探究智能化變電站中電氣二次設(shè)計的要點

閆自強

摘 要：作為以智能化技術(shù)為核心的變電站，智能化變電站離不開智能化一次設(shè)備和二次設(shè)備的支持，由此實現(xiàn)的可視化操作體系、更加流暢的二次設(shè)備運行、數(shù)據(jù)傳輸速度的提升，則能夠較好保證設(shè)備操控的準確性。為更好發(fā)揮智能化變電站性能優(yōu)勢，正是本文圍繞智能化變電站中電氣二次設(shè)計要點開展具體研究的原因所在。

關(guān)鍵詞：智能化變電站; 電氣二次設(shè)計; 監(jiān)控系統(tǒng)

1 智能化變電站電氣二次設(shè)計要點

1.1 智能化設(shè)備整合

智能化設(shè)備整合屬于智能化變電站電氣二次設(shè)計的要點之一，設(shè)計師在這一環(huán)節(jié)的智能開關(guān)選擇過程中，需基于傳統(tǒng)方案針對性選用數(shù)字化模式的電氣二次設(shè)備接口，以此滿足連接智能終端機的需要。一般設(shè)計可加裝電子互感器（有源或無源）于數(shù)字化接口處，電路和電源間匹配的形成可得到有源性互感器的支持，電源穩(wěn)定性可得到較好保障，無源性互感器的應(yīng)用則需要考慮成本問題。

1.2 直流通信電源整合

蓄電池屬于智能化變電站電氣二次設(shè)備電源的重要組成，一般情況下其需要以2h獨立發(fā)電為標準，必要時還需要滿足4h獨立通信需要（地理位置偏遠）。分段式開關(guān)設(shè)計在智能化變電站電氣二次設(shè)備設(shè)計中較為常見，即整合直流電源設(shè)計方案，這一設(shè)計無需刪除已有直流供電線路，僅需要基于線路針對性設(shè)計直流母線并改變蓄電池容量，單獨的通信線路蓄電池設(shè)計可由此省略，設(shè)備所占場地面積自然可得到有效控制，設(shè)備的安全性也能夠通過蓄電池的使用數(shù)量降低而得到更好保障?；谛袠I(yè)標準，蓄電池整合后的容量設(shè)計需得到重點關(guān)注，一般情況下智能化變電站電氣二次設(shè)備蓄電池負荷系數(shù)應(yīng)在0.8以上。

1.3 通信規(guī)約選擇

智能化變電站電氣二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)主要由過程層與站控層兩個層次組成，雙方在通信規(guī)約層面存在顯著差異。103屬于站控層網(wǎng)絡(luò)的主要通信規(guī)約選擇，配合傳統(tǒng)架構(gòu)，這一設(shè)計在成本層面具備顯著優(yōu)勢，但在操作的互助性層面會出現(xiàn)一定不足。過程層選擇的通信規(guī)約多以IEC61850為基礎(chǔ)，由此可通過較高的成本投入針對性建設(shè)電氣二次設(shè)備控制平臺，平臺在使用效果、可靠性層面均具備顯著優(yōu)勢，可適應(yīng)過程層次網(wǎng)絡(luò)較為復(fù)雜的接收信號特點。

1.4 監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

高效的智能化電源監(jiān)控設(shè)備同樣屬于電氣二次設(shè)備設(shè)計需關(guān)注的重點，以此整合各子電源監(jiān)控系統(tǒng)，即可保證智能化變電站形成一體化的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，電氣二次設(shè)備監(jiān)視也能夠由此更為順利開展。一體化集中式電源監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)廣泛應(yīng)用于智能化變電站中，這一合計以總線連接模式為基礎(chǔ)，將監(jiān)控設(shè)備與智能監(jiān)控模塊直接連接，設(shè)備使用成本可由此大幅降低，且設(shè)計具備較高的監(jiān)控設(shè)備處理能力?；诜植际皆O(shè)計理念的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)計也較為常見，該設(shè)計的各監(jiān)控設(shè)備總控制由智能化網(wǎng)絡(luò)端口負責(zé)，基于電源監(jiān)控模塊的針對性設(shè)計屬于其中關(guān)鍵，這由于該設(shè)計需要數(shù)量較大的電氣二次設(shè)備，投資和維護成本往往較高。

2 實例分析

2.1 變電站概況

為提升研究的實踐價值，本文以某峰山110kV的智能化變電站二次系統(tǒng)設(shè)計作為研究對象。變電站規(guī)模為100MVA，采用1臺三相三繞組變壓器。110kV出線1回，35kV進線最終規(guī)模為4回，場用電10kV進線為1回。最終無功補償采用SVG以及集合式電容器組，容量為3×4800+3×3600kV。在智能化變電站的-次設(shè)備智能化二次系統(tǒng)設(shè)計過程中，設(shè)計主要圍繞電子式電流互感器二次系統(tǒng)設(shè)計、母線電子式電壓互感器二次系統(tǒng)設(shè)計、隔離斷路器在線監(jiān)測二次系統(tǒng)設(shè)計、線路抽取電子式電壓互感器二次系統(tǒng)設(shè)計展開，線路共擁有110kV隔離斷路器1臺，在線監(jiān)測裝置1套，智能化變電站采用的三層兩網(wǎng)組網(wǎng)形式。

