剖析我國變電站設(shè)計趨勢

剖析我國變電站設(shè)計趨勢

1、引言 

我國電力建設(shè)經(jīng)過多年的發(fā)展，系統(tǒng)容量越來越大，短路電流不斷增大，對電氣設(shè)備、系統(tǒng)內(nèi)大量信息的實時性等要求越來越高;而隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，制造、材料行業(yè)，尤其是計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，電力系統(tǒng)的變電技術(shù)也有了新的奔騰，我國變電站設(shè)計出現(xiàn)了一些新的趨勢。

2、變電站接線方案趨于簡單

隨著制造廠生產(chǎn)的電氣設(shè)備質(zhì)量的進步以及電網(wǎng)可靠性的增加，變電站接線簡化趨于可能。例如，斷路器是變電站的主要電氣設(shè)備，其制造技術(shù)近年來有了較大發(fā)展，可靠性大為進步，檢驗時間少。特別國外一些著名廠家生產(chǎn)的超高壓斷路器均可達到20年不大修，更換部件費時很短。為了進一步控制工程造價，進步經(jīng)濟效益，經(jīng)過專家反復(fù)論證，我國少數(shù)變電站設(shè)計已逐漸采用一些新的更為簡單的接線方案。 頻譜分析儀| 電池測試儀| 相序表| 萬用表| 功率計| 示波器| 電阻測試儀| 電阻計| 電表| 鉗表| 高斯計| 電磁場測試儀| 電源供應(yīng)器

簡化接線方案集中在這些方面：我國500 kV 330 kV電壓等級的接線較多采用3/2斷路器接線，但現(xiàn)在有些設(shè)計院提出，根據(jù)工程情況，可采用3/2斷路器變壓器-母線組接線，可靠性與3/2斷路器接線基本相同，卻可以降低投資。目前在四川二灘水電站的500 kV接線中有一串采用3/2斷路器接線方式，其他串為3/2斷路器接線。在國外某些地區(qū)，500 k V電壓等級廣泛采用雙重連接方式接線，即3/2及3/2斷路器接線，但第1 ,2組主變經(jīng)過隔離開關(guān)分別接至兩組母線，如有第3 ,4組主變則接進串內(nèi)，出線回路多時，采用3/2和3/2斷路器串，這樣可以節(jié)約大量投資。另外，國內(nèi)一些變電站3/2斷路器接線中，設(shè)計不考慮裝設(shè)線路側(cè)隔離開關(guān)。近期國內(nèi)新建的很多變電站220 k V及110kV電壓等級的接線采用雙母線而不帶旁路母線。采用GIS的情況下，優(yōu)先采用單母線分段接線。終端變電站中，盡量采用線路變壓器組接線等。

3、大量采用新的電氣一次設(shè)備

近年來電氣一次設(shè)備制造有了較大發(fā)展，大量高性能、新型設(shè)備不斷出現(xiàn)，設(shè)備趨于無油化，采用SF6氣體盡緣的設(shè)備價格不斷下降，伴隨著國產(chǎn)GIS向高電壓、大容量、三相共箱體方面發(fā)展，性能不斷完善，應(yīng)用面不斷擴大，很多城網(wǎng)建設(shè)工程、用戶工程都考慮采用GIS配電裝置。變電站設(shè)計的電氣設(shè)備檔次不斷進步，配電裝置也從傳統(tǒng)的形式走向無油化、真空開關(guān)、SF6開關(guān)和機、電組合一體化的小型設(shè)備發(fā)展。近年來世界各國著名的高壓電氣設(shè)備公司都相繼開發(fā)、研制了各種類型的145-550 kV戶外高壓和超高壓組合電器，國內(nèi)一些高壓開關(guān)廠也已經(jīng)開始生產(chǎn)145 k V戶外緊湊型組合電器。目前145 k V戶外緊湊型組合電器主要產(chǎn)品有compass 、compact 、MCI等。compass在我國已得到廣泛應(yīng)用，有代表性的是2000年4月投產(chǎn)的江陰市南閘110 kV變電站。戶外插接式智能型組合電器是一種功能更完備的高壓和超高壓開關(guān)系統(tǒng)，它內(nèi)含電氣一次、二次設(shè)備，以及相關(guān)連的插接式復(fù)合光纜等。戶外插接式智能型組合電器在國外稱為PASS(Plug and Switch System)，西方一些國家已經(jīng)開始采用，國家電力公司正在積極地推廣該系列產(chǎn)品，并在500 kV變電站進行產(chǎn)業(yè)性應(yīng)用試驗。

