天津华冶工程设计有限公司 天津市 300270
摘要:随着经济和科技水平的进一步提高,人们对电力传输和变电站的可靠性、效率提出了更高要求。智能化变电站的出现,实现了变电站与信息技术的融合,增强了整体运行的可靠性,提高了运行效率。110kV变电站作为电力系统中的重要组成部分,其电气自动化设计对于提升电网运行质量和效率具有重要意义。本文主要分析了110kV变电站的特点,并深入研究了其电气自动化设计。
关键词:110kV;变电站;电气自动化
中图分类号:TM76 文献标识码:A
引言
电能主要通过国家电网进行传输,而变电站作为电力系统中变换电压、控制和分配电能的场所,其重要性不言而喻。传统的变电站由于监督力度不够、技术性不高,导致电力运行不稳定,降低了可靠性。因此,智能化变电站应运而生,成为未来变电站发展的主要趋势。
1.110kV变电站的特点
110kV变电站作为电力系统中的重要组成部分,具有一系列鲜明的特点,这些特点不仅反映了其在电网中的功能和地位,也体现了现代电力技术的发展趋势。
首先,110kV变电站的电压等级适中,这是其最为显著的特点之一。这一电压等级既能满足城市和工业用电的需求,保证了电力供应的稳定性和可靠性,使得各种用电设备能够正常运行;同时,它又能实现较远距离的电力传输,减少了电力在传输过程中的损耗,提高了电力资源的利用效率。这种适中的电压等级设计,使得110kV变电站在电力系统中扮演着承上启下的重要角色,既能够接收来自更高电压等级电网的电力,又能将其分配到各个用电区域,满足广泛的用电需求。
其次,110kV变电站的结构相对复杂,这是由其功能和重要性所决定的。为了确保变电站的安全运行,需要配备完善的保护和监控设备。这些设备包括但不限于变压器、断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器等一次设备,以及继电保护装置、自动装置、监控系统等二次设备。这些设备的相互配合和协调运作,使得110kV变电站能够在各种复杂工况下保持稳定运行,及时切除故障,防止事故扩大,保障电网的安全稳定。
此外,随着智能电网的发展,110kV变电站正逐步向智能化、自动化方向转变。智能化变电站采用先进的传感器、通信技术和信息技术,实现了对变电站运行状态的实时监测、故障预警和智能决策。通过集成化的信息平台和智能化的控制策略,变电站能够实现对各种设备和系统的远程监控和调度,提高了运行效率和响应速度[1]。
2.110kV变电站电气自动化设计的重要性
智能变电站的出现,无疑是变电站技术发展史上的一次革命性飞跃,它标志着变电站向更高层次、更智能化方向的迈进已成为不可逆转的趋势。在这一背景下,110kV变电站的电气自动化设计显得尤为关键和重要。
第一,电气自动化设计在智能变电站中的应用,极大地促进了人力资源的节约与合理配置。传统的变电站操作需要大量的人力参与,不仅效率低下,而且存在较高的安全风险。而通过电气自动化设计,变电站可以实现远程监控、自动控制等功能,从而大大减少了对人力的依赖。这不仅降低了人力成本,还提高了工作效率,使得变电站的运行更加经济、高效[2]。
第二,变电站通过电气自动化系统,能够实现对电压的精确变换和电能的合理配置。在电力系统的运行中,电压的稳定性和电能的合理分配是至关重要的。电气自动化系统可以根据实际需求,对电压进行精确调整,确保电力系统的稳定运行。同时,它还能根据电网负荷情况,对电能进行合理分配,提高电能的利用效率,减少能源浪费。
第三,电气自动化设计还能实现对变电站整体运行情况的全面监控和控制。通过实时监测变电站的各项运行参数,电气自动化系统可以及时发现并处理异常情况,从而有效避免事故的发生。同时,它还能根据运行数据,对变电站的运行状态进行评估和优化,进一步提高变电站的运行效率和稳定性[3]。
