500kV变电站电气一次部分及监控系统设计

杨琦 罗乘

中电建湖北电力建设有限公司 湖北武汉市 430000

摘要：电气一次部分是高压变电站系统的重要构成之一，电气一次部分的设计合理性以及是否良好运行会直接影响到整体电气系统的运行状况。基于此，本文主要根据500kV变电站中的主要电气组件进行分析，并讨论了设计中涉及的监视系统。通过调试和操作测试表明监视系统可以对主要设备的情况以及有关数据进行实时管控，以此确保变电站系统可以稳定运行，也为我国变电站系统的自动化改革提供了有效数据。

关键词：变电站；电力；基本组件；监控系统

引言：由于近些年我国改革开发不断深入，我国的经济体系得到了良好的发展，但同时对电力能源的消耗也在不断增加，因此各个电力公司的输、变电项目的电压水平越来越高，电网结构也变得越来越苛刻，并且电网中的在线和实时电力传输量每天都在增加。要满足各个方面的用电需求，必须确保电网运行的质量，因此变电站运行是否安全已成为变电站设计中必须考虑和保证的技术。

一、变电站电气一次部分及监控系统科学设计的必要性

变电站安全运行的设计必须从两个方面实现：(1)对变电站电气主要部分开展科学合理的设计，对于电气主要布线来说，应将其设计成一次部分的核心设计。在变电站运行过程中，应运用有效措施提高变电站以及电力系统的安全性、稳定性和连续性，与此同时，变电站的主接线也是至关重要的，其直接决定着电气设备选择正确与否、继电保护控制方式正确与否。由此可见，变电站主接线的设计方式也是非常重要的研究课题，是开展下一步工作的先决条件。(2)设计变电站监控系统的主要方式。变电站的监视系统能够影响机械设备的在线、实时监视、控制和数据传输的中心，检查并及时解决线路系统故障，以确保变电站的安全可靠运行^[1]。

二、设计500kV变电站的电气一次部分

本篇文章主要将500千伏变电站为主要研究示例，并阐述了电器一次部件设计方式。500千伏变电中的电压。具备超高压、容量大、电压高、引出电路复杂等特征，是电能传输的主要枢纽。500kV变电站的电气一次部件设计主要针对500kV引入4回路，500kV引入长度为200km 2回路，300km 2回路，500kV引入4回路为4个独立电源。220kV馈线共8轮，距道路末端的距离分别为40公里、50公里、60公里和70公里。500kV变电站应配备4个主变，规格为（4370MVA），系统设计基于无穷大。

（一）主接线设计

主接线是变电站电气部件的重要组成部分，在对500千伏变电站电气一次部分主接线展开设计时，和其相对应的主接线直接与高压电气进行连接，并对电能进行有效接收与分配。有效设计主接线可以将每一种电器设备之间存在的作用、联系及功能进行显示，同时其也是500千伏变电站的重要组成部分，稳定的主接线设计可以有效地保证变电站电力系统的安全、稳定、灵活运行，并可以保证配电设备、继电保护、自动化设备的良好状态。综上所述，主接线的设计必须满足输电稳定、供电灵活、维护方便、降低成本、有效发展的要求^[2]。

（二）主变压器容量选择

为了确保变电站的电气一次设计部分能够科学合理地实施，就应该对主变压器进行科学合理的选择，同时主变压器的容量直接决定着变电站运行效率，当主变压器容量较小时，无法保证电负载的运行和增长。如果主变压器的容量太大，则变压器的空载损耗会增加，无法满足节能降耗的要求。因此，被选为变电站电气一次部分设计的需要对电负债的使用时间展开分析，如果电负载不可用则应假设其余的主变压器可以继续提供正常电负载的60至70。通常，为500 kV变电站选择的主变压器的容量为370 MVA，型号为SFPZ-370000/500。

