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智能變電站的技術(shù)革新是一場沒有硝煙的“創(chuàng)新之戰(zhàn)”。江蘇省電力設(shè)計(jì)院（下稱“江蘇院”）以先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念、精湛的設(shè)計(jì)水平，在智能變電站領(lǐng)域展現(xiàn)了強(qiáng)勁實(shí)力：國內(nèi)首座新建220千伏智能變電站工程——220千伏西涇變電站，受到國家電網(wǎng)公司領(lǐng)導(dǎo)的高度贊賞，“西涇變電站的新技術(shù)、新功能和先進(jìn)設(shè)施的應(yīng)用達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平，真正實(shí)現(xiàn)了‘智’的跨越，為國家電網(wǎng)系統(tǒng)打造了智能變電站的樣板”；國內(nèi)第一個(gè)“兩型一化”試點(diǎn)和無人值班創(chuàng)新工程——500千伏惠泉變電站，榮獲2008年度電力行業(yè)優(yōu)秀設(shè)計(jì)一等獎(jiǎng)和中國電力科學(xué)技術(shù)進(jìn)步三等獎(jiǎng)；國網(wǎng)公司首座全壽命周期示范工程——500千伏安慶變電站，設(shè)計(jì)突破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，榮獲2010年度電力行業(yè)優(yōu)秀設(shè)計(jì)一等獎(jiǎng)。
截至目前，在國家電網(wǎng)公司組織的全部5次500千伏變電站設(shè)計(jì)競賽中，江蘇院已取得了三個(gè)第一名。
220千伏西涇變電站
電站位于無錫市惠山區(qū)前州工業(yè)園，規(guī)劃用地緊張，站址選擇交通便利，進(jìn)站道路短。江蘇院結(jié)合智能化和緊湊布置的要求，對(duì)220kV和110kV均采用智能化GIS組合電器，10kV采用開關(guān)柜，均為戶內(nèi)布置；主變壓器為戶外布置。全站布置緊湊，電站共使用了全光纖電子式互感器66臺(tái)、高壓設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測傳感器233個(gè)、物聯(lián)網(wǎng)無線射頻傳感器385個(gè)、過程層交換機(jī)42臺(tái)、通信光纜16公里，但圍墻內(nèi)占地面積僅10畝，
本工程為國內(nèi)首座220kV新建智能變電站試點(diǎn)工程，在智能一次設(shè)備、全光纖電子式互感器、狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、二次系統(tǒng)集成與網(wǎng)絡(luò)化、物聯(lián)網(wǎng)智能輔助控制系統(tǒng)、計(jì)量系統(tǒng)對(duì)比驗(yàn)證系統(tǒng)、高級(jí)應(yīng)用等方面的多項(xiàng)新技術(shù)均為國內(nèi)首次試點(diǎn)應(yīng)用，其技術(shù)先進(jìn)性、所產(chǎn)生的科技成果居國內(nèi)領(lǐng)先水平。設(shè)計(jì)過程中共申報(bào)專利15項(xiàng)（10項(xiàng)已授權(quán)），其中發(fā)明專利9項(xiàng)、實(shí)用新型專利6項(xiàng)，在行業(yè)內(nèi)處于領(lǐng)先地位。
（1）一次設(shè)備智能化
智能一次設(shè)備采用“高壓設(shè)備+傳感器+智能組件”方案實(shí)現(xiàn)。傳感器與高壓設(shè)備一體化設(shè)計(jì)安裝，運(yùn)行可靠、外形美觀；智能組件就地布置于智能控制柜。
首次在220kV、110kV 和主變?nèi)齻?cè)大規(guī)模采用全光纖電子式電流互感器，全面提高電流數(shù)據(jù)測量品質(zhì)，節(jié)省大量有色金屬消耗，OCT創(chuàng)新采用GIS氣管外（220kV）和法蘭盤安裝方式（110kV）。
根據(jù)運(yùn)行需求，配置了主變油中溶解氣體/微水/油溫、GIS的局部放電/ SF6氣體密度/SF6氣體水分/斷路器工作特性、避雷器的泄漏電流/放電次數(shù)的在線監(jiān)測。實(shí)現(xiàn)了全站大規(guī)模、多參量在線監(jiān)測系統(tǒng)后臺(tái)系統(tǒng)整合和遠(yuǎn)程應(yīng)用（主站端），為實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)檢修提供了依據(jù)。