3.110kV变电站电气一次设计
3.1主接线方式设计
在110kV变电站电气一次设计中,主接线方式的设计是至关重要的。主接线方式的选择直接影响到变电站的运行可靠性、灵活性和经济性。常见的110kV变电站主接线方式包括单母线接线、单母线分段接线、双母线接线以及内桥接线等。设计时应根据变电站的规模、负荷性质、重要性以及未来发展的需要,综合考虑各种因素,选择最适合的主接线方式。例如,对于负荷较为稳定、对供电可靠性要求较高的变电站,可以采用双母线接线方式,以提高供电的可靠性和灵活性。而对于规模较小、负荷变化不大的变电站,则可以采用单母线接线方式,以降低建设成本。
3.2主变压器设计
主变压器是110kV变电站的核心设备之一,其设计直接影响到变电站的电能转换效率和运行稳定性。在主变压器设计中,需要确定变压器的容量、电压等级、相数、冷却方式等关键参数。变压器的容量应根据变电站的负荷需求和未来发展规划进行合理选择,既要满足当前负荷需求,又要预留一定的裕量以应对未来负荷的增长。电压等级和相数则需与电网的电压等级和相数相匹配,确保电能的正常传输和分配。冷却方式的选择则应根据变压器的运行环境、负荷特性以及经济性等因素进行综合考虑
[4]。
3.3高压配电装置设计
高压配电装置是110kV变电站中实现电能分配和控制的重要设备。在设计高压配电装置时,需要合理选择开关设备、互感器、避雷器等元件,并确定它们的连接方式、布置方式以及防护措施。开关设备的选择应满足运行可靠性、操作方便性和维护便利性的要求。互感器的选择则应根据测量和保护的需要,确定其精度、变比和额定电流等参数。避雷器的设计则应根据雷电过电压的特性和设备的绝缘水平,确定其额定电压、持续运行电压和残压等参数,以确保设备的安全运行。
3.4短路电流计算
短路电流计算是110kV变电站电气一次设计中的一项重要工作。通过短路电流计算,可以确定变电站在不同运行方式下的短路电流水平,为选择电气设备、确定导体截面和保护装置整定值提供依据。在进行短路电流计算时,需要收集变电站的接线方式、设备参数、电网结构等信息,并采用合适的计算方法(如欧姆法、对称分量法等)进行计算。计算结果应经过校验和修正,以确保其准确性和可靠性。同时,还需要根据短路电流的计算结果,合理选择电气设备,确定其额定电流和短路耐受能力,以确保设备在短路故障发生时能够安全运行。
4.110kV变电站电气自动化设计
4.1PLC设计
在110kV变电站电气自动化设计中,PLC作为整个控制系统的中枢,其设计不仅要满足基本的控制逻辑需求,还需具备高度的灵活性和可扩展性。设计初期,应深入分析变电站的控制流程,明确PLC需承担的具体任务,如开关量控制、模拟量采集、保护逻辑实现等。在此基础上,精选PLC型号,既要考虑其处理能力、输入输出点数等硬指标,也要关注其编程语言的丰富性、通信接口的多样性以及与其他设备的兼容性。编写控制程序时,应采用模块化设计,便于后续的调试与维护。同时,预留足够的冗余点数和通信接口,为未来可能的扩展和升级做好准备[5]。
4.2组态软件与通信设计
组态软件的选择不仅要考虑其界面的友好性和操作的便捷性,更要注重其数据处理能力和报警响应速度。设计时,应充分调研市场上主流的组态软件,结合变电站的具体需求,定制开发符合实际的界面布局、数据库结构和报警策略。通信设计方面,除了遵循IEC61850等国际通信标准外,还需考虑变电站内不同设备间的通信协议差异,设计合理的网关和转换器,实现数据的无缝传输。此外,通信网络的拓扑结构、带宽分配、冗余设计等也应细致规划,确保通信系统的稳定性和可靠性。
4.3自动化监控系统的设计
