變電站電氣二次系統設計研究

黃塘保

(湖南省電力公司郴州電業局,湖南 郴州 423000）

1 前言

變電站作為輸配電系統中的一個關鍵環節，在整個電網當中占據十分重要的位置。變電站二次系統對變電站的控制以及監視具有直接的影響作用，二次回路是否處于最佳狀態，對整個變電站以及整個系統的安全正常運行起到決定性的作用。就國內外發生的事故經驗分析而言，造成系統事故時常發生的根本原因是回路出現問題，有些是由于回路自身存在缺陷及不足而造成；有些是由于系統出現故障時，因回路的原因無法立即切除故障而引起的。所以，必須加強對變電站二次以及回路的科學保護，保證變電站得以正常運行。

2 變電站電氣二次系統的設計

2.1 變電站主結線電氣的相關計算設計

本文針對電氣主結線可靠性定量指標進行詳細的分析，以確保電氣結線選型工作的順利完成，進而為變電站電氣系統進行二次設計提供一些基礎性的設計方案。

2.2 可靠性定量指標的計算式

電氣主結線可以看作是由可以修復的元件組成的一個系統，分成兩個工作狀態：一為正常狀態，二為故障狀態，按照兩態馬爾柯夫過程，可以計算出以下近似算式

以上的公式中，fc指的是主結線系統發生事故造成主變壓器出現停運事件的頻次，次/a；λji指的是有關結線元件出現的故障率（i=1，2，……n）

2.3 其他的計算式

主結線出現故障而元件強迫停運時間Tjgi的計算式為：Tjgi=fcTcg

沒有備用電源自動投入裝置而出現事故限電量△Akqi的計算式為：△Akqi=Sqin1Tkqi

有備用電源自動投入裝置而出現事故限電量△Akqi的計算式為：

Tkqi限電經濟損失△U的計算式為：

在上述計算式中，Tcg為故障元件的修復時間，h/次；Sqi為事故停運主變的容量，其單位是萬 kVA；z為主變的負載率，%；n1為同時出現事故停運的主變臺數；Sy以及n2分別是指依然在運行當中的主變熱備容量以及臺數，kVA；Tkqi為主變事故強迫停運所花的時間，h，如果經過切換操作可以恢復正常供電時，它也可以作為判明事故以及處理事故所花費的時間，取1h；如果需要等待故障元件修復之后，才能恢復正常供電，則以Tkqi=Tjqi來表示；K為單位電度所損失的計算系數，如果按照限電而導致的國民純收減少來計算，則需要根據研究資料取1.5元/kWh，如果按照停電綜合造成的損失來計算，則需參考國外的相關資料取10~30倍的電價。

綜上所述，在進行主結線的選擇時，必須依據于以上所介紹的相關可靠性定量指標，經過詳細的計算之后，方能確定合理正確的主結線，

2.4 結線方案進行比較

首先要選擇正確的結線可靠性定量指標的計算公式以及方法，以下將著重從經濟性的方面對兩種不同的結線方案進行對比分析，進而順利實現結線的選型工作。

忽略時間因素造成的影響，經濟性的計算公式為：

式中，Z為年計算的費用，單位為萬元；C∑為年生產的費用，萬元，取投資的5%；△U∑為年平均停電造成的事故損失，以萬元計算，它等于平均年事故限電量×單位電度損失計算系數K；Xt為年投資積壓所損失的系數，取10%；Tz為總投資額，萬元，包含有設備投資、建安工程總費用以及占地補償費。

經過上述計算式的分析發現，I型設計方案在設備的安裝費用、工程占地費用等方面的支出相對較少，因此其經濟向相對較高，相對于Ⅱ型而言，I型設計方案比較適合于普通型小型水電站的開關站上的設計選擇。綜上所述，以經濟性的角度作為出發點，對以上提到的兩種不同結線方案進行系統的比較，就一般來說，選擇I型方案比較實惠，其布置方案的總投資額最省，在按照國民純收入減少或者10倍電價來計算停電所造成的損失時，其年計算費用也比較低，是一種比較經濟的值得提倡的布置方案。當然，也要根據當地實際情況以及工程現場具體狀況來定，并且要充分結合其經濟性、技術性等方面進行綜合考慮，最終確定最適合的選擇主結線方案。

