220kV智能变电站方案

浙江220kV智能变电站过程层解决方案江苏西电南自智能电力设备有限公司目录一．智能一次设备说明 (3)1.1智能一次设备的概念 (3)1.2设备智能化演变 (3)1.3智能一次设备在智能电网中的作用 (4)1.4智能一次设备现况 (4)1.5变压器智能化 (5)1.6断路器智能化 (6)二、智能一次设备解决方案及建议 (9)2.1PSSC600系列智能组件简介 (9)2.2互感器及智能组件技术方案 (13)2.2.1 220kV及110kV线路、母联电子式互感器技术方案 (13)2.2.2 变压器220kV侧电子式互感器技术方案 (16)2.2.3 变压器110kV侧电子式互感器技术方案 (17)2.2.4变压器35kV侧电子式互感器技术方案 (17)2.2.5 35kV出线电子式互感器技术方案 (18)2.2.6 35kV母线电压技术方案 (19)2.3TDC－05户外柜 (19)2.3.1 户外柜的技术特点 (20)2.3.2 户外柜的专利 (21)三．组屏方案及即插即用方案 (21)四．在线监测方案分析 (23)4.1概述 (23)4.2在线监测及状态检修系统配置的必要性及可行性分析 (23)4.3主变压器在线监测范围及参量选择必要性分析 (23)4.3.1主变压器油色谱在线监测配置的必要性分析 (23)4.3.2主变压器局放在线监测配置的必要性分析 (24)4.3.3主变压器套管介损在线监测配置的必要性分析 (27)4.3.4主变压器绕组光纤测温在线监测配置的必要性分析 (27)4.4断路器三相分合闸同期性监测的的必要性分析 (27)4.5避雷器 (28)四．过程层设备配置一览表 (29)一．智能一次设备说明1.1 智能一次设备的概念智能一次设备：指变电站高压设备本体（主要包括断路器、隔离开关、变压器）和智能组件组成，具有自动测量、自动控制、自动调节、自身状态监测及预警、通信功能。

（1）结构方面：一次设备+智能组件的灵活方案；（2）功能方面：监视、控制和管理设备的状态；（3）智能方面：使电网元件可观测、可控制。

1.2 设备智能化演变图1.1 设备智能化演变图2.1显示了设备智能化演变趋势。

设备层的智能综合组件是一个包含各种装置的统一名称，即过程层设备和间隔层设备即可以组合、融合在一起的，也可以是外置安装。

考虑到现有的一次设备状况，设备层设备采用“传统一次设备本身＋智能综合组件”的模式，智能综合组件可以集成，可以分散，可以内嵌，可以外挂等任意组合灵活架构。

智能综合组件构成，包含了传统间隔层的设备，符合现状与未来的发展。

1.3 智能一次设备在智能电网中的作用（1）与设备管理互动：全面清晰地把握设备运行状态、发现设备潜伏故障，优化电网运行及设备检修决策、提高设备可用率、降低运行管理成本；（2）与调度系统互动：提供设备故障模式及发生几率预报，使设备状态对调度系统是可观测的，使电网调度增加新的决策维度；（3）智能高级应用：从传统关注设备可靠性转变为关注电网的可靠性，提高电网运行的智能化水平。

预期设备寿命，从电网的大视角实现寿命周期成本管理。

1.4 智能一次设备现况为适应智能变电站及智能电网发展的需要，必须将一次设备监测的相关数据信息整合到以IEC61850通讯为基础的智能化变电站体系中来，完善一次设备的通信、测量、控制、保护、计量和监测等多个单元组成的智能综合组件。

目前采用全新原理的电子式互感器技术上已经日趋成熟，但开关设备和变压器、电抗器的智能化还处于初级阶段，智能化变电站中只是通过智能终端和GOOSE网的构建实现了开关和间隔层设备之间的数字化传输，而对包括开关设备在内的一次设备本身没有做太多数字化和智能化的改造，远未达到一次设备智能化的目标。

同时目前针对断路器、变压器等一次设备的状态监测信息的应用尚不是很理想，也抑制了一次设备制造商在智能化技术方面的技术进步。

因此，应推进这方面工作的进展，实现智能变电站相关技术的协调发展。

开关和变压器是数量最多、应用面最广的重要电力设备，如果能够灵活可控，会给电网带来重大效益。

例如，开关如能在指定的相位开断，就可以基本上消除电力系统操作过电压，大幅度降低设备的绝缘水平，带来重大效益；电力变压器如果能够实现智能化，无疑会使电网发生重大变化。

但是，传统的一次电气设备要实现“智能化”仍有许多技术问题亟待解决。

变压器由铁芯和初/次级绕组构成，变比固定，无法灵活控制；断路器的操作机构至今仍是机械式的，动作速度与电子开关相差2-3个数量级，不具备灵活控制的条件。

变压器和断路器这种重要设备如果不能灵活控制，“智能电网”的功能就要大打折扣。

所以，“智能断路器”和“智能变压器”将成为研究重点。

图1.2 智能变压器智能变压器由变压本体和智能组件柜组成，变压器本体植入各种需要的传感器，同变压器本体一次性安装完成。

在线监测部分包括：变压器局放在线监测、变压器油色谱在线监测、变压器铁芯电流在线监测、变压器套管在线监测、变压器温度在线监测，各模块相互独立，可以根据需要进行选配，除油色谱设置单独的分析柜外，其余在线监测子IED全部集成安装在智能组件柜中。

