万荣县110 kV 变电站改造设计及实现

毛瑞强

（国家电投集团山西可再生能源有限公司，山西 太原 030000）

1 万荣县110 kV 变电站改造需求分析

1.1 数据采集的改造需求

山西省运城市万荣县110 kV 变电站的数据采集系统主要包括遥测、遥信2 部分。传统变电站普遍使用的是电磁变压器，新一代智能变电站要进行数据采集与共享，电磁互感器不能承受，且没有共享能力。因此，一般使用电子变换器，通过初步过滤信号的内部，将有效信息输出或者合并输出，最后发送到需要的接收设备。但是，电子互感器的抗干扰性差，在数据传送时可靠性不高，供电问题也很难得到解决，因此在万荣县110 kV变电站智能化改造中，为提高数据、信号的采集精度，使其与智能设备及保护装置同步，对万荣站的变压器进行改造[1]。

1.2 网络系统的改造需求

智能变电站的网络化总体上可以划分成“三层两网”，分别是站控层、隔离层以及过程层。过程层网分为面向通用对象的变电站事件（Generic Object Oriented Substation Event，GOOSE）和采样信息的通信服务（Sampled Value，SV）这2 种类型，都通过层和隔离层进行通信，GOOSE 侧重于设备的状态和控制以及数据的交流，而SV 则负责对设备的取样值进行传送。目前，110 kV 及以下的变电站均为环状、单网式，因此在万荣县110 kV变电站的智能化工程中，只要再增加一组GOOSE，就可以节省大量资金。110 kV GOOSE 的网络结构如图1 所示。

图1 110 kV GOOSE 网配置方案

1.3 站控层系统的改造需求

为实现变电站的智能化，需要先实现站控层智能化。站控层的改造，主要是实现对变电站的实时监测与防护，并建立一个集成智能化综合平台。

集成式智能化网络系统基于多媒体信息服务（Multimedia Message Service，MMS）网络，可以根据需要进行多种类型的信息传送。集成运营平台，用于企业管理与使用，在软件开发中，必须具备一定的抗干扰功能。该系统由2 个核心组成，数字信号处理（Digital Signal Processing，DSP）核心承担防护和输出的逻辑操作，高级精简指令集计算机机器（Advanced Reduced Instruction Set Computer Machines，ARM） 核心记录故障信息，输出数据。并具有后台通信功能，可为各类工作站和通信设备提供操作[2]。

2 万荣县110 kV 变电站智能化改造方案研究

2.1 一次设备智能化改造方案

2.1.1 智能变压器选择

万荣县110 kV 变电站SFZ8-20000/110 型变压器的最大问题是供电能力不够，无法满足供电需求。此外，因其使用时间较长，装置老化，耐短路冲击性能较低，无法满足远距离调节工作要求，需对2 座主要变电站进行改装。

本产品采用SSZ11-M-50000/110/35/10.5 kV 变压器，配有负载调节、内置各种智能元件和电子感应器，是新型天然油循环自冷全封闭变压器。

2.1.2 互感器选择

互感器包括电压互感器和电流互感器，其工作方式与变压器相似，用于计量。除此之外，还可隔绝高压，保证使用者和仪器安全。采用合并装置与普通电磁互感器相结合来代替传统电磁传感器，可以改善数据获取和转换的可靠性与精确度，并且可以节省费用。组合装置+传统电磁变压器的结构如图2 所示。

图2 组合装置+常规电磁式互感器结构

在不同电压水平下，只要有足够的电压容量，只需选取不同的变流器，就可达到相同的功能。通过对万荣县110 kV 变电站的保护与测控要求等级的综合对比分析，确定了变压器和电流环的选用。

实验数据采用SPSS21.0软件进行分析，计量资料用均数±标准差表示，多组差异比较用单因素方差分析，组间比较用SNK-q检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2.1.3 断路器选择

目前，智能变电站使用的断路器大都是一种完全密闭的SF6气体隔离开关（Gas Insulated Switchgear，GIS)。为最大程度利用GIS 开关设备的优势，确保电力系统安全可靠，在系统改造中建立一个由开关控制单元、设备检测单元、GIS 设备等构成的智能控制柜，从而降低一二次设备的线路连接[3]。

智能化GIS 汇控箱是目前智能变电站应用的一种新型设备。其利用计算机技术对GIS 设备进行控制、采集、记录和存储，设备与控制中心之间采用光纤电缆进行通信，占用空间很少，而且可以与各种互感器相适应，保证了电力系统的安全性和可靠性。

万荣县110 kV 变电站的智能化改造中，35 kV和10 kV 断路器采用的是手车式智能开关柜。这2 个智能开关柜都配备了断路器接触式温度测量装置，还配备了湿度和力学性能检测装置，并采用一种新型复合式真空断路器，通过车体上的螺丝装置，完成了手车的拔出和推进，同时对开关的开合进行调节。

2.2 二次系统智能化改造

2.2.1 网络配置方案

（1）SV 网络设计。根据电压等级不同，SV 网络配置有所不同，具体如下。

110 kV 电压等级的保护装置为双套配置，保护采样1 从合并单元1 采样，保护单元2 从合并单元2采样；测控装置为单套配置，从合并单元1 采样；计量装置为单套配置，从合并单元2 采样；故障录波器和网络报文分析仪为网络直采。35 kV 电压等级的保护装置及测控装置均配置单套测保一体装置，从内置合智一体化装置直接采样；计量装置为单套配置，从内置合智一体化装置直接采样；故障录波器和网络报文分析仪为网络直采。

（2）GOOSE 网络设计方案。保护设备对数据的采集精度和可靠性的要求是最高的，如果信息不精确，抗干扰性较差，将会造成开关误动或拒动，从而造成电力系统损坏。测控设备对GOOSE 数据精度要求不高，但需综合多种信息，因此采取网采网跳的方法。故障记录采用组网方式，合并单元采用网采网络发送。

（3）站控层的网络规划。它是由MMS 通信系统连接起来，利用整个站点所采集到的数据来监测和控制一次设备。其中一次设备关机不会对站控层的设备造成任何影响，提高了系统的可靠性和稳定性[4]。

2.2.2 设备配置方案

（1）站控制层的装置结构。万荣县110 kV 变电站的站控层设备配备齐全，包括主机、工作台、服务器、计算机以及卫星通信等。因为站控层负责对整个变电站的设备进行监测与通信，完成数据采集和保护管理，所以此次改造无需改变站控层设备，只需要修改一些参数。

（2）隔离层装置结构。隔离层是设备的主要测控与保护层次，可进行远程和现场作业。当前多数变电站为无人值守，需进行远距离监控与测量分析，在站控层发生故障时，隔离层要确保数据的准确性和可靠性，还可以精确监视下一层[5]。结合万荣县110 kV变电站智能化改造，综合多个方案影响，最后选定的变电站间隔层设备配置如表1 所示。

表1 万荣变电站间隔层设备配置

（3）工艺层的装置结构。流程层主要负责数据传递与分析，是一、二次装置间的重要枢纽，在组态和智能终端时，其运行稳定与安全为首要任务。万荣县变电站智能终端和综合设备配置情况如表2所示。

表2 万荣变电站智能终端以及合并单元配备表

3 结 论

文章对智能变电站开展调研与研究，为其智能化改造与发展提供理论依据。充分利用变电站的现有设备，使其最大限度地发挥功能，降低设备和改造投资，节省人力、物力、财力，并可满足变电站的智能化要求。万荣变电站智能化改造后，实现了智能化、数字化、标准化，使其运行更平稳、维修更便捷、供电更稳定。