（2）二次設(shè)備數(shù)字化與集成優(yōu)化
實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備信息交互數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，并根據(jù)傳輸可靠性、共享化的要求設(shè)計(jì)建立了國內(nèi)形式最全的過程層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。220kV、主變?nèi)齻?cè)過程層采樣值采用直采方式，跳閘采用直跳+網(wǎng)跳方式，保證系統(tǒng)工作可靠性；110kV過程層網(wǎng)絡(luò)采用采樣值、GOOSE、IEEE 1588三網(wǎng)合一，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、共享化。10kV不設(shè)獨(dú)立的過程層網(wǎng)絡(luò)。
對(duì)二次設(shè)備裝置進(jìn)行整合，組柜方案進(jìn)行優(yōu)化。全站各電壓等級(jí)采用保護(hù)測控一體化裝置，不設(shè)獨(dú)立保護(hù)及故障信息子站（功能利用自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)），節(jié)省裝置20臺(tái)。
全站采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一建模，利用光纖實(shí)現(xiàn)二次裝置互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)各類裝置信息交互數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化，節(jié)省大量控制電纜。
根據(jù)運(yùn)行需求定制自動(dòng)化系統(tǒng)高級(jí)功能，實(shí)現(xiàn)順序控制、智能告警、分布式狀態(tài)估計(jì)、取代功能等高級(jí)應(yīng)用，為生產(chǎn)運(yùn)行提供輔助決策服務(wù)，提高了運(yùn)行效率。
首次建立了數(shù)字式計(jì)量系統(tǒng)與常規(guī)計(jì)量系統(tǒng)對(duì)比驗(yàn)證系統(tǒng)，在實(shí)際工況中驗(yàn)證兩者間長期運(yùn)行中各種外部條件下的精度偏差，為電子式互感器的進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供指導(dǎo)數(shù)據(jù)。
（3）環(huán)保、節(jié)能、節(jié)材、節(jié)地
主變壓器采用排油充氮滅火裝置，節(jié)約水資源同時(shí)滿足安全運(yùn)行的要求。按照“兩型一化”導(dǎo)則，主變場地鋪碎石處理，減少日常維護(hù)成本和資源。
本工程應(yīng)用“綠色照明”理念，針對(duì)具體場所配置相應(yīng)節(jié)能燈具，提高照明質(zhì)量的同時(shí)減少電能損耗，打造“低碳、環(huán)保”變電站。
主變選用自冷變壓器，噪聲水平控制在60分貝，同時(shí)位于兩棟配電裝置樓之間，變電站外的噪聲水平進(jìn)一步降低，環(huán)境友好。
接地網(wǎng)采用銅質(zhì)材料，設(shè)計(jì)時(shí)嚴(yán)格按照遠(yuǎn)景系統(tǒng)最大短路電流進(jìn)行接地體截面選擇計(jì)算，經(jīng)過詳細(xì)分析，全壽命期內(nèi)成本最優(yōu)。
首次在變電站利用“物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)建立傳感測控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)圖像監(jiān)視、安全警衛(wèi)、火災(zāi)報(bào)警、主變消防、采暖通風(fēng)、給排水、SF6泄漏監(jiān)測、運(yùn)行溫度監(jiān)測等輔助系統(tǒng)的集成應(yīng)用和聯(lián)動(dòng)控制，并設(shè)置智能通風(fēng)系統(tǒng)，提高運(yùn)行自動(dòng)化水平，同時(shí)減少運(yùn)行能耗。
