淺談數(shù)字化變電站的電氣二次設計

羅水生

（佛山市辰譽電力設計咨詢有限公司，廣東 佛山 528000）

一、數(shù)字化變電站概述

現(xiàn)階段，國內(nèi)數(shù)字化變電站逐步進入到工程實踐階段。早在2006年，我國首座220kV的數(shù)字化變電站就已經(jīng)投入運行，這為我國在電網(wǎng)建設方面實現(xiàn)了技術上的新突破。建設數(shù)字化變電站的核心部分是數(shù)字化變電站中的一次設備與二次設備，并要求兩者全部為智能化設備。智能化的設備要應具有特殊功能的通信接口，確保與其他設備可以方便地進行控制命令、狀態(tài)、參數(shù)等信息的互相交換。

二、數(shù)字化變電站中電氣二次設計需要注意的問題

（一）線路保護

1 線路分相電流差動保護

關于電磁式互感器的飽和問題，一直以來都是造成線路分相電流差動保護誤動產(chǎn)生的主要因素之一,而電子式互感器的非飽和特性就很好地解決了該問題。

2 距離保護

距離保護是為了判據(jù)電流中是否含有非周期分量,而通常用的電磁型互感器不可以從根本上轉(zhuǎn)變非周期分量,這就導致了故障測距誤差很大,最常用的的解決辦法是通過增大數(shù)據(jù)窗來降低誤差,而這又使得距離保護的快速降低。電子式互感器能夠使得用于微分方程原理的阻抗算法縮短數(shù)據(jù)窗,這就在很大程度上提高了距離保護的動作速度。

3 過流保護

如果電磁式互感器達到飽和，那么就會很大程度的影響到反時限過流保護的動作時間，并且會延遲保護動作時間。相角的精確測定也會在很大程度上影響方向過電流保護的選擇性，一旦電磁式互感器達到飽和，就會很難的測定精確的相角，原因在于引發(fā)的二次電流波形畸變。為了有效的解決這個難題，在互感器的選擇上我們應該選用無飽和特性的非常規(guī)互感器。

（二）母差保護

在設計母差保護的數(shù)字化時,能夠借助于母差子站使得模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。指的是將原有母差保護變?yōu)樾碌哪覆畋Ｗo主站與保護子站,其中，子站使用在過渡階段,一般在各間隔常規(guī)電流、母線電壓以及開關位置進行連接。在對每個間隔進行數(shù)字化設計之后,將電流電壓一步一步地從每個間隔的合并單元光纖連接到母差保護主站,接著輸入GOOSE網(wǎng)絡實現(xiàn)連接。

（三）數(shù)字化低周保護

與傳統(tǒng)低周保護相比,數(shù)字式低周保護無信號電纜。它是在合并單元處接收母線電壓并進行頻率計算,接著以報文的形式輸出跳閘命令。在各l0kV間隔設置的自動投退低周壓板,能夠參考調(diào)度的定值,預先設置好某段出口跳閘投退,最終實現(xiàn)低周跳線路的功能。

三、數(shù)字化變電站中的電氣二次設計方案

（一）選擇智能設備

在數(shù)字化變電站中，其智能設備主要包含有二次設備、電子式互感器及智能開關等。對二次設備的選擇是唯一的，就是選擇網(wǎng)絡化形式的二次設備。對電子式互感器的選擇一般有兩種方案，即有無源電子式傳感器與有源電子式互感器，現(xiàn)階段我國大部分使用的是有源電子式互感器。對智能開關的選擇方案國內(nèi)目前主要使用的是智能終端與傳統(tǒng)開關組合的設備。

（二）選擇通信規(guī)約

數(shù)字式變電站的網(wǎng)絡層主要是由站控網(wǎng)絡層和過程網(wǎng)絡層組成的。站控網(wǎng)絡層的通信規(guī)約主要有103規(guī)約與IEC61850規(guī)約兩種。過程網(wǎng)絡層的通信規(guī)約主要有IEC61850規(guī)約與IEC60044-8規(guī)約兩種。其中，103規(guī)約是為傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡層服務的，所以在數(shù)字化變電站的站控網(wǎng)絡層中往往選擇IEC61850規(guī)約作為其通信規(guī)約。對于數(shù)字化變電站的過程網(wǎng)絡層中，往往選擇IEC61850規(guī)約與IEC60044-8規(guī)約的組合為其通信規(guī)約。

（三）設計網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

數(shù)字化變電站系統(tǒng)一般適用于電壓等級在35千瓦到500千瓦之間的變電站或開關站，設計時要結(jié)合IEC61850來進行，該系統(tǒng)一般是由過程層、間隔層以及站控層組成的。其中，間隔層與站控層之間是由IEC61850-8-1方式進行信息交換的，站控層與間隔層由以太網(wǎng)為媒介進行連接的，而間隔層設備是由GOOSE通信協(xié)議進行數(shù)據(jù)信息交換，極大地增強了間隔單元的防誤閉鎖能力，過程層設備借助于光纖以以太網(wǎng)的形式結(jié)合IEC61850-9-2的有關標準將互感信息傳到間隔保護層與測控設備。對于數(shù)字化變電站中的非IEC61850標準的IED設備，需依靠轉(zhuǎn)換設備連接到自動化系統(tǒng)中。

（四）設計原理圖

進行數(shù)字化變電站的電氣二次設計中，所采用的是電子式互感器，采樣變電站所輸出的信息進行后再通過量化過程的處理，由光纖送給二次設備，極大地增強了設備運行的穩(wěn)定性。變電站設計中所采用的智能開關具有智能終端功能，由光纜進行其控制命令的傳遞，跳合閘命令也是通過光纖輸送至智能終端，這就使得控制命令的傳遞實現(xiàn)了數(shù)字化功能。一次設備的開關量進行數(shù)字化處理后輸送至二次設備，接著二次設備再將開關輸出量傳遞給智能終端，這一過程很好地實現(xiàn)了開關量信息的采集、傳輸與輸出的數(shù)字化功能體現(xiàn)。

（五）設計組屏方案

對于數(shù)字化變電站電氣二次部分組屏方案的設計，其與傳統(tǒng)的設計是存在差別的，相比較來說，數(shù)字化變電站的組屏方案功能齊全且容易操作，不僅如此，它對不同等級的電壓一體化裝置可以進行分別組屏方式處理，將各個組屏進行合并。進行設計時，應將變電站層的遠動主機、監(jiān)控主機以及工程師站等設備裝置在主控室內(nèi)來進行，而對于那些非IEC61850智能設備需要單獨地進行組屏。

(六）設計端子排圖

在進行數(shù)字化變電站電氣二次部分設計端子排圖過程中，為了節(jié)省設計工作量，可以取消一次與二次間的端子排列設計，并且對于多余的控制回路可以進行優(yōu)化設計。這樣就使得二次回路設計的極為簡化，例如，保護壓板、按鈕以及把手的數(shù)量明顯變少，減少了運行維護人員的安全事故發(fā)生的幾率，不僅如此，完全解決了在光纖應用方面電纜老化的問題，極大地增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，實現(xiàn)了全數(shù)字化的目標。

結(jié)語

隨著數(shù)字化變電站建設的不斷加快，為了確保數(shù)字化變電站的安全運行，在對其電氣二次部分設計時一定要做到科學規(guī)范。本文提出的設計方案很好地解決了當前數(shù)字化變電站設計中存在的不足，希望能夠為同行提供一定的指導意義。

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