（三）3/2断路器接线

在3/2连接模式下，三个开关串联在两个母线之间以形成一个串。在一串中的两个相邻开关之间绘制了一个组件。这意味着三个开关用于两个组件，中间的开关是共享的，每个组件对应一台半开关，因此也称为半开关连接。在一系列3/2布线中，连接到总线的两个开关称为侧面开关，中间的开关称为中间开关或联络开关。3/2开关接线为“完整串”。但是，由于500kV变电站的初始尺寸小，扩展多、最终规模大，通常存在“半串”转换过程。换句话说，一串中只有两个母线开关同时给一根线。一台半在断路器接线中，一般应采用交叉配置的原则。也就是说，同名电路必须连接到另一串，并且必须与离开电源电路的电路组合以形成一个串。同样，具有相同名称的回路也必须连接到另一侧的母线。这种布线的主要缺点是投资大和继电器保护装置复杂。

三、设计500kV变电站的监控系统

500kV变电站监控系统的设计作用是为电网有效运行提供保障，减少500千伏变电站运行支出，500kV变电站监控系统的应用是基于信息构建和高性能通信技术的结合，其能够实时监测500千伏变电站电气设备的运行情况，并准确收集相关数据，对数据进行分类、分析及总结，第一时间将数据分析结果传送至监控系统。通过监控系统的有效应用，为500千伏变电站运行及信息处理提供有效的数据支持。

（一）系统的总体结构和功能

要想使500千伏变电站监控系统的设计科学合理，就应该重视以下三部分:在监视系统中，第一层是主机，由控制500kV变电站的计算机和组态软件组成，该主机位于监视系统中。监视系统的中心是双计算机冗余；监视系统的第二层是PLC，监视系统的控制室是软件冗余；在监视系统的第三层内，主要存在的是电器设备，其中断路器和隔离开关就是关键部分，两者可以有效监视电压及电流参数，提高变电站运行效率。此外，500千伏变电站监控系统的主机是利用网卡直接与以太网相连，同时PLC也能够与以太网相连，两者之间的通讯完成后，可以通过与控制系统的通讯及时切换。

（二）PLC设计

PLC是可编程逻辑控制器，用于监视500kV变电站中的系统，并提供稳定可靠的性能。它非常适合通过简单编程和使用命令或梯形图进行编程的实时控制。PLC用于监视500kV变电站的电气一次部分，选择PLC时，应按照实际控制对象留存备用容量，以扩展监控系统的控制能力，以实现实时监控。

（三）设计配置软件

配置软件的主要作用是对相关数据进行收集，并对变电站监控系统进行控制，同时，500千伏变电站监控系统应具备自动监控层，并且要为自动监控曾创建开发平台，使客户能够了解到配置软件，利用更改配置的方法创建自动监控系统，为了监视500kV变电站的主要设备，设计一个监视界面并设置PLC设备，建立与数据点和PLC数据相对应的监视数据库，设计一个图形界面和操作按钮来显示主要设备的操作和警报。

（四）实现组态软件与PLC之间的通讯

组态软件和PLC的灵活操作实现了两者之间的通信。如果用户不擅长两者之间的协议，则可以在不对PLC进行编程和设置网络的过程中使两者之间可以进行有效通信。500kV变电站，电气一次部件和监控系统的设计应在PLC工作时予以注意，并且应将组态软件切换到正确的通讯位置，以确保实现数据交换^[4]。

结论

变电站电气一次组件和监视系统的调试和运行测试已确认电气一次组件设计可以保持电网系统的长期稳定运行。即使母线发生故障，其他电路也不会受到影响，并且无需使用即可正常运行。

参考文献

[1]刘孝通.500kV变电站电气一次部分及监控系统设计[J].百科论坛电子杂志,2018,000(007):497.

[2]姜鹏.500kV变电站电气一次部分及其监控系统设计探析[J].电力系统装备,2018(9):50-51.

[3]尧乐.500kV变电站电气一次部分及监控系统研究[J].科技资讯,2018,016(010):42-43.

[4]胡建飞.500kV变电站电气一次部分及监控系统研究[J].百科论坛电子杂志,2018,000(017):323.