淺析數字化變電站電氣二次設計

朱才桂

杭州國瑞電力科技有限公司

淺析數字化變電站電氣二次設計

朱才桂

杭州國瑞電力科技有限公司

數字化變電站的電氣系統，主要由一次設備與二次設備所構成。其中，二次設備是對一次設備進行監測、控制、調節與保護的設備，它不僅是變電站電氣系統中不可或缺的重要組成部分，也是確保整個變電站安全、經濟運行的基礎。本文結合工作實際，著重就數字化變電站的電氣二次設計目標及要點進行了分析與探討。

數字化；變電站；電氣二次設計

電氣二次設計，是數字化變電站安全、經濟運行的重要基礎，它不僅是在技術、設備、理念上的全方位創新工作，也是一項復雜的系統工程，不僅需要涉及到多學科理論與多領域技術，還必須采用全新的設計思路與方法，以全面提升變電站的綜合自動化水平，并能更好的適應新時期電力供應優質、高效的發展需要。

一、數字化變電站的電氣技術特點

數字化變電站不僅是堅強智能電網建設的重要樞紐，而且能為智能電網提供標準、可靠的節點（一、二次設備）支持。其站內電氣設備普遍具有系統集成化、結構緊湊化、設備先進化、調控一體化等多項技術特征：

（一）系統高度集成

數字化變電站在設備上包括一、二次設備、建筑物及它們之間的集成；在系統上包括了對保護、測控、計量、功角測量等二次系統一體化集成和故障錄波、輔助控制等系統的融合；在功能上包括了變電站與調控、檢修中心功能的無縫銜接。

（二）結構布局合理

數字化變電站對內主要包括了一、二次設備整體集成優化、通信網絡優化，以及建筑物平面設計優化；對外包括主接線優化，靈活配置運行方式適應變電站功能定位的轉化和電源、用戶接入。

（三）裝備先進適用

數字化變電站采用了一體化的二次設備，其具有技術指標先進、性能穩定可靠的特點；在系統上通過功能配置、系統調試，確保了各設備運行控制的靈活高效，調控有力；在通信系統非常安全可靠，能保障信息傳輸的準確無誤。

（四）支撐調控一體

數字化變電站不僅能優化信息資源，增加信息維度，精簡信息總量，而且能支持與多級調控中心的信息傳輸，支撐告警直傳與遠程瀏覽，從而為主站系統實現監視控制、信息查詢以及遠程瀏覽等功能所服務。

二、數字化變電站電氣二次設計方案

（一）電氣二次設計的目標

數字化變電站電氣二次設計目標，即是在IEC61850通信規約的基礎上，利用全微機化、智能化的二次新型設備，以實現所有設備的“遙測”、“遙控”、“遙信”以及“遙調”功能，并通過光纖電纜通信，以實現“一主多備”的環網運行方式的通信網絡，替代傳統信號電纜的繁瑣連接。綜合而言，數字化變電站的電氣二次設計，應具有設計簡潔、維護方便、占地面積小、變電運行更加安全可靠的特點，以實現變電站無人值班的水平。

（二）電氣二次設計的要點

數字化變電站電氣二次設計的總體框架，主要包括了智能設備選擇、通信規約選擇、網絡結構設計這三個部分，如下圖1所示。

圖1 變電站電氣二次設計的總體框架

1、智能設備的選擇

變電站二次設備的智能化，是數字化變電站的重要特征，也是數字化變電站區別于常規變電站的主要標志之一。因此，在變電站電氣二次設計時，尤其應做好智能設備的選擇，盡量選用性能優良、維護量小、可靠性高、自動化程度高的二次設備，以保障變電站電力運行的安全與可靠。

目前，變電站電氣二次設計中智能設備選擇的要點，主要包括了對智能高壓開關設備以及電子式互感器的選擇。其中，智能高壓開關設備應選擇具有較高性能的開關設備和控制設備，并應配備有電子設備、傳感器和執行器，以實現良好的監測與診斷功能；而電子式互感器作為能將一次系統電壓／電流信號按比例轉換成二次信號的一種裝置，它能有效克服傳統電磁式互感器的缺點，目前常見的電子式互感器主要包括了有源與無源兩類，適用于變電站電氣二次設計的主要是有源電子式互感器。

2、通信規約的選擇

在常規變電站中，二次設備使用的通信規約并不統一，由于不同設備廠家使用不同的通信規約，導致各設備在聯調過程中需進行不同程度的規約轉換，這都加大了設備調試的復雜性，增加了設備運行維護的難度與成本。

為滿足技術的發展需要，目前我國數字化變電站普遍采用了新一代的通信規約（IEC61850），它具有互操作性、開放性、分層體系等多項優點，從而滿足變電站電氣一、二次設備間的信息共享與互操作的要求。同時，IEC61850按照變電站自動化系統所要完成的監視、控制和繼電保護三大功能，提出了信息分層的概念，從邏輯上、物理概念上，將變電站的通信體系分為三層：過程層、間隔層、站控層，并且定義了層與層之間的通信接口。

因此，盡管傳統的103規約現今仍然被廣泛應用，但是IEC61850標準以其不可取代的優勢，更加適宜用于數字化變電站的電氣二次設計當中。

3、網絡結構設計

在IEC61850通信規約的基礎上，數字化變電站是由智能化的一次設備與二次設備分層（過程層、間隔層、站控層）構建而成，從而實現站內電氣設備間的信息共享與互操作性。因此，二次設備的分層網絡結構設計，也是變電站電氣二次設計的重點。

目前，變電站二次設備的間隔層網絡設計方案，主要采用的是點對點技術；站控層網絡設計方案，則主要采用的是星型以太網。通過二次設備的網絡結構設計，以實現變電站信息的數字化采集與網絡化信息交互，并具有全站信息數字化、平臺網絡化、信息共享標準化、高級應用互動化這四個重要特征。

總結

構建堅強智能電網，已成為了保障我國能源安全以及承載社會經濟迅速發展的關鍵因素。而數字化變電站，則是當前銜接智能電網發電、輸電、配電、變電等各環節的重要樞紐，也是實現能源轉化與電力控制的核心平臺。本文從著重就數字化變電站的電氣二次設計目標、設計要點進行了分析與探討，以此希望對我國電力系統的發展能有所參考與借鑒。

[1]楊占學.淺談變電站綜合自動化系統發展與功能[J].科學與財富，2012(4).

[2]秦立軍，馬其燕.智能配電網及其關鍵技術[M].北京：中國電力出版社，2010.

[3]丁書文.變電站綜合自動化原理及應用[M].北京：中國電力出版社，2010.