變電站電氣二次系統自動化設計分析

徐順貴

摘 要：通過分析自動化變電站的特點，探討了變電站電氣二次系統的自動化設計，以期為變電站二次系統的設計人員提供參考。

關鍵詞：變電站；電氣二次系統；自動化設計；主結線

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）21-0051-02

隨著電網規模的不斷擴大，電網的結構也越來越復雜。其中，電氣二次系統的設計和布置方案直接影響著整個變電站運行的可靠性和穩定性。通過自動化設計電氣二次系統，可使變電運行無人值班變為現實。

1 自動化變電站的特點

自動化變電站應用現代網絡技術重新組合了變電站的功能，實現了信息資源的共享和對變電站運行狀況的實時監控。自動化變電站有機融合了通信、控制和保護等功能，并按照功能的分類重組了設備機構，實現了自動化管理電力系統中的所有設備和統一管理所有的數據資料，從而有效控制了電力設備的投資，減少了電力系統的占地面積。

2 變電站電氣二次系統的自動化設計

2.1 電氣計算

為了確保電氣結線選型工作的順利進行，應詳細分析電氣主結線的可靠性定量指標，以此為變電站電氣二次系統的自動化設計提供有效的設計方案。電氣主接線是由可修復的元件組成的系統，通常包括2種狀態，一種是故障狀態，另一種是正常狀態。根據兩態馬爾柯夫過程，能得出相應的近似算式：

Fc=∑λij. （1）

式（1）中：Fc——主結線系統發生故障時，主變壓器發生停運的次數；

λij——有關結線元件出現的故障率，i=1，2，……n。

主結線故障時元件強迫停運時間Tjgi的計算公式為：

Tjgi=FcTcg. （2）

式（2）中：Tjgi——元件強迫停運時間；

Fc——主結線系統發生故障時，主變壓器發生停運的次數；

Tcg——故障元件的修復時間，h/次。

沒有設備電源時，自動投入裝置出現事故限電量ΔAkqi的計算公式為：

ΔAkqi=Sqin1Tkqi. （3）

式（3）中：ΔAkqi——沒有設備電源時，自動投入裝置出現事故的限電量；

Sqi——主變的負載率，%；

n1——同時出現故障停運的主變臺數；

Tkqi——主變事故強迫停運的時間，h。

在選擇主結線時，只有根據上述可靠性定量指標，并按照上述公式計算后，才能確定合理、正確的主結線。

2.2 電氣信息采集

變電站的電氣二次系統需要配置1套電氣信息采集裝置，并提供當地監控系統的結構，以實時監控變電站內的所有電氣設備，完成對站內電氣信息資源的高精度采集，處理所有的數據資源，并按照指定密度安全、可靠地儲存帶時標的電氣數據，最終按照指定的內容、時間向主站發送信息。

2.3 繼電保護和安全自動裝置

主變壓器的微機保護布置于繼電保護室，其中，主保護為主變本體非電量保護和1套采用二次諧波制動原理的微機型縱差保護；后備保護為零序過流保護和復合電壓過流保護。通常狀況下，主保護和后備保護設置在同一個機箱中，以實現保護動作可同時跳開變壓器各側的斷路器。

2.4 站內監控系統

變電站電氣二次系統的監控系統通常采用分層、分布式的結構，根據監控對象以間隔為單位設計，監控系統的總控制單元采用雙機配置。站內監控系統采用雙網網絡將整個系統分為間隔層和站級層，并采用光纖或雙絞線通信介質。其中，間隔層適宜采用總線型網絡，根據間隔配置，主變測控和保護各自獨立，置于主控制室，其他設備可通過智能型設備或通信口接入監控系統，并置于高壓開關柜中；站級層通常采用總線型結構，包括打印機、遠程控制終端、當地監控等設備。

2.5 直流系統

變電站電氣二次系統自動化設計通常設置有1整套直流系統，該系統能為變電站自動化控制系統在照明、通信、斷路器、數據采集、信號接收和控制等工作中提供直流用電。因此，變電站直流系統的斷路器合閘通常采用電動彈簧。通常狀況下，變電站內不會出現較大的沖擊電流，在考慮電流的余量時，僅僅需要滿足站內出現事故后2 h的用電量即可，例如，將蓄電池的容量設計為300 Ah就能夠滿足變電站故障用電的需求。以某變電站電氣二次系統自動化設計中的直流系統為例，其容量為300 Ah，母線配置4個20 A/DC100 V的模塊，高頻開關電流模塊熱備份模式為N+1.

2.6 自備投系統

變電站電氣二次系統的自備投可以分為2種形式：①雙進線單母線供電方式。雙進線指一條母線正常工作，另一條備用，也稱為明備用線方式。②通過母聯分段供電。在分段開關斷開的情況下，采用工作電源供電，如果其中一個供電電源發生故障，另一個供電電源會自動啟動，為系統提供電源。這種供電方式也稱為暗備用方式。變電站電氣二次系統中自備投系統的自備投方式是極為重要的，應根據變電站的實際運行狀況，綜合考慮各種因素設置該方式，從而保證變電站正常運行。

2.7 消防應急系統

因變電站電氣二次系統具有特殊性，導致其存在一定的火災安全隱患。因此，變電站電氣二次系統的自動化設計應根據相關規范和變電站的實際狀況，配置1套完整的火災、消防應急系統。當發生火災時，站內監控系統的智能圖像監控系統可將信號發送至遠方調度端，并自動觸發消防報警裝置，這樣能有效保證遠方操作的可靠性，更好地實現變電站的自動化運行。

3 結束語

綜上所述，在變電站電氣二次系統的自動化設計中，不僅要考慮電氣計算、電氣信息采集、繼電保護和安全自動裝置、站內監控系統、直流系統、自備投系統和消防應急系統等，還套考慮其他方面的因素，例如測量儀器的安裝方法和位置、電纜的走線方式、繼電器的布置等問題。采用綜合自動化控制系統保護、測量和監控電氣二次系統，可實現對電氣二次系統的改造和優化，進而增強整個系統的可靠性和安全性。

參考文獻

[1]吳斯雅.變電站電氣二次設計的探討[J].民營科技，2012（06）；43.

[2]黃塘保.變電站電氣二次系統設計研究[J].湖南農機，2012（07）；257-258.

〔編輯：張思楠〕

Secondary Electrical Substation Automation System Design and Analysis

Xu Shungui

Abstract： By analyzing the characteristics of automated substations， electrical substation automation design explores the secondary system to the secondary system of the substation designers to provide a reference.

Key words： substation； secondary electrical systems； automated design； main connection