智能变电站中低频低压减载的优化设计

智能变电站中低频低压减载的优化设计

李敏1何树勇2

李敏1何树勇2

（济宁供电公司圣地电力设计院272000;2济宁同悦电力设计院272000）

摘要：本文结合通用设计A3-3方案110kV常规变电站及智能站新建工程的设计，运用详细和实际的数据进行比较分析，论证了在该类项目中低频低压减载进行网采网跳的优越性，并通过实践证明了智能站中低频低压减载进行网络采样网络跳闸的可行性。

关键词：智能站网采网跳常规站直采直跳

1、低频低压减载的战略地位

变电站低频减载装置是变电站提高供电质量，确保电力系统安全稳定运行的重要装置，是电力系统在电网频率、电压下降超出允许范围时，通过切除部分非重要用电客户，从而阻止了电力系统因频率、电压下降造成系统崩溃事故的一种措施，是变电站设计中不可或缺的装置。

2、低频低压减载运行方式分析

传统变电站低频低压减载实现方式主要是通过电缆采集电量信号来实现跳闸切负荷，随着智能变电站技术发展，110kV智能站新建工程中低频低压减载采集方式及跳闸方式可用两种方式来实现，一是，常规站中电缆直接采集模拟量直接跳闸方式；二是，采用网络采集数字量，GOOSE网络跳闸方式。自2012年以来，济宁智能站低频低压减载已由常规站的直采直跳优化为网采网跳方式。

2.1110kV常规变电站（A3-3常规站典型设计方案）

2.1.1110kV常规变电站低频低压减载运行方式

A3-3设计方案常规变电站建设规模：

（1）远期建设内容：主变压器为3×50MVA，110kV配电装置出线2回，10kV配电装置出线36回，低频低压减载装置1套，出口方式为电缆直接接入断路器操作回路（电缆跳闸），采样方式为电缆直接采样（110kV母线电压模拟量）、电缆及用量为8*2.5电缆1根（采样）和2*2.5电缆36根（跳闸）。

（2）远期建设内容：主变压器为2×50MVA，110kV配电装置出线2回，10kV配电装置出线24回，低频低压减载装置1套，出口方式为电缆直接接入断路器操作回路（电缆跳闸），采样方式为电缆直接采样（110kV母线电压模拟量），电缆用量为8*2.5电缆1根（采样）和2*2.5电缆24根（跳闸）。

低频低压减载装置运行方式：采集110kV母线电压模拟量信号，跳低压侧或中压侧线路，实现低频低压减载的功能。缺点：接线复杂，故障率高，电缆用量较多，电缆敷设工作大量及增加了土建施工量，远期扩建时还需进行跳闸出口接线，浪费人力物力。

2.1.2110kV常规变电站低频低压减载装置控制电缆用量。

110kV常规变电站低频减载控制电缆（ZR-KVVP2-22）用量约1600米，其中8*2.5型电压采样电缆30米，6*2.5型遥信电缆30米，2*2.5工作电源电缆60米，2*2.5型跳闸电缆1460米。电缆多，线路复杂、成本高，由于低频低压减载屏多布置在配电装置楼二层的二次设备室内，10kV配电装置常布置于配电装置楼一层，使跳闸回路电缆敷设难度增大，需经过电缆竖井，增加工程量和施工难度。

2.2110kV智能变电站（A3-3通用设计方案）

2.2.1110kV智能变电站低频低压减载运行方式

A3-3设计方案智能变电站建设规模:

（1）远期建设内容：主变压器为3×50MVA，110kV配电装置出线2回，10kV配电装置出线36回，低频低压减载装置1套，出口方式为GOOSE网络跳闸，采样方式为网络采样（110kV母线电压数字量），电缆及光缆用量约1根4芯光缆。

（2）远期建设内容：主变压器为2×50MVA，110kV配电装置出线2回；10kV配电装置出线24回；低频低压减载装置1套，出口方式为GOOSE网络跳闸，采样方式为网络采样（110kV母线电压数字量），电缆及光缆用量约1根4芯光缆。

