一二次融合装配式智能变电站建设方案

南京南瑞继保电气有限公司 宋湘萍 严 伟 金忠德 鲁新意 郭文强

一二次融合装配式智能变电站的几个显著特点：采用装配式建、构筑物，使变电站建设过程更高效、更环保；采用光学、电子式互感器、合并单元智能终端设备、在线监测装置，实现一次机构和二次设备深度融合；采用一体化监控、站域保护、多合一装置等提升变电站监控保护的动作效率；采用智能巡检系统、智能可穿戴设备、无线定位技术，提升变电站的智能运行维护水平。

1 变电站概况

110kV一二次融合装配式智能变电站建设规模（以下称110kV变电站）：电压等级110/35/10kV，110kV、35kV、10kV单母线分段接线。2台三相有载调压变压器，2回110kV进线；2回35kV出线，22回10kV出线。

电气布置。110kV变电站为全户内装配式变电站，所有电气设备均布置在一栋二层的生产综合楼内。一层布置有110kVGIS室、变压器室、10kV高压配电室、接地变室；二层布置有二次设备室、35kV高压配电室。建筑平面布局和空间功能安排合理，减少相邻空间的噪声干扰以及外界噪声对室内的影响。

装配式建筑物、构筑物。生产综合楼为地上二层建筑，地上建筑物采用装配式轻型门式刚架结构，立柱和檩条采用H型钢，墙面檩条采用C型钢。屋面、楼面采用钢筋桁架-混凝土叠合板，屋面做防水处理。地下部分采用混凝土结构，底板、侧壁采用现浇钢筋混凝土，柱子采用混凝土内藏工字型钢柱。建筑物结构整体性能好，抗震性能良好；建筑物外墙采用AS装配式白色外墙板，建筑物内隔墙采用轻钢龙骨加石膏板，强度高、抗震、抗火、防火性能好；所有钢构件、墙体、屋面均采用厂家装配式产品，整个变电站的装配率达到85%。可再循环材料的使用量占建筑材料总重量的70%，建筑设计充分考虑与外部环境协调一致，全面展示了现代化工业建筑大气、厚重的特点。

2 一二次融合技术

采用电子式互感器、在线监测、智能汇控等装置，将模拟量和开关量进行数字化采集和传输，网络数据共享，实现一次设备智能化。

电子式互感器。110kV进线和变压器110kV侧配置准确级为0.2(5TPE)光学电流互感器，变压器中性点配置准确级为5TPE独立式光学电流互感器。110kV母线电压互感器采用准确级0.2(3P)的电子式电压互感器。光学电流互感器套筒与GIS设备完美匹配，套筒宽度仅为207mm，相比配置常规电流互感器的GIS组合电器间隔长度缩小0.8米。电子式互感器解决了常规互感器测量范围窄、容易磁饱、易产生铁磁谐振等问题。

一次设备在线监测。在一次设备本体内配置有传感器，在汇控柜内配置在线监测装置。实现一次设备在线监测数据采集存储、故障报警、故障诊断等功能。

图1 一次设备在线监测

智能汇控技术。基于一二次融合设计理念，采用智能汇控装置替代断路器、隔刀本体机构箱内继电器和接触器，涉及辅助接点的回路都通过装置通讯共享信息，满足可靠性和回路简化需求。智能汇控装置替代GIS断路器非全相、油泵打压、开关防跳、压力闭锁、分合操作等传统汇控功能，采用即插即用的预制缆方式，集成测控、汇控、智能终端（合并单元）等功能。具备SV/GOOSE数字化接口、三网合一网络，实现联闭锁GOOSE、MMS、SV信号传输。汇控柜上配置智能模拟盘，模拟盘直接从间隔多功能测控采集信号并显示在模拟盘上，操作命令通过间隔多功能测控执行。GIS智能汇控技术实现接口标准化，现场高效可靠接插式组装，降低现场施工量80%；实现测控、汇控、智能终端（合并单元）等功能高度集成、结构简洁，汇控柜减少体积45%；优化了一二次设备间的冗余回路，减少重复信号采集，实现联锁、不一致、储能等回路的数字化，外部电缆芯数减少76%、接插件安装空间减少55%、端子减少35%、导线施工减少28%，回路更为简洁可靠。

3 智能运维技术

一体化监控。采用一体化监控、三网合一、站域保护、流量控制、多合一装置等先进技术和设备[1]，优化了网络结构、简化设备间接线，减少网络交换机数量75%。监控系统人机界面友好，具备二次回路可视化功能，实现逻辑回路通断状态可视化编辑；具备二次设备在线监测功能，对二次设备配置文件等自动巡检，提高了运维人员的工作效率 。

智能五防。针对现有变电站五防系统存在的不足在五防系统中增加无线定位功能，并将位置信息详细数据通过IV区传到I区的智能五防系统，提升对整个变电站防误的监控能力，增强五防操作安全性。防止误入带电区域：对一次设备场地、二次设备区域等可能存在误操作及安全风险的区域进行建模，布置无线定位基站，形成包括区域内设备、通道、出入口坐标及尺寸信息的变电站安全管控区域；防止走空程：电脑钥匙携带定位标签，离座后通过无线通讯保持与防误主机实时在线通信，回传操作步骤信息，实时反馈操作结果，防止走空程造成的误分合开关；防止带地线送电：临时接地线加装位置定位标签，实时监视临时地线的位置与挂接状态，防止带地线合隔离刀闸。

自动联合巡检。采用“机器人+视频”巡检模式代替人工进行巡检，巡检系统主要由巡检主机、轨道式机器人、视频摄像头等组成。在二次设备室、35kV配电室各设置1套轨道式巡检机器人，在变电站各设备室内等设置高清晰摄像头组成的视频监控系统。巡检任务包括例行巡检、故障巡检、自定义巡检。巡检功能由巡检主机下发，控制轨道机器人和视频摄像头开展联合巡检作业。巡检数据包括可见光照片、红外图谱、音频等。可见光照片数据采集变压器、断路器等设备开关状态，二次柜上操作把手、压板、指示灯、空开等位置状态指示；采集变压器、开关柜等一次设备本体、接头、套管等重点部位的红外图谱数据；采集机器人的运行信息、执行信息、工作状态、异常告警等信息。利用图像识别技术对巡检过程记录的红外图谱、可见光照片等进行智能分析，自动判断设备的运行状态、自动判断设备是否存在过热缺陷等。

智能可穿戴设备。在变电站IV区配置1套AR增强现实系统和II区的在线监测系统交换数据，系统包括2只智能可穿戴AR眼镜、数据分析系统、无线网络。展示GIS内PT、CT及断路器等详细器件的三维模型图和实时参数信息。AR眼镜通过TP路由器连接到变电站的Wifi网络，在网络获取历史数据和实时数据并将器件的电气参数送达智能AR眼镜，实现信息交互。AR系统支持专家远程辅助指导，提升缺陷处理效率。

综上，一二次融合装配式智能变电站同常规变电站相比：采用装配式建造方案，缩短工期、绿色环保，施工工期减少51%，湿作业减少92%，建筑垃圾减少78%，建设过程更高效、更环保；采用光学、电子式互感器、合并单元智能终端、在线监测、智能汇控，实现了一次机构和二次设备深度融合，提升一次设备的智能化水平；采用一体化监控、三网合一、站域保护、流量控制、多合一装置等先进技术和设备，简化网络结构和保护配置，减少网络交换机75%，提升变电站监控保护的动作效率；自动联合巡检、智能可穿戴设备、智能五防等新技术的实施，提升了变电站运行操作安全性和维护便捷性，运维效率提升50%，年检成本节约40%。