今日剖析我国变电站设计趋势

剖析我国变电站设计趋势

1、引言

我国电力建设经过多年的发展，系统容量越来越大，短路电流不断增大，对电气设备、系统内大量信息的实时性等要求越来越高;而随着科学技术的高速发展，制造、材料行业，尤其是计算机及络技术的迅速发展，电力系统的变电技术也有了新的飞跃，我国变电站设计出现了一些新的趋势。

2、变电站接线方案趋于简单

随着制造厂生产的电气设备质量的提高以及电可靠性的增加，变电站接线简化趋于可能。例如，断它们的主导产品都为铝箔轧制带坯与通用1XXX系、3XXX系合金板带材带坯路器是变电站的主要电气设备，其制造技术近年来有了较大发展，可靠性大为提高，检修时间少。特别国外一些知名厂家生产的超高压断路器均可达到20年不大修，更换部件费时很短。为了进一步控制工程造价，提高经济效益，经过专家反复论证，我国少数变电站设计已逐渐采用一些新的更为简单的接线方案。

简化接线方案集中在这些方面：我国500 kV 330 kV电压等级的接线较多采用3/2断路器接线，但现在有些设计院提出，根据工程情况，可采用3/2断路器变压器-母线组接线，可靠性与3/2断路器接线特殊材料结合技术：激光焊接、磨擦搅拌焊接、直接粘结、特殊材料焊接的关联技术、超音波钎焊接、分散焊接、接合强度实验、设计摹拟工具等;基本相同，却可以降低投资。目前在四川二滩水电站的500 kV接线中有一串采用3/2断路器接线方式，其他串为3/2断路器接线。在国外某些地区，500 k V电压等级广泛采用双重连接方式接线，即3/2及3/2断路器接线，但第1 ,2组主变经过隔离开关分别接至两组母线，如有第3 ,4组主变则接入串内，出线回路多时，采用3/2和3/2断路器串，这样可以节约大量投资。另外，国内一些变电站3/2断路器接线中，设计不考虑装设线路侧隔离开关。近期国内新建的许多变电站220 k V及110kV电压等级的接线采用双母线而不带旁路母线。采用GIS的情况下，优先采用单母线分段接线。终端变电站中，尽量采用线路变压器组接线等。

3、大量采用新的电气一次设备

近年来电气一次设备制造有了较大发展，大量高性能、新型设备不断出现，设备趋于无油化，采用SF6气体绝缘的设备价格不断下降，伴随着国产GIS向高电压、大容量、三相共箱体方面发展，性能不断完善，应用面不断扩大，许多城建设工程、用户工程都考虑采用GIS配电装置。变电站设计的电气设备档次不断提高，配电装置也从传统的形式走向无油化、真空开关、SF6开关和机、电组合一体化的小型设备发展。近年来世界各国著名的高压电气设备公司都相继开发、研制了各种类型的 kV户外高压和超高压组合电器，国内一些高压开关厂也单位为毫米(mm)已经开始生产145 k V户外紧凑型组合电器。目前145 k V户外紧凑型组合电器主要产品有compass 、compact 、MCI等。compass在我国已得到广泛应用，有代表性的是2000年4月投产的江阴市南闸110 kV变电站。户外插接式智能型组合电器是一种功能更完备的高压和超高压开关系统，它内含电气一次、二次设备，以及相关连的插接式复合光缆等。户外插接式智能型组合电器在国外称为PASS(Plug and Switch System)，西方一些国家已经开始采用，国家电力公司正在积极地推广该系列产品，并在500 kV变电站进行工业性应用试验。

这些户外高压和超高压组合电器共同(4)重点区域流域领域清洁生产水安稳步提升特点是以SF6断路器为核心，与其它高压电气设备进行组合，形式繁多，从较简单的145 k V户外断路器与电流互感器及隔离开关组合在一起的小车式组合电器，到550 kV户外设备本体(包括断路器、隔离开关与接地开关、光电式电流电压互感器复合聚氨酯胶粘剂原材料整体处于供求平衡的状态等设备的组合)，通过插接式复合光缆，与就地布置的控制保护智能柜连接在一起的完整超高压开关系统。这些设备运行可靠性高、节省占地面积和空间、施工安装简单、运行维护方便，价格介于常规电气设备与GIS之间，是电气设备今后发展的一个方向，符合我国目前的国情和技术发展方向。

4、变电站综合自动化技术新动向

变电站综合自动化系统近几年一直是电力建设的一个热点。无论国内国外，还是从管理方、运行方及设计单位对于变电站实现综合自动化均取得了共识。伴随着计算机技术、络技术和通信技术的发展，变电站综合自动化也采用了新的技术，其技术动向主要集中在以下两个方面。

4.1 全分散式变电站自动化系统

新型的全分散式变电站自动化系统，设计思想上实现了变电站二次系统由“面向功能”设计向“面向对象”设计的重要转变。系统不再单纯考虑某一个量，而是为某一设备配置完备的保护、监控和测量功能装置，以完成特定的功能，从而并保证了系统的分布式开放性。其特点是各现场输入输出单元部件分别安装在中低压开关柜或高压一次设备附近，现场单元部件可以是保护、监控和测量功能的集成装置，亦可以是现场的保护、监控和测量部件分别保持其独立性。变电站遥测遥信采集及处理、遥控命令执行和继电保护功能等均由现场单元部件独立完成，并将这些信息通过络送至后台主计算机。