低频低压减载装置运行方式：网络采集110kV母线电压数字量信号，通过GOOSE网络跳低压侧或中压侧线路，实现低频低压减载的功能。优点：采样及跳闸只需1根4芯光缆，接线简单，大大减少了工程量，扩建时无需敷设电缆或光缆，便于了远期扩建，节省了人力物力资源，经济效益显著。

2.2.2110kV智能变电站低频低压减载装置控制电缆及光缆用量。

110kV智能变电站低频减载控制电缆（ZR-KVVP2-22）用量约90米，6*2.5型遥信电缆30米，2*2.5工作电源电缆60米；采样及跳闸用光缆30米，既降低了工程造价和工程量，又减少了线路故障率。

3、低频低压减载装置性能及接口配置

随着智能变电站技术发展及IEC61850通信规约构建，低频低压减载装置也有了改进，各种模件配置，可满足不同类型变电站的建设要求。一般分为基本型、数字型、全数字型，集成IEC61850通信规约，可接入光电互感器数字信号，支持GOOSE跳闸，可测量2段母线或2条线路电压、频率，电压及频率口独立，具有滑差加速及闭锁功能。基本型带交流模件及跳闸模件，为常规硬接点接口；数字型无交流模件，配置跳闸模件，可接入光电互感器信号，电缆直跳断路；全数字型无交流模件，无跳闸模件，可接入光电互感器信号，支持GOOSE跳闸。

4、智能化方案的实施

变电站综合自动化系统是利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信息处理技术等实现对变电站二次设备(包括继电保护、控制、测量、信号、故障录波、自动装置及远动装置等)的功能进行优化组合设计，对变电站全部设备的运行情况执行监视、测量、控制和协调的一种综合性的自动化系统。通过系统内各设备间相互交换信息、数据共享，完成变电站运行监视和控制任务。

传统的变电站采用综合自动化系统。系统采用“两层一网”结构：站控层、间隔层，站控层网络。

常规的综合自动化系统有如下特点：（1）实现了信息处理的数字化；（2）实现了从站控层到间隔层信息输出、传输的数字化；（3）通信局域网络化、光缆化；（4）运行管理智能化；（5）通信局域网络化、光缆化；（6）结构分布、分层、分散化；（7）功能实现综合化；（8）系统构成模块化；（9）操作监视屏幕化；（10）一次、二次设备之间仍采用电气回路连接。

随着电子式互感器、智能化开关、状态在线检测等技术的日趋成熟及高速网络在实时系统中的应用、标准的通信协议IEC61850的颁布，信息采集、传输、处理和输出过程全数字化的变电站已成为自动化技术发展的主导。系统采用“三层一网”（站控层、间隔层和过程层及站控层网络）或“三层两网”（站控层、间隔层和过程层及站控层、过程层网络）。智能变电站具有如下特点：（1）设备智能化（2）通信网络化（3）模型和通信协议统一化（4）运行管理自动化（5）智能一、二次设备了网络上实现了“即插即用”。

5、智能站中低频低压减载数字化实践意义

5.1符合国家电网公司推进智能电网建设的精神要求，符合国网基建要求。

5.2响应了坚强智能电网建设总体要求，加速推进智能变电站建设工程。

5.3采用光纤和网线作为低频低压减载装置信息交换的介质，大幅降低控制电缆用量，控制电缆用量较常规站设计降低了约94%，大大减少了施工量，降低工程造价。

5.4节省了控制电缆，减少了故障环节。

5.5扩建时无需敷设电缆或光缆，方便了扩建。

5.6低频低压减载装置抗干扰能力强，安全系数高，有自检、自恢复能力，符合智能站建设要求。

6、结束语

在济宁110kV智能站新建工程中，遵循国网要求的“三通一标”、“两型一化”的设计原则，开阔新思路，勇于采用国网推行的新工艺、新技术、新设备、新材料,低频低压减载网采网跳方式安全可靠，运行3年无一故障发生，为今后智能站建设中该技术的广泛应用创造了成功的典范。

作者简介

李敏(1977.11.27),女，山东济宁人，山东科技大学自动化学士，工程师，单位：济宁圣地电力设计院有限公司，研究方向：变电，何树勇(1980.07.20),男，山东济宁人，山东科技大学自动化学士，工程师，单位：济宁同悦电力工程设计有限公司，研究方向：变、配电。