Transcript 新一代智能变电站技术方案研究报告

新一代智能变电站
2013年6月27日
State Grid Corporation Of China. All rights reserved.@2012
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3）新一代智能变电站
系统高度
集成
结构布局
合理
装备先进
适用
经济节能
环保
支撑调控
一体
支撑技术
力争实现设计、设备、控制等技术领域的突破。
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设计技术的主要研究内容
1
整体集成设计
优化电气主接线，优化设备配置和总平面布置方案，实现整站设
计优化。
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模块化设计
制定规范的集成方式与接口规则，实现功能模块、设备模块
、土建模块的“即插即用”。
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2.3 设备技术的突破
主要存在问题
一体化集成理念实施不到位，缺少厂内一体化调试；现场联
调时，出现通讯接口、模型配置不统一等问题，影响工程进度。
一次设备智能化向智能一次设备转变
通过一次设备与传感器、智能组件的一体化设计、一体化供
货、一体化调试，实现设备功能高度整合，提高工程调试效率。
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（1）变压器
 近期目标：研制集成式智能变压器，提高变压器智能化、集成化水平
；研制节能变压器，采用纳米、无氧铜材料，提高变压器节能环保水
平。
 远期目标：研制超导变压器，降低损耗、提高过负荷能力；研制电力
电子变压器，集无功补偿、电能质量控制于一体，实现电网有功、无
功、电压的平滑调控。
2013集
2015集
2020集
2030集
集集集
集集集集集
集集集集集
(集 集 集 集 )
集集集集集
(集 集 集 集 集 )
集集集集集
集集集集集集集
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（2）开关设备
 近期目标：研制集成式智能断路器，实现对隔离式断路器智能化水平
的提升；研制电机驱动的断路器，实现智能灭弧，减小对系统冲击；
研制智能高压开关，实现开关设备的状态维护和自我调节。
 远期目标：研制固态开关，实现高速频繁开断、精确控制，解决电网
故障的快速隔离问题。
2013年
2015年
2020年
2030年
集集集集集集集集
集集集集集集集
集集集集集集
集集集集
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（3）其他电气设备
 近期目标：研制集串联电抗器与并联电容器于一体的集成式无功设备
。
 远期目标：研制超导故障限流器，有效限制电网故障短路电流；研制
超导储能系统，为重要负载提供高质量不间断电源。
2013年
2015年
2020年
2030年
集集集集集集集
110kV集 集 集 集 集 集 集
220kV集 集 集 集 集 集 集
集集集集集集
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2.4 控制技术的突破
主要存在问题
各二次系统独立分散配置，信息共享度低，采样重复处理，
维护工作量大；对调控一体的支撑力度不够，尚不满足电网运维
管理体制转变要求。
分散独立系统向一体化业务系统转变
整合各分系统功能，构建一体化业务系统；深化高级功能应
用，实现一键式顺序控制，提高运检效率；采用层次化保护控制
，实现协调控制。
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（1）保护控制技术
 近期目标：构建“就地—站域—广域”三级的层次化保护控制体系，
实现空间/时间维度的协调控制；构建区域电网集中式保护控制体系，
实现从保护元件到保护电网的变革，同时简化变电站结构。
 远期目标：研制多原理保护集成芯片，提升保护设备通用性；研究光
学保护系统，实现电网瞬时值全息测量，提高保护的可靠性、快速性
。
2013集
2015集
2020集
2030集
集集集集集集集
集集集集集集
集集集集集集
集集集集集集
集集集集集
集集集集
集集集集
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（2）自动化技术
 近期目标：深化一键式顺序控制应用，同时提升高级功能应用水平；
研制多功能二次装置，实现三态数据的统一采集和上送，减少装置数
量；研制生产控制云滴系统，实现信息并行处理、功能统筹协调。
 远期目标：研究自取能蓄能技术，提供多样化站内用能方式，减少常
规电源配置数量。
2013集
2015集
2020集
2030集
集集集集
集集集集集集集
集集集集集集集集
集集集集集
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（3）通信技术
 近期目标：构建站内一体化高速以太网，简化过程层网络，减少交
换机数量，方便信息共享；建设大容量骨干网（光传送网、分组传
送网），提高传输带宽，支撑与调控、运检中心海量数据交互。
 远期目标：研究电力物联网在变电站系统的集成应用，组建站内传
感网络，实现设备的全面感知与智能控制。
2013集
2015集
2020集
2030集
集集集集集
集集集集
集集集集集
集集集集集
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3.1 近期技术方案（2015）
近期技术方案以“占地少、造价省、可靠性高”为目
标，构建了以“集成化智能设备＋一体化业务系统”应用
为特征的新一代智能变电站。
目前，已完成110kV AIS、110kV GIS、220kV AIS、
220kV GIS 四种类型变电站的近期技术方案。
边界条件：主变规模、进出线规模等参数参考《国家电网公司输变电工程通
用设计》中典型设计方案
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3.1 近期技术方案—设备配置
一
体
化
业
务
系
统
集
成
化
智
能
设
备
层次化保护控制
集集
GPS
集集集集集集集
就地
保护
集集集集集
站域
保护
广域
保护
集集集集集
集集
IEEE 1588
集集集集
A集
B集
集集集集
集集集集
集集集集
集集集集
集集集集
集集集集
集成化智能变压器
集成式智能断路器
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集集
集集
集集
集
集集
集集
集集
集集
集
集集
集集
集集
集
其他电气设备
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3.1 近期技术方案—220kV AIS站
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（1）平面布置—220kV AIS站
当前智能变电站
160 m
128.5 m
与目前
智能站面积相
比，新一代
220kV AIS 站
的占地面积减
少约40%。
新一代智能变电站
160 m
78 m
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（2）电气主接线—220kV AIS站
220kV侧
110kV侧
采用双母线接线；采用集成
由双母线优化为单母线分段；采用集
式智能断路器，取消站内出
成式智能断路器，取消站内出线、母
线侧隔离开关。
线侧隔离开关。
当前智能变电站
新一代智能变电站
当前智能变电站
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新一代智能变电站
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（3）间隔断面图—220kV AIS站