這些戶外高壓和超高壓組合電器共同特點是以SF6斷路器為核心，與其它高壓電氣設(shè)備進行組合，形式繁多，從較簡單的145 k V戶外斷路器與電流互感器及隔離開關(guān)組合在一起的小車式組合電器，到550 kV戶外設(shè)備本體(包括斷路器、隔離開關(guān)與接地開關(guān)、光電式電流電壓互感器等設(shè)備的組合)，通過插接式復(fù)合光纜，與就地布置的控制保護智能柜連接在一起的完整超高壓開關(guān)系統(tǒng)。這些設(shè)備運行可靠性高、節(jié)省占地面積和空間、施工安裝簡單、運行維護方便，價格介于常規(guī)電氣設(shè)備與GIS之間，是電氣設(shè)備今后發(fā)展的一個方向，符合我國目前的國情和技術(shù)發(fā)展方向。

4、變電站綜合自動化技術(shù)新動向

變電站綜合自動化系統(tǒng)近幾年一直是電力建設(shè)的一個熱門。無論國內(nèi)國外，還是從治理方、運行方及設(shè)計單位對于變電站實現(xiàn)綜合自動化均取得了共叫。伴隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展，變電站綜合自動化也采用了新的技術(shù)，其技術(shù)動向主要集中在以下兩個方面。

4.1 全分散式變電站自動化系統(tǒng)

新型的全分散式變電站自動化系統(tǒng)，設(shè)計思想上實現(xiàn)了變電站二次系統(tǒng)由“面向功能”設(shè)計向“面向?qū)ο蟆痹O(shè)計的重要轉(zhuǎn)變。系統(tǒng)不再單純考慮某一個量，而是為某一設(shè)備配置完備的保護、監(jiān)控和丈量功能裝置，以完成特定的功能，從而并保證了系統(tǒng)的分布式開放性。其特點是各現(xiàn)場輸進輸出單元部件分別安裝在中低壓開關(guān)柜或高壓一次設(shè)備四周，現(xiàn)場單元部件可以是保護、監(jiān)控和丈量功能的集成裝置，亦可以是現(xiàn)場的保護、監(jiān)控和丈量部件分別保持其獨立性。變電站遠測遠信采集及處理、遠控命令執(zhí)行和繼電保護功能等均由現(xiàn)場單元部件獨立完成，并將這些信息通過網(wǎng)絡(luò)送至后臺主計算機。

采用全分散式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)后，變電站內(nèi)將不再具有規(guī)模龐大的測控屏以及大量連接信號源和測控屏之間的銅芯電纜，全部測控裝置下放在就地，而在控制室，取而代之的是一個計算機顯示器甚至僅為一臺臨時監(jiān)視、操縱使用的便攜機。

根據(jù)各變電站實際情況，現(xiàn)場單元有安裝在現(xiàn)場戶內(nèi)開關(guān)室內(nèi)的，亦有安裝在戶外開關(guān)四周小室或露天封閉箱內(nèi)的，環(huán)境條件較控制室內(nèi)嚴重。因此要保證現(xiàn)場單元在現(xiàn)場條件下安全穩(wěn)定的運行，除對現(xiàn)場單元本身提出要求外，設(shè)計上還應(yīng)考慮對現(xiàn)場溫度、濕度、電磁感應(yīng)、雷電流、開關(guān)開合時振動影響(如接點抖動，連接松動等)采取相應(yīng)的措施。目前，國內(nèi)2000年11月正式投運一個220kV全下放變電站丹東新興站，220kV配電裝置采用就地間隔簡易保護小室，66 k V配電裝置采用就地下放式保護與控制柜。

從技術(shù)發(fā)展的趨勢看，將來的測控設(shè)備還將和一次設(shè)備完全融合，即實現(xiàn)所謂的智能一次設(shè)備，每個對象均含有保護、監(jiān)控、計費、操縱、閉鎖等一系列功能及信息庫，面向外界的僅是一個通訊口，采用全分散式變電站自動化系統(tǒng)將是必然的結(jié)果。

4.2 引進先進的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

通訊網(wǎng)絡(luò)是綜合自動化變電站與常規(guī)站的最明顯的區(qū)別之一，只有采用通訊網(wǎng)絡(luò)，才可能節(jié)省大量電纜。因此必須保證通訊網(wǎng)絡(luò)安全、可靠，傳輸速度滿足變電站綜合自動化系統(tǒng)的要求。全分散式變電站自動化系統(tǒng)的實現(xiàn)尤其依托于如今發(fā)展很快的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。引進先進的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使得自動化系統(tǒng)的實現(xiàn)更加簡單，性能也大大優(yōu)于以往的系統(tǒng)，并可解決以往系統(tǒng)中鏈路信息傳輸?shù)膶崟r性題目，以及信號傳輸?shù)娜萘款}目。

