出自身特点。本文在安全性、可靠性、经济性、多样化等问题上，逐一进行分析与探讨，可为变电站实训基地建设提供宝贵经验。