采用集电子式互感器、隔离开关和断路器于一体的集成式智能
断路器，应用封闭母线，配电装置纵向尺寸由128.5m优化至78m。
智能变电站
10kV高压室
128.5m
隔离
开关
智能变电站
78m
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电子式
互感器
普通断
路器
集成
式智
能断
路器
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（4）建筑优化—220kV AIS站
优化主控楼等建筑面积，
设备小室采用集装箱建筑，实
现站内建筑物模块设计、工厂
制造、整体运输、快速安装的
工业化流程。
总建筑面积变化比较
220kV AIS方案
目前智能变电站总建筑面积
新一代智能变电站总建筑面积
（集装箱个数）
820
324
（9）
面积减小比例
60%
注：数据引自《新一代智能变电站技术方案研究报告
》
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（5）综合比较—220kV AIS站
可靠性
缩小故障波及范围、缩短停电时
间，电气主接线的可靠性提高。
220kV主接线可靠性指标
0.834
32%
0.0753%
可用性
58%
0.352
采用一体设备，提高了可用性（平
均不可用时间从3.1小时/年减少至1.2
小时/年）。
故障概率
常规接线
故障频率
优化接线
节材节能
采用光缆代替电缆，节省控制电缆约80％，降低了火灾隐患，减少了
铜材用量，体现了节材、节能的绿色理念；与电缆沟相比，光缆沟道截面
缩小近50％。
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（5）综合比较—220kV AIS站
造价分析
与通用设计造价比，220kV近期方案总投资增加8%，主要因设备购
置费增加。
工程推广后，预计设备价格可下降约20%。此时，新一代智能站的
投资水平将与目前智能站基本相当或进一步降低。
单位：万元
新一代站与目前智能站方案费用对比表
（ 220kV AIS ）
建筑
初期
推广后
设备
安装
其他
20000
15000
合计
10000
-9%
-9%
26%
6%
-15%
-15%
-12%
-12%
8%
-10%
注：数据引自《新一代智能变电站技术方案研究报告
》
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5000
0
现方案 新方案 推广后
110kV GIS
110kV AIS
220kV GIS
220kV AIS
20
3.1 近期技术方案—220kV GIS站
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（1）平面布置—220kV GIS站
当前智能变电站
103 m
86m
新一代智能变电站
与目前
智能站面积相
比，新一代
220kV GIS 站
的架空出线方
案占地面积减
少 约 22% ， 电
缆出线方案占
地面积减少约
67%。
65 m
45m
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电缆出线方案
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（2）电气主接线—220kV GIS站
110kV侧
220kV侧
采用双母线接线。
当前智能变电站
新一代智能变电站
由双母线优化为单母线分段。
当前智能变电站
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新一代智能变电站
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（3）间隔断面图—220kV GIS站
变压器与组合电器通过封闭式母线（GIB管）连接。
配电装置
纵向尺寸
 架空出线方案：由86m优化至63m。
 电缆出线方案：由86m优化至45m（站内无架构）。
10kV高压室
前智能变电站
86m
一代智能变电站
架空出线
63m
电缆出线
45m
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3.1 近期技术方案—110kV AIS站
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（1）平面布置—110kV AIS变电站
当前智能变电站
65m
57m
与目前
智能站面积相
比，新一代
110kV AIS 站
占地面积减少
约44%。
新一代智能变电站
38m
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55m
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（2）电气主接线—110kV AIS站
110kV侧
采用单母线分段接线；采用集成式智能断路器，取消站
内出线、母线侧隔离开关。
当前智能变电站
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新一代智能变电站
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（3）间隔断面图—110kV AIS站
采用一体化设备，应用封闭式管母线（GIB管）和集装箱式建筑，
配电装置纵向尺寸由65m优化至38m。
35kV高压室
前智能变电站
10kV高压室
65m
代智能变电站
集装箱
38m
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3.1 近期技术方案—110kV GIS站
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（1）平面布置—110kV GIS站
当前智能变电站
60.8m
63.9m
新一代智能变电站
与目
前智能站面积
相比，新一代
110kV GIS 站
架空出线方案
占地面积减少
约 36% ， 电 缆
出线方案占地
面积减少约
60%。
53m
29m
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电缆出线方案
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（2）电气主接线—110kV GIS站
110kV侧
采用单母线分段接线。
当前智能变电站
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新一代智能变电站
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（3）间隔断面图—110kV GIS站
变压器与组合电器通过封闭式母线（GIB管）连接，采用集装箱式建筑。
配电装置
 架空出线方案，由63.9m优化至40m。
纵向尺寸
 电缆出线方案，由63.9m优化至29m（站内无架构）。
前智能变电站
35kV高压室
63.9m
集装箱
代智能变电站
架空出线
40m
集装箱
29m
电缆出线
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3.2 优化后的效果
新一代智能变电站
系统高度集成
 集中式保护控
制
 一体化业务系
统
 多功能一体化
二次设备
结构布局合理
装备先进适用
经济节能环保
支撑调控一体
 优化主接线
 电子式互感器
 光缆代替电缆
 一键式顺序控
 集装箱式建筑
 集成式智能断
 节能环保变压
 优化配电装置
纵向尺寸
路器
 集成化智能变
器
制
 深化高级应用
功能
压器
 集成式无功设
备
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汇报完毕，谢谢！
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