李东平

（晋中电力设计院，山西晋中030600）

智能变电站设计应用探讨

李东平

（晋中电力设计院，山西晋中030600）

智能变电站采用电子互感器、合并单元等设备，通过合并单元与常规互感器接口，实现电压电流量的就地数字化采集。本文通过220 KV智能变电站建设实例，探讨分析智能变电站一次设备智能化、二次设备网络化的设计与实现方式。

智能变电站；合并单元；一次设备智能化；二次设备网络化

图2 变电站自动化系统网络结构示意图

1 一次设备智能化设计

山西晋中天湖变电站贯彻“两型一化”原则，围绕“结构布局合理、系统高度集成、技术装备先进、经济节能环保、支持调控一体”主题进行优化设计。

根据本站主变及出线规模，220 KV本期及远景采用双母线接线；110 KV本期采用单母线分段接线，同名回路接于不同段母线；远景采用单母线三分段接线；35 KV系统本期采用单母线分段接线，建设Ⅰ，Ⅱ段母线，12回出线均布在两段母线上；远景为单母线分段接线加单元接线，Ⅲ段母线仅带无功补偿。

工程推荐采用三相三绕组、自然油循环风冷、有载调压智能变压器。主变户外布置，散热器与本体一体化布置。主变压器选择结果详见表1。

表1 主变压器选择结果表

智能变压器设备采用变压器实体加分相油色谱状态监测装置箱与高度集成的智能控制柜方案，智能组件装置（含冷却器控制、非电量保护、智能终端、合并单元一体化）与状态监测IED装置集成于智能控制柜内。该方案从外观上向小型化、模块化方向发展；在功能上向标准化、智能化方向发展；在可靠性上向自诊断、自恢复方向发展。在功能、结构等方面较好地解决了目前变压器设备存在的问题，一定程度上实现了智能变压器设备的一、二次融合。

220 KV，110 KV采用智能小型化GIS组合电器。智能组件（含智能终端与合并单元一体化）与状态监测IED装置集成于智能控制柜内，减少GIS间隔内部接线。机构二次线与智能终端实现优化集成，取消本体信号指示灯，取消防跳、非全相保护、压力低闭锁等冗余二次接线，简化断路器控制回路。按照短路电流水平，35 KV设备短路电流水平按31.5 KA考虑。35 KV开关柜采用C-GISSF6气体绝缘金属封闭开关，采用SF6断路器。

2 二次设备网络化

按《国家电网公司2011年新建变电站设计补充规定》、《智能变电站优化集成设计建设指导意见》，进行智能化变电站设计，系统继电保护及安全自动装置应满足智能化变电站相关导则、规范的要求，二次设备网络化。

2.1 二次设备网络化的组网

二次设备采用“三层两网”的方式进行组网。“三层”是指站控层、间隔层和过程层；“两网”是指站控层 /间隔层网络、过程层网络。参见变电站自动化系统网络结构示意图，如图2所示。站控层MMS，GOOSE，SNTP三网合一，220kV，110kV过程层SV，GOOSE，IEC61588三网合一；220 kV过程层网络采用双套星型单网，按间隔配置交换机，110 KV过程层网络采用星型双网，多间隔共享中心交换机。线路保护直接采样、直接跳闸。跨间隔信息 （启动母差失灵功能和母差保护动作远跳功能等）采用GOOSE网络传输方式。通讯规约使用DL/T 860协议。 20 KV线路保护考虑一侧采用合并单元＋常规互感器、一侧只采用常规互感器的配合要求。

2.2 自动化系统的结构

自动化系统采用开放式分层分布式系统，由站控层、间隔层和过程层设备构成。系统统一组网，采用DL/T860通信标准；站内信息共享，保护故障信息、远动信息、微机防误系统不重复采集。

站控层设备包括主机（双套配置）、操作员工作站、工程师站、远动通信装置、保护及故障信息子站等。

间隔层包括继电保护及全自动装置、测控装置、故障录波及网络分析记录装置、电能计量装置、相量测量装置、行波测距装置。继电保护及安全自动装置具体配置原则按照GB/T14285-2006及Q/GDW 441-2010相关要求执行。

过程层包含由一次设备和智能组件构成的智能设备、合并单元和智能终端；全站采用合并单元 /智能终端一体化装置，双重化保护配置的间隔，其合并单元/智能终端均双重化配置；单套保护配置的间隔，其合并单元/智能终端均单套配置。

2.3 网络通信

（1）站控层网络可传输MMS报文和GOOSE报文。冗余网络，网络结构拓扑采用双星形以太网络。逻辑功能上覆盖站控层之间数据交换接口、站控层与间隔层之间数据交换接口。

（2）间隔层网络可传输MMS报文和GOOSE报文。逻辑功能上覆盖间隔层内数据、间隔层与站控层数据交换、间隔层之间（根据需要）数据交换接口。

（3）过程层网络（含采样值和GOOSE）逻辑功能上覆盖间隔层与过程层数据交换接口。

3 结语

山西晋中220 KV天湖智能变电站采用先进技术与设备，强调优化系统结构与功能，其根本是服务于应用。与常规变电站相比，其优越性体现在：一次设备智能化；采样就地数字化；光缆取代电缆，数字取代模拟；通信规约标准等。通过实例可看出，就现阶段常规互感器具有较成熟的运行经验，配以合并单元实现就地数字化采样传输，是一种可行的技术方式。

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〔责任编辑 李海〕

Application and Discussion of Smart Substation Design

LIDong-ping
（Jinzhong Electric Power Design Institute，Jinzhong Shanxi，030600）

Smart substation uses equipmentof electronic transformer and merging unit.Through the interface ofmerging unitand conventional transformer，it realizes the data collection ofmagnitude of current and voltage.The construction process of 220KV smart substation is taken as an example in this paper to discuss and analyze approach of design of theprimary intelligent equipment and the secondary network equipment.

smart substation；merging unit；the primary intelligentequipment；the secondary network equipment.

O412.3

A

1674－0874（2013）06－0025－03

山西晋中220 KV天湖变电站是根据《国家电网公司输变电工程通用设计110（66）-750 KV智能变电站部分》（2011版）进行设计的，实现了自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并根据需要，可支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能。达到了节约环保、功能集成、配置优化、工艺一流的变电站建设要求。与常规变电站不同的是，采用的设备有电子式传感器、合并单元等，并且在通讯协议、数字保护及控制系统也有很大的变化。合并单元的基本功能是获取采样数据并组帧在以太网上传输。无论合并单元与互感器之间是以传统的100V，1A（5A）形式的模拟量接口，还是与电子式互感器之间通过通信协议进行采样值数据传送都是可行的。现阶段电子式互感器运行经验较少，相关标准沿需进一步完善，电子式互感器的大面积推广存在一定瓶颈。相对来说，常规互感器具有成熟的运行经验，因此在一段时间内可采用常规互感器并通过合并单元实现模拟量就地数字化转换，使得变电站的过程层采样值数据的发布形式与电子互感器完全相同。如图1所示，合并单元与常规互感器接口。合并单元与常规互感器接口时，信号采集是由合并单元完成的，经过小TV、小TA变换后的模拟量由合并单元采集后，直接将数据组帧发过给测控、保护等装置。常规互感器配置合并单元，将合并单元下放布置在互感器附近（就地智能控制柜内），互感器与合并单元直接用电缆连接，合并单元与保护、测控装置或交换机之间用光缆连接。通过合并单元与常规互感器接口，实现电压电流量的就地数字化采集。

图1 合并单元与常规互感器接口

2013-10-20

李东平（1973-），男，山西临县人，工程师，研究方向：电力工程设计。