采用交流、直流、UPS、通信電源一體化電源系統(tǒng)，統(tǒng)一設(shè)計(jì)、生產(chǎn)，建立電源系統(tǒng)統(tǒng)一監(jiān)控平臺(tái)，同時(shí)節(jié)省了設(shè)備、材料配置。
各間隔二次設(shè)備均下放布置于配電裝置現(xiàn)場的智能控制柜。優(yōu)化全站組屏方案和電纜敷設(shè)方案，在備用數(shù)量與常規(guī)方案相當(dāng)?shù)臈l件下，屏位相比常規(guī)方案總體節(jié)省度達(dá)44%，全站控制電纜16km，光纜15.6km，總量較標(biāo)準(zhǔn)化方案節(jié)省70%。電纜溝支架材料用量也大大節(jié)省。
結(jié)合新設(shè)備、新技術(shù)的使用，對(duì)布置和土建進(jìn)行了優(yōu)化，站區(qū)圍墻內(nèi)用地面積較標(biāo)準(zhǔn)化方案節(jié)省435m2，220kV 和110kV GIS樓建筑面積較標(biāo)準(zhǔn)化方案節(jié)省666m2，充分貫徹了國網(wǎng)公司提倡的資源節(jié)約、環(huán)境友好、工業(yè)化設(shè)計(jì)理念。
2013年的500千伏標(biāo)準(zhǔn)配送式智能變電站設(shè)計(jì)競賽以“全壽命周期”、“兩型一化”（環(huán)境友好型、資源節(jié)約型、 工業(yè)化）、“智能化”、“標(biāo)準(zhǔn)配送”、“無人值守”等創(chuàng)新設(shè)計(jì)為主題，為各家設(shè)計(jì)企業(yè)提出了新課題。500千伏龍城（太原南）智能變電站工程是建設(shè)智能變電站的標(biāo)桿項(xiàng)目，參賽的設(shè)計(jì)單位以它為依托工程，來完成“命題作文”。
從開標(biāo)到截標(biāo)，江蘇院在短短半個(gè)月時(shí)間內(nèi)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)原則和專項(xiàng)要求，掐準(zhǔn)智能變電站技術(shù)發(fā)展的脈搏，拿出了一份“安全可靠、節(jié)約環(huán)保、功能集成、配置優(yōu)化、工藝一流”的智能變電站設(shè)計(jì)方案，在26家區(qū)域及省級(jí)設(shè)計(jì)單位中，突出重圍，憑借綜合評(píng)分第一中標(biāo)該項(xiàng)目的工程設(shè)計(jì)。
與傳統(tǒng)變電站相比，該電站設(shè)計(jì)具有兩大飛躍：一是在土建過程中采用全預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)建筑模式，摒棄了傳統(tǒng)的現(xiàn)場“濕作業(yè)”施工，從而實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能環(huán)保；二是通過工廠生產(chǎn)預(yù)制、現(xiàn)場裝配安裝兩個(gè)階段建設(shè)，不僅減少了現(xiàn)場調(diào)試、安裝的工作量，縮短了施工周期，也避免了二次接線的人為錯(cuò)誤。圍繞標(biāo)準(zhǔn)配送的要求，遵循“安全性、實(shí)用性、通用性、經(jīng)濟(jì)性”的原則，江蘇院進(jìn)一步優(yōu)化了電氣總平面布置，采用建構(gòu)筑物構(gòu)件工廠化加工、預(yù)制艙室二次組合設(shè)備、二次接線“即插即用”等設(shè)計(jì)方案，專題論證了二次設(shè)備組屏及布置、屏柜結(jié)構(gòu)及尺寸等具體內(nèi)容，方案清晰、論證合理。
設(shè)計(jì)的另一大亮點(diǎn)是“無人值守”，較之前的“無人值班”更強(qiáng)調(diào)“調(diào)控一體、運(yùn)維一體”。江蘇院深入研究了無人值守智能變電站的功能定位與關(guān)鍵技術(shù)，在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功能配置、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、安全警衛(wèi)系統(tǒng)、火災(zāi)警報(bào)系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)忍岢隽司唧w的方案設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)變電站的遠(yuǎn)程綜合監(jiān)控管理。
江蘇省電力設(shè)計(jì)院 鄭攀 劉琳