智能组件部分：1)在线监测的主IED完成主变在线监测的信息的计算、分析和汇总，并通过标准的IEC 61850网络上送到专家分析系统。

2)主变智能组件包含合并单元功能、智能终端功能和主变本体测控功能。

图2.3 智能断路器智能组件集成合并单元和智能终端的功能：1)合并单元接收互感器的电流量，将处理完的电流量送给本间隔的保护测控装置，同时预留数据输出接口供跨间隔的保护、自动化设备及计量装置使用；2)智能终端：a)能接收断路器、隔离开关等机构发出的断路器位置信号、设备状态信号；b)能发出跳合闸指令，支持联锁功能等；c)支持保护的分相跳闸、三相跳闸、重合闸等GOOSE命令；d)支持测控的遥控分、合等GOOSE命令。

e)断路器控制回路一体化设计，简化回路实现集约化，并提高设备的稳定性；3)智能终端回路的简化思路a)高压组合电器：可利用智能终端与过程层网络的GOOSE信息的多播与共享机制减少断路器、刀闸辅助接点、辅助继电器、本体端子排数量，利用智能终端装置面板状态指示灯取消本体状态显示光子牌，利用站控层GOOSE横向联闭锁功能取消就地横向电气联闭锁接线。

b)高压断路器：可利用智能终端与过程层网络的GOOSE信息的多播与共享机制减少断路器、刀闸辅助接点、辅助继电器、本体端子排数量。

c)一次设备断路器控制二次回路与断路器操作箱可采用一体化设备，取消防跳、三相不一致、压力低闭锁等冗余二次接线，简化断路器控制回路。

d)主变压器：主变冷却器、有载分接开关的控制可利用本体智能组件实现，可简化或取消冷却器、有载分接开关的独立控制回路。

在线检测内置或外置于开关本体的状态监测用传感器均由一次设备厂家按设计单位提出的要求，在一次设备设计制造时统一考虑在线监测传感器的安装及选型，使其寿命匹配，布线合理，与高压设备内部绝缘介质相通的外置传感器，其密封性能、机械性能、杂质含量等应符合或高于一次设备的相应要求。

各种传感器均在厂家安装完成，并随一次设备一体到货。

1)机械特性在线监测分、合闸时间及同期性是SF6断路器机械特性的重要参数。

分、合闸时间直接影响到断路器的关合和开断性能。

断路器只有在保证适当的分、合闸时间，才能充分发挥其开断电流的能力。

如果分闸时间过长，则会使燃弧时间增加，特别是在切除短路故障时，燃孤时间长可能会使触头烧损，甚至发生爆炸。

分、合闸时间严重不同期，将造成线路或变压器非全相接入或切断，出现危害绝缘的过电压。

可见，分、合闸时间及同期性是断路器性能的重要保证。

为监测断路器分合闸速度及同期性，部分智能一次设备厂家研制了相应的监测装置，实现了断路器该功能的智能化。

该装置通过内置分、合闸电流互感器来监测分合闸的起始时间，通过断路器辅助开关接点确定分合闸终止时间来确定分合闸时间和分合闸状态，采用位移变送器确定断路器的行程，以监测速度、行程、超程来反映同期性问题。

综上所述，断路器分、合闸时间及同期性是断路器性能的重要保证，而实现断路器分、合闸时间及同期性监测实现方式较为简单、可行，推荐本工程开关配置断路器分、合闸速度及同期性监测。

智能断路器一体化设计思想如下：图1.3 一体化设计智能一次设备的结构中：智能组件为外置（维护、升级、扩展），传感器可以内置或外置，通过光纤与外系统相连，智能组件采集来自传感器的信息，智能组件复制PMS的设备指纹信息（生产管理系统(PMS)自动复制主设备其它状态信息的能力，包括指纹信息、家族缺陷信息、现场试验信息等），由智能组件对设备状态就地做出判断，通过光纤使电网设备状态可视化。

二、智能一次设备解决方案及建议智能一次设备由一次设备本体和智能组件组成，具有测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化和信息互动化的特点。

智能变电站工程实践应用的装置如智能终端、合并单元装置、测控装置、计量装置等已经使宿主设备具有测量数字化、控制网络化等特点，我们理解的智能一次设备研制途径是在已有的、经过长期现场应用的、功能相对比较单一的IED 的基础上进行升级改造，主要体现在：○1功能组态化：对现有合并单元、智能终端、保测装置等进行一体化整合组态，对外体现为功能高度集成的装置，但功能可自由选配。

○2设计一体化：装置和一次设备本体进行联合设计，在保证稳定运行的前提下，适度的较少一次辅助开关、继电器数量，操控逻辑采用装置软硬件资源实现，整体实现一次设备和二次装置的回路精简。

○3利用技术上的深度配合，实现如同期合闸等高级功能，最大限度的避免系统扰动。

2.1 PSSC600系列智能组件简介Q/GDW 383-2009 < 智能变电站技术导则>和Q/GDW 410-2010 <高压设备智能化技术导则>等国网企业标准提出了智能组件概念，提出应用智能化高压设备等从而实现智能变电站的目标，按照国网智能电网规划，2011年－2015年是智能电网全面建设阶段，在当前形势下，作为高压设备智能化的重要实现手段，也即智能组件的研制，是一项具有深远意义的科研规划。

国电南自在已经过长期工程适用的数字化电站系列产品储备基础上，已进入智能组件快速试制期，预计年底将推出基于以上标准要求的，适用于AIS、GIS、开关柜、大型主变压器等各种一次宿主设备的PSSC 600系列智能组件产品，其中PSSC 601 适用于分相动作的GIS开关及敞开式开关等，PSSC 602 适用于各电压等级的主变压器，PSSC 621 适用于三相动作的GIS开关及敞开式开关等，PSSC 641适用于开关柜，组件仅包括一台智能电子装置，集成开关控制器、合并器、在线监测等各种功能。