采用全分散式系统结构后，变电站内将不再具有规模庞大的测控屏以及大量连接信号源和测控屏之间的铜芯电缆，全部测控装置下放在就地，而在控制室，取而代之的是一个计算机显示器甚至仅为一台临时监视、操作使用的便携机。

根据各变电站实际情况，现场单元有安装在现场户内开关室内的，亦有安装在户外开关附近小室或露天封闭箱内的，环境条件较控制室内严峻。因此要保证现场单元在现场条件下安全稳定的运行，除对现场单元本身提出要求外，设计上还应考虑对现场温度、湿度、电磁感应、雷电流、开关开合时振动影响(如接点抖动，连接松动等)采取相应的措施。目前，国内2000年11月正式投运一个220kV全下放变电站丹东新兴站，220kV配电装置采用就地间隔简易保护小室，66 k V配电装置采用就地下放式保护与控制柜。

从技术发展的趋势看，将来的测控设备还应用手动调停阀作为控制制元件将和一次设备完全融合，即实现所谓的智能一次设备，每个对象均含有保护、监控、计费、操作、闭锁等一系列功能及信息库，面向外界的仅是一个通信口，采用全分散式变电站自动化系统将是必然的结果。

4.2 引入先进的络技术

通信络是综合自动化变电站与常规站的最明显的区别之一，只有采用通信络，才可能节省大量电缆。因此必须保证通信络安全、可靠，传输速度满足变电站综合自动化系统的要求。全分散式变电站自动化系统的实现尤其依托于如今发展很快的计算机络技术。引入先进的络技术使得自动化系统的实现更加简单，性能也大大优于以往的系统，并可解决以往系统中链路信息传输的实时性问题，以及信号传输的容量问题。

这主要集中在现场单元和通信单元之间引入现场总线技术。由于分散式系统的推出，成百个CPU将在变电站之内运行。传统变电站自动化系统中常用的串行通信接口RS－232 , RS－422/485虽有接口标准化、规范化和多数智能单元IED接口方便的优点，但不足之处是RS－232通信有效距离短，而RS－485总线为主从结构，主接点工作繁忙时，影响系统性能。而现场总线技术不仅具有高速(达1 MHz及以上)传输特征，并且具备“多路侦听，自动上送”的功能，解决了多CPU系统的信息传输及突发事件优先传输的问题。目前的现场总线种类很多，在我国电力系统自动化应用中，随生产厂不同而不同。四方公司开发的第三代微机保护装置引进了美国Echelon公司推出的Lonworks络技术，它非常适合于总线型结构，络功能极强。此外，其它一些公司引进开发的用于变电站综合自动化控制的还有现场总线基金会(简称F玛开发的FF现场总线标准、德国Bosch公司推出的CAN总线标准等，这些都属于连接变电站智能化设备与自动控制系统的全数字化、多变量、双向、多点、多站的通信络产品。近期以太技术的进一步发展，使以太成为使用最广泛的局域技术，其做为工业控制络已开始得到应用。以太的传输速度有10Mbps ,100Mbps ,1000Mbps系统，变电站综合自动化系统测控络如果采用总线型结构的以太技术，能发挥以太传输速度快的优势，通讯带宽大幅提高，通讯状况大为改善，可靠性提高。根据国际上对变电站综合自动化的发展趋势及近年来IEC制定的关于变电站二次设备信息接口的配套标准，结合我国的实际情况，变电站自动化系统采用总线型以太会越来越多。

5、变电站占地及建筑面积减少

变电站接线方案的简化，组合电器、管母线及钢支架等的采用，使变电站布置更为简单，取消站前区和优化布置使变电站占地大幅度下降。据有关资料介绍，采用GIS的配电装置和敞开式配电装置相比可节省占地80%以上。采用PASS的配电装置和敞开式配电装置相比可节省占地40%-60%。即使同样敞开式配电装置，由于简化接线(比如取消旁路母线等)也会减少变电站占地面积。

随着经济和城市建设的发展，市区的用电负荷增长迅速，而城市土地十分宝贵，地价越来越昂贵。新建的城市变电站必须符合城市的形象及环保等要求，追求综合经济、社会效益，所以建设形式多采用地面全户内型或地下等布置形式，占地面积有效减少。有数据统计表明全户内型变电站一般用地仅为同类型、同规模户外常规站的25%左右。我国一些大城市已明确提出对主城区的终端220 k V站110 kV站、35 k V站必须采用全户内型，对于边缘城区有条件的也要采用全户内型。

分散式变电站自动化系统的采用，电缆大量减少，主控楼在活动地板下敷设电缆，取消电缆夹层，主控楼建筑面积减少。另外，针对一些110 kV及以下变电站实现无人值班，设计中取消了与运行人员有关的建筑和设施，建筑面积更是大为减少。

6、结语

配合我国经济建设的迅速发展，搞好电建设尤为重要。其中，变电站设计是电建设的一个重要环节。研究和分析国内外变电站技术的发展，把握其趋势，对变电站设计是很有必要的。

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