剖析我國變電站設計趨勢

1、引言 

我國電力建設經過多年的發展，系統容量越來越大，短路電流不斷增大，對電氣設備、系統內大量信息的實時性等要求越來越高;而隨著科學技術的高速發展，制造、材料行業，尤其是計算機及網絡技術的迅速發展，電力系統的變電技術也有了新的奔騰，我國變電站設計出現了一些新的趨勢。

2、變電站接線方案趨于簡單

隨著制造廠生產的電氣設備質量的進步以及電網可靠性的增加，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備，其制造技術近年來有了較大發展，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，進步經濟效益，經過專家反復論證，我國少數變電站設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，但現在有些設計院提出，根據工程情況，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，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組主變經過隔離開關分別接至兩組母線，如有第3 ,4組主變則接進串內，出線回路多時，采用3/2和3/2斷路器串，這樣可以節約大量投資。另外，國內一些變電站3/2斷路器接線中，設計不考慮裝設線路側隔離開關。近期國內新建的很多變電站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備

近年來電氣一次設備制造有了較大發展，大量高性能、新型設備不斷出現，設備趨于無油化，采用SF6氣體盡緣的設備價格不斷下降，伴隨著國產GIS向高電壓、大容量、三相共箱體方面發展，性能不斷完善，應用面不斷擴大，很多城網建設工程、用戶工程都考慮采用GIS配電裝置。變電站設計的電氣設備檔次不斷進步，配電裝置也從傳統的形式走向無油化、真空開關、SF6開關和機、電組合一體化的小型設備發展。近年來世界各國著名的高壓電氣設備公司都相繼開發、研制了各種類型的145-550 kV戶外高壓和超高壓組合電器，國內一些高壓開關廠也已經開始生產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品有compass 、compact 、MCI等。compass在我國已得到廣泛應用，有代表性的是2000年4月投產的江陰市南閘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系統，它內含電氣一次、二次設備，以及相關連的插接式復合光纜等。戶外插接式智能型組合電器在國外稱為PASS(Plug and Switch System)，西方一些國家已經開始采用，國家電力公司正在積極地推廣該系列產品，并在500 kV變電站進行產業性應用試驗。

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組合在一起的小車式組合電器，到550 kV戶外設備本體(包括斷路器、隔離開關與接地開關、光電式電流電壓互感器等設備的組合)，通過插接式復合光纜，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系統。這些設備運行可靠性高、節省占地面積和空間、施工安裝簡單、運行維護方便，價格介于常規電氣設備與GIS之間，是電氣設備今后發展的一個方向，符合我國目前的國情和技術發展方向。

4、變電站綜合自動化技術新動向

變電站綜合自動化系統近幾年一直是電力建設的一個熱門。無論國內國外，還是從治理方、運行方及設計單位對于變電站實現綜合自動化均取得了共叫。伴隨著計算機技術、網絡技術和通訊技術的發展，變電站綜合自動化也采用了新的技術，其技術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

新型的全分散式變電站自動化系統，設計思想上實現了變電站二次系統由“面向功能”設計向“面向對象”設計的重要轉變。系統不再單純考慮某一個量，而是為某一設備配置完備的保護、監控和丈量功能裝置，以完成特定的功能，從而并保證了系統的分布式開放性。其特點是各現場輸進輸出單元部件分別安裝在中低壓開關柜或高壓一次設備四周，現場單元部件可以是保護、監控和丈量功能的集成裝置，亦可以是現場的保護、監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、遠控命令執行和繼電保護功能等均由現場單元部件獨立完成，并將這些信息通過網絡送至后臺主計算機。

采用全分散式系統結構后，變電站內將不再具有規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視、操縱使用的便攜機。

根據各變電站實際情況，現場單元有安裝在現場戶內開關室內的，亦有安裝在戶外開關四周小室或露天封閉箱內的，環境條件較控制室內嚴重。因此要保證現場單元在現場條件下安全穩定的運行，除對現場單元本身提出要求外，設計上還應考慮對現場溫度、濕度、電磁感應、雷電流、開關開合時振動影響(如接點抖動，連接松動等)采取相應的措施。目前，國內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。

從技術發展的趨勢看，將來的測控設備還將和一次設備完全融合，即實現所謂的智能一次設備，每個對象均含有保護、監控、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將是必然的結果。

4.2 引進先進的網絡技術

通訊網絡是綜合自動化變電站與常規站的最明顯的區別之一，只有采用通訊網絡，才可能節省大量電纜。因此必須保證通訊網絡安全、可靠，傳輸速度滿足變電站綜合自動化系統的要求。全分散式變電站自動化系統的實現尤其依托于如今發展很快的計算機網絡技術。引進先進的網絡技術使得自動化系統的實現更加簡單，性能也大大優于以往的系統，并可解決以往系統中鏈路信息傳輸的實時性題目，以及信號傳輸的容量題目。

這主要集中在現場單元和通訊單元之間引進現場總線技術。由于分散式系統的推出，成百個CPU將在變電站之內運行。傳統變電站自動化系統中常用的串行通訊接口RS－232 , RS－422/485雖有接口標準化、規范化和多數智能單元IED接口方便的優點，但不足之處是RS－232通訊有效間隔短，而RS－485總線為主從結構，主接點工作繁忙時，影響系統性能。而現場總線技術不僅具有高速(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系統的信息傳輸及突發事件優先傳輸的題目。目前的現場總線種類很多，在我國電力系統自動化應用中，隨生產廠不同而不同。四方公司開發的第三代微機保護裝置引進了美國Echelon公司推出的Lonworks網絡技術，它非常適合于總線型結構，網絡功能極強。此外，其它一些公司引進開發的用于變電站綜合自動化控制的還有現場總線基金會(簡稱F瑪開發的FF現場總線標準、德國Bosch公司推出的CAN總線標準等，這些都屬于連接變電站智能化設備與自動控制系統的全數字化、多變量、雙向、多點、多站的通訊網絡產品。近期以太網技術的進一步發展，使以太網成為使用最廣泛的局域網技術，其做為產業控制網絡已開始得到應用。以太網的傳輸速度有10Mbps ,100Mbps ,1000Mbps系統，變電站綜合自動化系統測控網絡假如采用總線型結構的以太網技術，能發揮以太網傳輸速度快的上風，通訊帶寬大幅進步，通訊狀況大為改善，可靠性進步。根據國際上對變電站綜合自動化的發展趨勢及近年來IEC制定的關于變電站二次設備信息接口的配套標準，結合我國的實際情況，變電站自動化系統采用總線型以太網會越來越多。

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，取消站前區和優化布置使變電站占地大幅度下降。占有關資料先容，采用GIS的配電裝置和敞開式配電裝置相比可節省占地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。

隨著經濟和城市建設的發展，市區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保等要求，追求綜合經濟、社會效益，所以建設形式多采用地面全戶內型或地下等布置形式，占地面積有效減少。有數據統計表明全戶內型變電站一般用地僅為同類型、同規模戶外常規站的25%左右。我國一些大城市已明確提出對主城區的終端220 k V站110 kV站、35 k V站必須采用全戶內型，對于邊沿城區有條件的也要采用全戶內型。

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

6、結語

配合我國經濟建設的迅速發展，搞好電網建設尤為重要。其中，變電站設計是電網建設的一個重要環節。研究和分析國內外變電站技術的發展，把握其趨勢，對變電站設計是很有必要的。