關(guān)于數(shù)字化變電站中電氣二次設(shè)計(jì)的分析

何牧

摘 要：在數(shù)字化變電站設(shè)計(jì)中，電氣二次設(shè)計(jì)主要是指針對(duì)主線路一次設(shè)備進(jìn)行參數(shù)的測(cè)量設(shè)計(jì)、檢測(cè)設(shè)計(jì)和控制電路的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，關(guān)注各方面注意事項(xiàng)，可確保變電站系統(tǒng)數(shù)字化、智能化，從而有效提高電力資源質(zhì)量。以分析數(shù)字化變電站作為切入點(diǎn)，探討了電氣二次設(shè)計(jì)在數(shù)字化變電站中需要注意的具體事項(xiàng)和方案。

關(guān)鍵詞：變電站；數(shù)字化；電氣二次設(shè)計(jì)；一次設(shè)備

中圖分類號(hào)：TM63；TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）15-0032-02

近年來(lái)，在我國(guó)電力系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了電力信息數(shù)字化，尤其是數(shù)字化變電站的建設(shè)，使站內(nèi)電氣設(shè)備間可以共享信息、相互操作。在數(shù)字化變電站建設(shè)中，電氣二次設(shè)計(jì)具有重要作用，直接影響著變電站運(yùn)行的安全性和可靠性。因此，需要結(jié)合各方面的注意事項(xiàng)，科學(xué)、合理地進(jìn)行電氣二次設(shè)計(jì)。

1 數(shù)字化變電站概析

數(shù)字化變電站指的是在信息收集、傳輸、處理和輸出的過(guò)程中，變電站完全使用數(shù)字化設(shè)備和技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)數(shù)字化運(yùn)行。與傳統(tǒng)變電站對(duì)比，數(shù)字化變電站具有設(shè)備智能化、通信網(wǎng)絡(luò)化、模型與通信協(xié)議統(tǒng)一化、運(yùn)行管理自動(dòng)化等特點(diǎn)。在數(shù)字化變電站建設(shè)中，智能化的一次設(shè)備和二次設(shè)備都是核心，而且這些設(shè)備都必須具有特殊功能的通信接口，以便設(shè)備間相互交換各種信息，例如控制命令、狀態(tài)和參數(shù)等。此外，智能化設(shè)備本身還應(yīng)具有高性能的自我檢測(cè)能力，可以隨時(shí)、快速檢測(cè)自身的健康狀態(tài)，并向自動(dòng)化處理系統(tǒng)傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)系統(tǒng)處理后，自動(dòng)判斷設(shè)備是否需要立即檢修。總之，數(shù)字化變電站的建設(shè)是電網(wǎng)建設(shè)技術(shù)上的新突破，尤其是現(xiàn)代化先進(jìn)設(shè)備的應(yīng)用，例如電子設(shè)備、傳感器等，更使變電站極具了現(xiàn)代化的氣息。這不僅提高了信息交換的速率，還可以高效、準(zhǔn)確地檢測(cè)和判斷設(shè)備的健康狀態(tài)。

2 具體注意事項(xiàng)

2.1 線路保護(hù)方面

線路保護(hù)主要包括線路分相電流差動(dòng)保護(hù)、過(guò)流保護(hù)和距離保護(hù)三部分，具體體現(xiàn)在：①線路分相電流差動(dòng)保護(hù)。電磁式互感器飽和一直是導(dǎo)致線路分相電流差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的主要原因，但具有非飽和特性的電子式互感器可以有效解決線路分相電流差動(dòng)保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)的問(wèn)題。②過(guò)流保護(hù)。如果電磁式互感器飽和，就會(huì)對(duì)反時(shí)過(guò)流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，而且還會(huì)延長(zhǎng)保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間。在一定程度上，過(guò)流保護(hù)還會(huì)受到相角精確度的影響，而相角精確度極易受電磁式互感器飽和的影響，這主要是由于二次電流波形發(fā)生畸變。所以，需要選擇無(wú)飽和特性的非常規(guī)互感器。③距離保護(hù)。確定非周期分量是否存在于電流中是距離保護(hù)的目的，電磁型互感器通常無(wú)法根本性地改變非周期分量，導(dǎo)致測(cè)距誤差過(guò)大。為了提高距離保護(hù)動(dòng)作速度、降低測(cè)距誤差，可以增大數(shù)據(jù)窗或利用微分方程原理阻抗算法對(duì)數(shù)據(jù)窗進(jìn)行縮短。

2.2 母差保護(hù)方面

母差保護(hù)數(shù)字化設(shè)計(jì)時(shí)，可借助母差子站將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。母差保護(hù)是指轉(zhuǎn)變?cè)覆畋Ｗo(hù)為新母差保護(hù)，主要包括主站和子站兩部分。一般情況下，子站連接在母線電壓和開(kāi)關(guān)等處。數(shù)字化設(shè)計(jì)每個(gè)間隔后，需從每個(gè)間隔合并單元光纖，逐步連接電流、電壓和母差保護(hù)主站，之后將GOOSE輸入，可以有效地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。

2.3 數(shù)字化低周保護(hù)方面

與傳統(tǒng)的低周保護(hù)相比，數(shù)字化低周保護(hù)具有很大的差異，主要體現(xiàn)在數(shù)字化低周保護(hù)無(wú)信號(hào)電纜。數(shù)字化低周保護(hù)指的是在單元位置接收母線電壓，并計(jì)算相應(yīng)頻率，再通過(guò)報(bào)文形式，經(jīng)跳閘命令輸出。例如，為了實(shí)現(xiàn)低周跳線路功能，根據(jù)調(diào)度的定值，可在10 kV間隔設(shè)置自動(dòng)投退低周壓板，并在某段出口預(yù)先設(shè)置跳閘投退。

