预制舱式二次组合设备设计及优化

目前,国内许多地方供电公司已陆续开展模块化智能变电站 试点工程的建设,但建设技术尚未成熟,有待进一步改善与推进。 论文基于笔者自身工程实践设计经验,从设计角度浅谈模块化智 能变电站二次系统设计过程中存在的问题,并对 110 kV 模块化 智能变电站预制舱式组合二次设备配置方案及模块化集成重点 研究。

 模块化智能变电站二次系统的建设模式,较常规的智能变电 站虽然有诸多优势,但仍存在以下几个问题。

 二次设备的功能集成与组柜

二次设备的功能集成没有达到最优化,存在很大的整合空 间。 且落实到各地方供电公司,部分功能集成会因一些特殊原因 不能得以实施,导致二次系统设备数量较传统的智能变电站并未 明显减少,交换机数量无法减少,网络接线仍旧复杂。

 例如目前全站的计量方式仍采用常规电子式电能表,不仅增 加了设备数量且在组柜方式也存在争议。 常规电能表的组柜方 式有二种:若电能表单独组柜,则110KV变电站电能表(除去中、 低压侧电能表)至少需要二面柜体;若将电能表下放至各间隔保护测控柜,虽然可以减少二面柜体,但会给供电公司保护专业、计 量专业人员的正常工作带来不便与纠纷。 总体来说,整站二次设备数量及所需屏柜数量无明显减少, 且在设计、施工、调试和运行维护方面无显著改善。

招标模式

首先,由于缺乏模块化智能变电站整站二次设备集中招标专用技术规范,设计人员提报物料技术规范无统一标准模板,若要招得整站二次设备集成商,只能采用现行智能变电站独立物料技 术规范模板并打包的方式。 这种做法的缺点是:设计人员需在国网公司审查技术规范时,要求国网物资部将整站二次设备技术规范打包。 若出现设备漏打包的现象,则会导致整站二次设备招标厂家不唯一。 其次,不能保证协议库存设备及单一来源设备是否具备前接 线前显示功能,以及能否与集成商提供的其他设备进行模块化集成对接。 最后,由于目前国内各大厂家规模参差不齐,统一集中招标的中标厂家有无模块化集成的设计能力不得而知。 中标厂家的设计能力直接影响到与甲方及甲方设计各个节点的衔接配合顺 畅与否,影响变电站正常建设。

 模块化集成商

据笔者调研,目前国内多数变电站综自厂家对模块化智能变 电站建设的认知仍停留在前几年的装配式智能变电站上,认为模 块化智能变电站较常规智能变电站的不同之处仅体现在预制舱 以及设备的即插即用上,对变电站各个模块的划分与集成不甚 了解。 模块化智能变电站实现了硬件的集成优化,相应的软件升级 改造必须向面向对象、结构化、模块化、分布式的方向发展。

 舱体的选择与布置

目前,变电站可根据需要设置公用设备预制舱式二次组合设 备、间隔预制舱式二次组合设备、交直流电源预制舱式二次组合 设备、蓄电池预制舱式二次组合设备等。 如何最佳的选择舱体大小,及如何优化整站二次设备模块划 分集成,直接决定了全站电缆、光缆的用量,影响变电站的投资及 施工安装工艺。

 改变传统的运维习惯

模块化新技术的产生,将改变传统的运维习惯,需要相关工 作人员与时俱进,接受新技术新思想,摒弃传统的观念。

设计优化方案

二次设备功能高度集成

随着现代电力电子、通信、计算机、人工智能等技术的飞速发 展,及电力系统二次设备可靠运行的经验积累、集成化硬件的性 能不断提升,智能变电站二次系统的硬件设备将会向一体化集成 的方向发展,软件也将向面向对象、模块化、结构化、分布式的方 向发展。 因此,对二次系统设备集成技术的研究符合国内智能变 电站未来的发展方向[2]。 对于110KV智能变电站二次系统,可行的装置集成方案有 以下几种:

(1)户外站 110KV线路、分段(桥)均采用保护测控一体化 装置。 户内站可根据实际情况采用保护、测控、计量、智能终端、 合并单元多合一装置。 (2)主变配置主、后一体双套电量保护。 (3)取消常规电子式电能表,实现测控装置集成计量功能。 (4)当采用保护、测控、计量、智能终端、合并单元多合一装 置时,可配置一套站域控制装置,实现110KV母线保护、全站备 自投、低频低压减载等自动控制功能。 (5)故障录波与网络记录分析集成。 (6)保护及故障信息系统子站不配置独立装置。 保护装置 信息由Ⅰ区监控主机接收后存储在Ⅰ区。 故障录波器信息由Ⅱ 区通信网关机(综合应用服务器)接收后存储在Ⅱ区。 (7)智能辅助系统综合监控平台后台系统,可由综合应用服 务器实现。

二次设备模块化集成

模块设置主要按照设备功能及间隔对象进行划分,尽量减少模块间二次接线工作量。

1)主要模块划分 (1)站控层设备模块 包含监控系统站控层设备、调度数据网络设备、二次系统安 全防护设备、辅助控制系统等。 (2)公用设备模块 包含站域保护控制装置、公用测控装置、时钟同步系统、故障 录波及网络记录分析装置、火灾报警系统等。 (3)一体化电源系统模块 包含站用交流电源、直流电源、交流不间断电源(UPS)、蓄电 池等。 (4)110KV间隔设备模块 包含110KV线路(分段) 保护测控集成装置、过程层交换 机等。 (5)主变间隔层设备模块 包含主变压器保护装置、主变测控装置等。 (6)通信设备模块

2)设备配置优化方案

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一个规模较大的110KV智能变电站,最佳的配置方案是:在 110KV配电装置区空隙场地配置一个Ⅲ型间隔层设备预制舱, 尺寸为 12200mm*2800mm*3133mm,舱内含110KV系统设 备模块、主变系统设备模块、直流系统设备模块以及故障录波、公 用测控、时钟同步等公用设备模块。 其他模块采用预制式二次组 合设备布置于二次设备室内。 35kv及110kv保护测控装置就地 安装于配电室开关柜内。 预制舱式二次组合设备采用前接线、前 显示式装置。 具体设备配置方案如表1所示。 3)预制光缆及预制电缆 (1)预制光缆 全站采用双端预制光缆。 舱 /室内屏柜之间采用双端预制尾 缆,舱 /室内保护装置到户外智能控制柜采用光纤转接方案。 在预制舱及二次设备室分别设置光纤转接柜,光纤转接柜与舱 /室 内二次设备间采用尾缆连接,在工厂完成接线及调试;与舱 /室外 设备间采用多芯室外预制光缆连接,现场即插即用。 因此各间隔 光缆连接可由原来的智能控制柜与多个二次设备的连接,简化为 智能控制柜与舱 /室内光纤转接柜的连接,即采用 1或2根多芯 光缆完成智能控制柜与舱 /室内光纤转接柜的所有接线。