剖析我國(guó)變電站設(shè)計(jì)趨勢(shì)

1、引言 

我國(guó)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(duì)電氣設(shè)備、系統(tǒng)內(nèi)大量信息的實(shí)時(shí)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(jì)算機(jī)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(guó)變電站設(shè)計(jì)出現(xiàn)了一些新的趨勢(shì)。

2、變電站接線方案趨于簡(jiǎn)單

隨著制造廠生產(chǎn)的電氣設(shè)備質(zhì)量的進(jìn)步以及電網(wǎng)可靠性的增加，變電站接線簡(jiǎn)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(jìn)步，檢驗(yàn)時(shí)間少。特別國(guó)外一些著名廠家生產(chǎn)的超高壓斷路器均可達(dá)到20年不大修，更換部件費(fèi)時(shí)很短。為了進(jìn)一步控制工程造價(jià)，進(jìn)步經(jīng)濟(jì)效益，經(jīng)過專家反復(fù)論證，我國(guó)少數(shù)變電站設(shè)計(jì)已逐漸采用一些新的更為簡(jiǎn)單的接線方案。 頻譜分析儀| 電池測(cè)試儀| 相序表| 萬用表| 功率計(jì)| 示波器| 電阻測(cè)試儀| 電阻計(jì)| 電表| 鉗表| 高斯計(jì)| 電磁場(chǎng)測(cè)試儀| 電源供應(yīng)器

簡(jiǎn)化接線方案集中在這些方面：我國(guó)500 kV 330 kV電壓等級(jí)的接線較多采用3/2斷路器接線，但現(xiàn)在有些設(shè)計(jì)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(guó)外某些地區(qū)，500 k V電壓等級(jí)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(jìn)串內(nèi)，出線回路多時(shí)，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(guó)內(nèi)一些變電站3/2斷路器接線中，設(shè)計(jì)不考慮裝設(shè)線路側(cè)隔離開關(guān)。近期國(guó)內(nèi)新建的很多變電站220 k V及110kV電壓等級(jí)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(jià)格不斷下降，伴隨著國(guó)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(kuò)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(jì)的電氣設(shè)備檔次不斷進(jìn)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(jī)、電組合一體化的小型設(shè)備發(fā)展。近年來世界各國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)外稱為PASS(Plug and Switch System)，西方一些國(guó)家已經(jīng)開始采用，國(guó)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(jìn)行產(chǎn)業(yè)性應(yīng)用試驗(yàn)。

這些戶外高壓和超高壓組合電器共同特點(diǎn)是以SF6斷路器為核心，與其它高壓電氣設(shè)備進(jìn)行組合，形式繁多，從較簡(jiǎn)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(hù)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(yùn)行可靠性高、節(jié)省占地面積和空間、施工安裝簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)方便，價(jià)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(gè)方向，符合我國(guó)目前的國(guó)情和技術(shù)發(fā)展方向。

4、變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)新動(dòng)向

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)近幾年一直是電力建設(shè)的一個(gè)熱門。無論國(guó)內(nèi)國(guó)外，還是從治理方、運(yùn)行方及設(shè)計(jì)單位對(duì)于變電站實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化均取得了共叫。伴隨著計(jì)算機(jī)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(dòng)化也采用了新的技術(shù)，其技術(shù)動(dòng)向主要集中在以下兩個(gè)方面。

4.1 全分散式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)

新型的全分散式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，設(shè)計(jì)思想上實(shí)現(xiàn)了變電站二次系統(tǒng)由“面向功能”設(shè)計(jì)向“面向?qū)ο蟆痹O(shè)計(jì)的重要轉(zhuǎn)變。系統(tǒng)不再單純考慮某一個(gè)量，而是為某一設(shè)備配置完備的保護(hù)、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(diǎn)是各現(xiàn)場(chǎng)輸進(jìn)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(chǎng)單元部件可以是保護(hù)、監(jiān)控和丈量功能的集成裝置，亦可以是現(xiàn)場(chǎng)的保護(hù)、監(jiān)控和丈量部件分別保持其獨(dú)立性。變電站遠(yuǎn)測(cè)遠(yuǎn)信采集及處理、遠(yuǎn)控命令執(zhí)行和繼電保護(hù)功能等均由現(xiàn)場(chǎng)單元部件獨(dú)立完成，并將這些信息通過網(wǎng)絡(luò)送至后臺(tái)主計(jì)算機(jī)。