2.4 電氣安全方面

在數(shù)字化變電站電氣二次設(shè)計(jì)中，電氣安全是重要的方面。為了確保電力系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行，除了科學(xué)、合理、專業(yè)的設(shè)計(jì)外，還應(yīng)時(shí)刻注意和防止安全事故發(fā)生。所以，在電氣二次設(shè)計(jì)時(shí)，可加入適當(dāng)?shù)陌踩勒`裝置，同步設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行變電站系統(tǒng)和安全防誤裝置。

3 具體方案

3.1 合理選擇電氣智能設(shè)備

數(shù)字化變電站中包含的電氣智能設(shè)備較多，例如智能開(kāi)關(guān)、二次設(shè)備、電子式互感器等，合理選擇電氣智能設(shè)備，是數(shù)字化變電站中電氣二次設(shè)計(jì)方案的重要內(nèi)容，也是變電站實(shí)現(xiàn)智能化的關(guān)鍵。所以，在智能開(kāi)關(guān)的選擇上，目前主要采用的設(shè)備有智能終端、傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)組合；二次設(shè)備選擇網(wǎng)絡(luò)化形式；電子式互感器有無(wú)源和有源兩種選擇方案，目前多采用有源電子式互感器。

3.2 合理選擇通信規(guī)約

在數(shù)字化變電站中，網(wǎng)絡(luò)層主要由站控層和過(guò)程層兩部分組成，合理選擇這兩部分的通信規(guī)約，有利于變電站間各設(shè)備的互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)變電站數(shù)字化。站控網(wǎng)絡(luò)層通信規(guī)約主要有兩種，即103規(guī)約和IEC61850規(guī)約，103規(guī)約服務(wù)于傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)層，而IEC61850規(guī)約服務(wù)于數(shù)字化變電站站控網(wǎng)絡(luò)層；過(guò)程網(wǎng)絡(luò)層通信規(guī)約也主要有兩種，即IEC61850規(guī)約和IEC60044-8規(guī)約，數(shù)字化變電站過(guò)程網(wǎng)絡(luò)層通信規(guī)約通常采用這兩種規(guī)約的組合。

3.3 合理設(shè)計(jì)原理圖

在數(shù)字化變電站電氣二次設(shè)計(jì)時(shí)，需采用電子式互感器，再量化處理變電站輸出的數(shù)據(jù)信息，最后通過(guò)光纖輸送至二次設(shè)備，從而使電氣設(shè)備安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。為了實(shí)現(xiàn)控制命令傳遞數(shù)字化，在電氣二次設(shè)計(jì)時(shí)，需采用有智能終端功能的智能開(kāi)關(guān)，通過(guò)光纜傳遞控制命令，跳閘命令也由光纜傳送至智能終端。一次設(shè)備數(shù)字化處理相關(guān)數(shù)據(jù)后向二次設(shè)備傳輸，再由二次設(shè)備向智能終端傳輸開(kāi)關(guān)輸出量，從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量信息的數(shù)字化采集、傳輸和輸出。

3.4 合理設(shè)計(jì)組屏方案

與傳統(tǒng)組屏方案設(shè)計(jì)相比，數(shù)字化變電站電氣二次設(shè)計(jì)存在較大差異，主要體現(xiàn)在：功能齊全、易操作；可以通過(guò)不同的組屏方式處理不同等級(jí)的電壓一體化裝置，再整合各個(gè)組屏。所以，設(shè)計(jì)組屏方案時(shí)，需在主控室內(nèi)連接各電氣設(shè)備裝置，例如遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)、監(jiān)控主機(jī)等，單獨(dú)對(duì)非智能化設(shè)備進(jìn)行組屏。

3.5 合理設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

數(shù)字化變電站系統(tǒng)通常適用的電壓等級(jí)是35～500 kV，所以需結(jié)合IEC61850合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)通常由站控層、間隔層和過(guò)程層組成，其中，間隔層與站控層之間的信息交換通過(guò)IEC61850-8-1方式實(shí)現(xiàn)，連接的媒介為以太網(wǎng)；間隔層電氣設(shè)備間信息交換通過(guò)GOOSE通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)，以增強(qiáng)間隔單元的防誤閉鎖能力；過(guò)程層設(shè)備向間隔保護(hù)層、測(cè)控設(shè)備傳遞互感信息則需要通過(guò)光纖結(jié)合以太網(wǎng)和IEC61850-9-2實(shí)現(xiàn)。

3.6 合理設(shè)計(jì)端子排圖

數(shù)字化變電站電氣二次設(shè)計(jì)端子排圖時(shí)，可取消一次和二次間端子排列設(shè)計(jì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)控制回路，這不僅能減少工作量，簡(jiǎn)化二次回路設(shè)計(jì)，還能減少保護(hù)壓板、按鈕和把手的數(shù)量，降低安全事故發(fā)生的概率。除此之外，端子排圖的合理設(shè)計(jì)可以徹底解決光纖老化問(wèn)題，從而使變電站系統(tǒng)更加穩(wěn)定、可靠，以實(shí)現(xiàn)變電站的數(shù)字化運(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展和日益成熟，電子設(shè)備不斷更新?lián)Q代，為我國(guó)數(shù)字化變電站的建設(shè)發(fā)展提供了契機(jī)。在數(shù)字化變電站中，科學(xué)地進(jìn)行電氣二次設(shè)計(jì)，合理地選擇電氣智能設(shè)備、通信規(guī)約、設(shè)計(jì)原理圖、組屏方案、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和端子排圖，可增強(qiáng)變電站的工作性能，提高電力資源質(zhì)量，確保電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]沈家新.如何開(kāi)展智能變電站的二次設(shè)計(jì)[J].通訊世界，2013（18）.

〔編輯：李玨〕