关于煤矿智能变电站设计探究
摘要：介绍了智能变电站的概念特点，结合煤矿供电要求，论述了煤矿110kV及以下电压等级智能变电站设计内容，与常规变电站设计区别及技术经济比较。
关键词：智能变电站;过程层;间隔层;站控层;合并单元;智能终端;电子式互感器;顺序控制
一、智能变电站的概念结构
1.1概念
智能变电站是以数字信息化通过全网络化，将信息集成共享，利用现代稳定、先进的智能设备，自动收集电网信息，实现智能控制，电网保护，计算测量和监测的变电站。智能变电站可根据自动采集的数据通过自我分析，进行实时智能调节，是电网智能化的关键所在。智能变电站作为电网中的转换门户起到了过渡链接的作用，作为转换能源和控制能源的设备，其将发电、输电、用电各环节连接起来，使其良好运作，为矿井提供可靠、高效、经济、环保、人机良好的电网系统。
1.2结构
智能变电站的结构首先是站控层，其次是间隔层，最后为过程层。站控层又包括监视系统、站域控制系统、信息通讯系统、时间校对系统。间隔层作为保护测控层，包括继电装置、测量控制系统、电能监控计算、集中处理系统。过程层包括变压器、断路器及隔离开关、电流/电压互感器等一次设备及其所属合并单元和智能终端等。
二、煤矿供电要求及智能变电站技术优势
2.1煤矿供电的安全要求
煤矿供电作为矿井生产的要害环节，对矿井安全生产有着极其重要的地位和作用，煤矿含提人副井提升机、矿井通风机、瓦斯抽放站、井下排水泵等大量一类负荷，对供电要求非常严格，特别《煤矿安全规程》要求矿井备用电源必须保证能及时投入正常运行，保证主要通风机等在10min内可靠启动和运行。一旦矿井长时间停电将造成矿井无法通风、瓦斯超限，并可能引起瓦斯爆炸，造成井下工作人员人身伤亡和矿井财产损失。同时煤矿供电受着特殊的环境影响，如井下高温、潮湿、粉尘、煤与瓦斯突出等又会造成矿井供电事故频发。基于煤矿供电上述特点，就要求供电系统要有设备高可靠性、高稳定性，事故停电能及时查明原因，及时恢复供电，设备满足操作运行快速简单的要求，智能变电站可以满足上述要求，并能提供故障预判、专家在线分析、及时查清故障快速恢复供电的功能。
2.2智能变电站的技术优势
智能变电站一次设备设置气体密度和微水状态诊断装置、主变油气体及水份在线监测仪等，可以对介质的电气参数、性能参数、运行环境实现实时在线监控及状态可视化，保证变电所在运行过程中能及时发现设备存在的安全隐患，及时检修，消除隐患，保证供电系统故障后能够迅速定位故障点，查明原因，快速恢复供电。开关断路器、隔离开关、接地刀采用电动操动机构，支持智能化一键式顺序控制功能，可以减少运行操作人员数量和劳动强度，实现无人值守，大大节约倒电操作、故障后恢复供电时间。
智能变电站通过就地安装的合并单元和智能终端采用光纤网络传递所有电流信号、电压信号、开关量信号、闭锁关系、遥控操作全部信息，不需要二次回路电缆硬接线，控制电缆接线大大减少，显著减少运行维护人员的“三误”事故，系统可靠性得到充分保障。原先必须由不同微机保护装置实现的某些保护功能可以由一个软件模块实现，如母线保护、备自投等，设备的减少降低了变电站的投资。智能变电站的高级应用功能可以实现变电所优化运行、系统自诊断和自恢复、智能告警及事故信息综合分析决策专家系统功能。智能变电站的这些技术优势是常规所不具备的，更适合煤矿供电要求。
三、煤矿智能变电站设计
3.1煤矿智能变电站设计依据
资料的收集是煤矿的智能变电站在设计上必须要做的。首先是电源情况、电压等级、短路参数、所带负荷统计、负荷等级等常规资料，并遵守常规变电站国家设计标准，确定电压等级、一次系统接线方式、设备动热校验、主变容量及台数、布置方式等，但在智能设备选型、在线监测、网络结构、通讯标准、主变保护设计时应参照国家电网公司制定的《110（66）～220kV智能变电站设计规范》、《智能变电站继电保护技术规范》、《高压设备智能化技术导则》、《智能变电站技术导则》及《国家电网公司2011年新建变电站设计补充规定》等标准和文件。智能变电站现在的执行标准是国家电网制定的相关企业的设计规范标准，相关的国家设计标准规范还未明确出台。
3.2煤矿智能变电站三层结构设计
根据《110（66）～220kV智能变电站设计规范》规定，智能变电站站控层一般为双重化冗余配置，设计时其主要设备一般包括系统服务器及监控工作站2台、远动工作站1台、网络设备、全站对时设备、防误闭锁装置、智能规约转换装置、音响报警等装置。站控层通过监控运行对过程层进行操控，设备的刀闸控制，监视刀闸变位，本跨间隔的顺序控制以及投退操作的保护。其双重网络和拓扑结构的独立双星，在以上作用中起了重要的作用，提高了网络切换和MMS报文、GOOSE报文的传输上的效率。智能变电站通过其特别的结构对各设备的参数进行监控，实时了解设备的状况，通过信息的整合及时预报设备故障，诊断发生原因等，除此之外，顺序记录事件，打印制表等。远动功能是变电站的另一要求，只能变电站的站控层的远动工作站能够满足此类转化要求的规范化。而站控层的时间校对系统又支持北斗和GPS系统。智能规约转换装置具备将非标准的设备如消防、直流、五防、消弧线圈、动补等监测信息转换为符合DL/T860（IEC61850）标准的信息模型的功能。间隔层网络（含MMS、GOOSE）通过网络设备与本间隔其他设备通信，与其他间隔设备通信，与站控层设备通信。根据《智能变电站继电保护技术规范》要求间隔层110kV断路器保护、主变保护采用直采直跳方式，在保障测控装置的一体化上通过主变非电量的保护设备保护一体化，其每一侧开关能够智能跳闸，而每一台主变保护都有双重配置。
3.3智能变电站和常规的变电站在设计上的区别
对于智能变电站的利用上要注意设计时其与常规的变电站的差距，智能变电站区别于常规变电站首先表现在揽接线上，其次，报文和数据、信息的传递共享等，常规的变电站与之相比在概念和方法上存在着较大的差距。而且对于设备的监测，网络的布置，保护措施配置，设备的设计，通讯要求以及设计理念上都存在着不同程度的差异。
结语
智能变电站的技术优势已经赋予其强大的生命力，随着新技术水平不断提高和不断成熟，智能变电站必将完全取代常规变电站，因此我们设计部门应尽快学习新知識、新技术，尽快学习智能变电站设计知识，及时总结经验，提高设计水平。