如圖1圖所示，電氣主結線是：1號、2號和 3號、4號機組，這幾組分別經過發電機斷路器以及單相變壓器，然后再經過500kVSF6的管道母線連接組成兩個聯合單元之后，再經過1回500kV的電纜接入到SF6的全封閉性組合電器(GIS)，以此組成了不同類型規格的電氣應用單元，實際規格則要有具體的應用來確定；5號、6號機組則分別同一臺特殊三相變壓器進行接成，并組成一組發-變組單元，然后在經過110kVSF6的管道母線以及110kV電纜接入到SF6全封閉性的組合電器(GIS)。在110kVGIS以及500kVGIS之間設置一組聯絡變壓器，其規格需根據實際應用而設定。500kV側采用的是1倍半的結線，而110kV側則采取雙母線結線。

2.5 控制方式

對于傳統的大中型變電站而言，一般都是采用強電一對一的控制方式。20世紀90年代中期，傳統變電站的控制系統有所改進，例如采用碼賽克控制屏，安裝微機型閃光報警器等等，進過改進之后，控制系統的性能明顯比老式系統優異，但從根本上也沒有很大的改進作用。

隨著計算機以及網絡技術的快速發展，微機監控方式逐漸被應用于大中型變電站。初期階段的應用，猶豫由于計算機監控還不成熟，依然處于試驗以及探索階段，設計以及運行單位尚未放心使用，通常出現常規控制以及計算機監控兩種方式并存的局面。這種做法產生的結果是，由于同時使用常規控制設備，運行人員不會會心思去鉆研新的設備，導致計算機監控系統成為一個擺設。隨著計算機以及網絡通信技術的蓬勃發展，設計制造以及運行部門的認知以及經驗的不斷積累，逐漸接受并廣泛使用計算機監控方式來管理變電站，特別是大型變電站。通過工業以及網絡實現了遠程對電氣二次系統的每一設備的具體運行情況進行監控，建立了遠程報警以及干預機制，可以有效地應對各種突發事故，真正凸顯出計算機網絡化管理監控所具備的巨大優勢。

2.6 與一次設備的連接存在的問題

電氣二次系統的設備和一次設備之間的連接也存在一些問題，由于連接不正確或者連接失誤而導致諸多重大事故時常發生，因此需要電氣工程人員給予充分的重視。在有些高壓斷路器的機構內部，通常都會帶有電氣防跳回路，而這一并聯防跳回路同微機保護回路時相互沖突的存在。連接之后，通常會出現微機保護的跳位、合閘監視燈同時亮等這類情況，因此，需要立即把機構防跳回路斷開，防跳功能則通過微機保護裝置來實現。對于綜合自動化變電站而言，其采用的電氣主設備通常是高級別檔次，GIS設備也常常被采用，而GIS主結線設計的基本原則是盡量將結線簡化，利用可靠性，清除可節省的一些元件，進而降低成本。電壓互感器的隔離開關在整個變電站的運行過程中起不到任何的作用，在檢驗維修電壓互感器 TV或者進行現場耐壓試驗的時候，可以用它來分開電壓互感器TV與主回路，對于GIS而言，可以不用將電壓互感器TV和GIS之間進行分離檢修、測量。

3 結語

在優化及改造變電站的電氣二次系統回路當中，除了上述的因素，依然還要考慮到其他的因素，例如繼電器的具體布置、電纜的走線方式、測量儀表的安裝位置及方法等。要確保變電站的電氣二次系統的有效、合理改造與優化，必須采用綜合自動化系統對其進行監控、測量以及保護，以此方式來實現電氣設備的投運工作情況、運行管理以及二次保護等各方面的需求，增強了整個系統運行的安全性、可靠性，實現最大的經濟效益。

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