自动化监控系统的设计应覆盖变电站的所有关键设备和运行参数,实现全方位的实时监控。监控软件的选择应基于其数据采集的精度、处理速度以及图表展示能力。同时,需设计一套完善的报警与事件处理机制,包括但不限于声光报警、短信通知、邮件提醒等多种方式,确保任何异常情况都能被及时发现并处理。此外,监控系统的数据备份与恢复机制也至关重要,以防数据丢失或损坏导致的监控中断。
4.4电气自动化二次设备布置设计
二次设备的布置设计需兼顾标准化与个性化需求。标准化意味着遵循国家及行业的相关标准和规范,确保设备选型、布置、接线等方面的一致性和可互换性。在二次设备布置设计中,首要考虑的是设备的集中布置,以优化空间利用,方便管理;其次,为确保视觉上的统一与美观,全部二次设备的柜体外形、颜色及结构须保持一致;选择恰当的监控系统与保护装置也至关重要,它们会直接影响到监控的精准度与变电站的安全性;在设备布置方面,主变压器的保护柜、测控柜、故障录波器、通信设备屏柜、站控层设备、智能一体化电源柜、电能表柜等设备均被集中布置在控制室内;而35(10)kV测控保护一体化装置则被装置在对应的开关柜上;最后,控制器室内还预留了约总屏位一成的备用屏位置,以应对未来可能的替换或扩展需求。
4.5电气自动化直流系统设计
直流系统的设计需兼顾可靠性与经济性。直流电源设备的选择应基于其性能稳定、寿命长、维护简便等因素。容量配置时,需根据变电站的实际负荷需求和供电可靠性要求,进行精确计算,避免过度配置造成的资源浪费。接线设计应简洁明了,便于日常维护和故障排查。同时,还需设计完善的监测和保护措施,如电压电流监测、绝缘监测、过流保护等,确保直流系统在任何情况下都能稳定运行。
4.6图像监视与安全预警系统设计
图像监视与安全预警系统的设计应充分利用现代图像处理和人工智能技术,实现智能化的预警和故障识别。图像监视与安全预警系统不仅可用于实时监控变电站内的各种情况,还可以在发生安全隐患时第一时间发出预警,显著提升变电站的运行管理水平。系统设计主要涵盖在变电站围墙四周装置电子栅栏、远红外线、探测器,在蓄电池室、控制室、配电装置区、主控制楼入口、大门等关键区域安装摄像头,以此构成一个全方位、无死角的安全监控系统。同时,防火防盗等安全配套措施的完善,有助于进一步提升变电站的安全防护能力。系统的报警信号可以实时传至调度室或集控中心,保证第一时间发现并解决安全问题。
结束语
综上所述,110kV变电站以其适中的电压等级、复杂的结构设计和智能化的发展趋势,在电力系统中发挥着不可替代的作用。变电站的电气自动化设计是未来变电站发展的主要趋势。通过对110kV变电站的电气自动化设计进行研究,可以发现电气自动化设计在提高变电站运行效率、增强运行可靠性方面具有重要作用。因此,必须加强对变电站的电气自动化设计的研究和实践应用,以推动我国电力系统的进一步发展。随着电力技术的不断进步和智能电网的深入发展,110kV变电站将继续向更高效、更智能、更可靠的方向发展,为城市和工业用电提供更加优质的电力服务。
参考文献:
[1]张展耀,俞伊丽,接晓霞,等.110kV智能变电站综合自动化系统改造方案设计与研究[J].山东电力高等专科学校学报,2024,27(1):8-13.
[2]周勤.电气工程自动化技术在电力系统运行中的实践探析[J].电力设备管理,2023(7):155-157.
[3]王熠东,刘立远.110kV综合自动化变电站的电气二次设计分析[J].现代工业经济和信息化,2023,13(2):127-129.
[4]刘勇平.110kV综合自动化变电站的电气二次设计探究[J].电气技术与经济,2023,(9):349-351.
[5]李明.110kV智能变电站电气一次系统及继电保护运维研究[J].工程技术研究,2019,4(23):155-156