這主要集中在現(xiàn)場單元和通訊單元之間引進現(xiàn)場總線技術(shù)。由于分散式系統(tǒng)的推出，成百個CPU將在變電站之內(nèi)運行。傳統(tǒng)變電站自動化系統(tǒng)中常用的串行通訊接口RS－232 , RS－422/485雖有接口標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和多數(shù)智能單元IED接口方便的優(yōu)點，但不足之處是RS－232通訊有效間隔短，而RS－485總線為主從結(jié)構(gòu)，主接點工作繁忙時，影響系統(tǒng)性能。而現(xiàn)場總線技術(shù)不僅具有高速(達1 MHz及以上)傳輸特征，并且具備“多路偵聽，自動上送”的功能，解決了多CPU系統(tǒng)的信息傳輸及突發(fā)事件優(yōu)先傳輸?shù)念}目。目前的現(xiàn)場總線種類很多，在我國電力系統(tǒng)自動化應(yīng)用中，隨生產(chǎn)廠不同而不同。四方公司開發(fā)的第三代微機保護裝置引進了美國Echelon公司推出的Lonworks網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它非常適合于總線型結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)功能極強。此外，其它一些公司引進開發(fā)的用于變電站綜合自動化控制的還有現(xiàn)場總線基金會(簡稱F瑪開發(fā)的FF現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)、德國Bosch公司推出的CAN總線標(biāo)準(zhǔn)等，這些都屬于連接變電站智能化設(shè)備與自動控制系統(tǒng)的全數(shù)字化、多變量、雙向、多點、多站的通訊網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。近期以太網(wǎng)技術(shù)的進一步發(fā)展，使以太網(wǎng)成為使用最廣泛的局域網(wǎng)技術(shù)，其做為產(chǎn)業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)已開始得到應(yīng)用。以太網(wǎng)的傳輸速度有10Mbps ,100Mbps ,1000Mbps系統(tǒng)，變電站綜合自動化系統(tǒng)測控網(wǎng)絡(luò)假如采用總線型結(jié)構(gòu)的以太網(wǎng)技術(shù)，能發(fā)揮以太網(wǎng)傳輸速度快的上風(fēng)，通訊帶寬大幅進步，通訊狀況大為改善，可靠性進步。根據(jù)國際上對變電站綜合自動化的發(fā)展趨勢及近年來IEC制定的關(guān)于變電站二次設(shè)備信息接口的配套標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合我國的實際情況，變電站自動化系統(tǒng)采用總線型以太網(wǎng)會越來越多。

5、變電站占地及建筑面積減少

變電站接線方案的簡化，組合電器、管母線及鋼支架等的采用，使變電站布置更為簡單，取消站前區(qū)和優(yōu)化布置使變電站占地大幅度下降。占有關(guān)資料先容，采用GIS的配電裝置和敞開式配電裝置相比可節(jié)省占地80%以上。采用PASS的配電裝置和敞開式配電裝置相比可節(jié)省占地40%-60%。即使同樣敞開式配電裝置，由于簡化接線(比如取消旁路母線等)也會減少變電站占地面積。

隨著經(jīng)濟和城市建設(shè)的發(fā)展，市區(qū)的用電負荷增長迅速，而城市土地十分寶貴，地價越來越昂貴。新建的城市變電站必須符合城市的形象及環(huán)保等要求，追求綜合經(jīng)濟、社會效益，所以建設(shè)形式多采用地面全戶內(nèi)型或地下等布置形式，占地面積有效減少。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明全戶內(nèi)型變電站一般用地僅為同類型、同規(guī)模戶外常規(guī)站的25%左右。我國一些大城市已明確提出對主城區(qū)的終端220 k V站110 kV站、35 k V站必須采用全戶內(nèi)型，對于邊沿城區(qū)有條件的也要采用全戶內(nèi)型。

分散式變電站自動化系統(tǒng)的采用，電纜大量減少，主控樓在活動地板下敷設(shè)電纜，取消電纜夾層，主控樓建筑面積減少。另外，針對一些110 kV及以下變電站實現(xiàn)無人值班，設(shè)計中取消了與運行職員有關(guān)的建筑和設(shè)施，建筑面積更是大為減少。

6、結(jié)語

配合我國經(jīng)濟建設(shè)的迅速發(fā)展，搞好電網(wǎng)建設(shè)尤為重要。其中，變電站設(shè)計是電網(wǎng)建設(shè)的一個重要環(huán)節(jié)。研究和分析國內(nèi)外變電站技術(shù)的發(fā)展，把握其趨勢，對變電站設(shè)計是很有必要的。