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(cè)控屏以及大量連接信號(hào)源和測(cè)控屏之間的銅芯電纜，全部測(cè)控裝置下放在就地，而在控制室，取而代之的是一個(gè)計(jì)算機(jī)顯示器甚至僅為一臺(tái)臨時(shí)監(jiān)視、操縱使用的便攜機(jī)。

根據(jù)各變電站實(shí)際情況，現(xiàn)場(chǎng)單元有安裝在現(xiàn)場(chǎng)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(yán)重。因此要保證現(xiàn)場(chǎng)單元在現(xiàn)場(chǎng)條件下安全穩(wěn)定的運(yùn)行，除對(duì)現(xiàn)場(chǎng)單元本身提出要求外，設(shè)計(jì)上還應(yīng)考慮對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫度、濕度、電磁感應(yīng)、雷電流、開關(guān)開合時(shí)振動(dòng)影響(如接點(diǎn)抖動(dòng)，連接松動(dòng)等)采取相應(yīng)的措施。目前，國(guó)內(nèi)2000年11月正式投運(yùn)一個(gè)220kV全下放變電站丹東新興站，220kV配電裝置采用就地間隔簡(jiǎn)易保護(hù)小室，66 k V配電裝置采用就地下放式保護(hù)與控制柜。

從技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)看，將來的測(cè)控設(shè)備還將和一次設(shè)備完全融合，即實(shí)現(xiàn)所謂的智能一次設(shè)備，每個(gè)對(duì)象均含有保護(hù)、監(jiān)控、計(jì)費(fèi)、操縱、閉鎖等一系列功能及信息庫(kù)，面向外界的僅是一個(gè)通訊口，采用全分散式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)將是必然的結(jié)果。

4.2 引進(jìn)先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

通訊網(wǎng)絡(luò)是綜合自動(dòng)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(dòng)化系統(tǒng)的要求。全分散式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)尤其依托于如今發(fā)展很快的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。引進(jìn)先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使得自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)更加簡(jiǎn)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?shí)時(shí)性題目，以及信號(hào)傳輸?shù)娜萘款}目。

這主要集中在現(xiàn)場(chǎng)單元和通訊單元之間引進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。由于分散式系統(tǒng)的推出，成百個(gè)CPU將在變電站之內(nèi)運(yùn)行。傳統(tǒng)變電站自動(dòng)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(diǎn)，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(diǎn)工作繁忙時(shí)，影響系統(tǒng)性能。而現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)不僅具有高速(達(dá)1 MHz及以上)傳輸特征，并且具備“多路偵聽，自動(dòng)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(chǎng)總線種類很多，在我國(guó)電力系統(tǒng)自動(dòng)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(jī)保護(hù)裝置引進(jìn)了美國(guó)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(qiáng)。此外，其它一些公司引進(jìn)開發(fā)的用于變電站綜合自動(dòng)化控制的還有現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)(簡(jiǎn)稱F瑪開發(fā)的FF現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)、德國(guó)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(dòng)控制系統(tǒng)的全數(shù)字化、多變量、雙向、多點(diǎn)、多站的通訊網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。近期以太網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)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(dòng)化系統(tǒng)測(cè)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(jìn)步，通訊狀況大為改善，可靠性進(jìn)步。根據(jù)國(guó)際上對(duì)變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)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(guó)的實(shí)際情況，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)采用總線型以太網(wǎng)會(huì)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(jiǎn)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(jiǎn)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(jiǎn)化接線(比如取消旁路母線等)也會(huì)減少變電站占地面積。

隨著經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的發(fā)展，市區(qū)的用電負(fù)荷增長(zhǎng)迅速，而城市土地十分寶貴，地價(jià)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(jì)、社會(huì)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(jì)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(guó)一些大城市已明確提出對(duì)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(duì)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(dòng)化系統(tǒng)的采用，電纜大量減少，主控樓在活動(dòng)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(duì)一些110 kV及以下變電站實(shí)現(xiàn)無人值班，設(shè)計(jì)中取消了與運(yùn)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(guó)經(jīng)濟(jì)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(jì)是電網(wǎng)建設(shè)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。研究和分析國(guó)內(nèi)外變電站技術(shù)的發(fā)展，把握其趨勢(shì)，對(duì)變電站設(shè)計(jì)是很有必要的。