2.2 二次監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

110kV智能化變電站二次監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計主要圍繞四部分展開，包括站控層、間隔層、過程層、三層一網(wǎng)交換機，具體設(shè)計如下：（1）站控層設(shè)計。站控層由綜合應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機、監(jiān)控主機組成，采用兀余配置的監(jiān)控主機及操作員站設(shè)計，以及雙重化設(shè)置的Ⅰ區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機、一套Ⅱ區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機、一套Ⅲ/Ⅳ區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機、1套綜合應(yīng)用服務(wù)器，圖形網(wǎng)關(guān)機、視頻安防、設(shè)備在線數(shù)據(jù)監(jiān)測等功能均可由此實現(xiàn)。（2）間隔層設(shè)計。間隔層由網(wǎng)絡(luò)記錄分析、故障錄波、測控、保護裝置等具有單獨運行功能的二次設(shè)備組成，為滿足“三層一網(wǎng)”設(shè)計要求，選擇保護測控計量一體化裝置用于主變保護、分段保護、線路保護設(shè)計，采用“網(wǎng)采網(wǎng)跳”模式用于站內(nèi)計量、測量、保護。以主變壓器保護為例，每臺主變配置2套測控計量一體化、變主后保護一體化裝置，采用雙重化配置，“網(wǎng)采網(wǎng)跳”模式用于主變各側(cè)的保護操作，網(wǎng)絡(luò)跳閘方式用于閉鎖備自投、保護跳分段等功能。過程層負責(zé)集成本體智能終端功能，以此滿足主變非電量保護需要，該裝置需在主變本體智能控制柜內(nèi)就地安裝。（3）過程層設(shè)計。設(shè)計采用二次設(shè)備集成化方案，采用一體化的合并單元和智能終端裝置。具體設(shè)計中每臺主變?nèi)齻?cè)采用雙重化配置的智能終端合并單元一體化裝置，110kV線路、分段采用單套配置。（4）三層一網(wǎng)交換機設(shè)計?；凇叭龑右痪W(wǎng)”形式與單網(wǎng)星型變電站結(jié)構(gòu)，需針對性進行過程層、間隔層、站控層的三類設(shè)備光口設(shè)置，這一環(huán)節(jié)需重點關(guān)注數(shù)據(jù)信息量。以站控層交換機為例，考慮到大量傳輸MMS信息的需要，基于經(jīng)濟原則，站控層設(shè)計采用1臺Ⅰ區(qū)光口交換機、1臺Ⅱ區(qū)光口/電口交換機、1臺Ⅰ區(qū)電口交換機，以此滿足過程層信息接收需要，其中多數(shù)采用百兆光口，部分采用千兆光口。

2.3 二次系統(tǒng)站域保護設(shè)計

為保證二次系統(tǒng)站域保護需要，設(shè)計采用1套站域保護裝置，該裝置兼顧繼電保護原則、保護運行規(guī)程、裝置可靠性，通過集成10kV、35kV側(cè)低頻低壓減載、母線快速保護等實時性要求不高功能，即可更好滿足二次系統(tǒng)站域保護需要。采用“三層一網(wǎng)”網(wǎng)采網(wǎng)跳形式用于站域保護裝置過程層的網(wǎng)絡(luò)采樣和跳閘，且設(shè)計不設(shè)置備自投功能，這是由于110分段保護兼容該功能。

2.4 蓄電池直流計算

按全站最終規(guī)模進行二次系統(tǒng)模塊化蓄電池直流計算，即可更為準確性的確定模塊化蓄電池配置數(shù)量，智能化變電站電氣二次設(shè)計的進一步推進也能夠獲得依據(jù)。計算需基于直流負荷計算容量、隨機或沖擊負荷、組件數(shù)量、模塊化組件輸出最大功率、“N=2”原則、80%以下的組件工作負荷等數(shù)據(jù)和原則展開，并統(tǒng)計全站直流負荷，由此可確定某地110kV智能化變電站的實際容量為7527W，初步計算可得出約21個組件的結(jié)果，且220kV組件輸出最大功率為450W，基于組件安全余量與“N=2”形式，最終可確定配置23個組件最為合適，因此設(shè)計最終采用“閥控式密封鉛酸蓄電池23塊”+“23×DC220V充電模塊”設(shè)計，電池容量為200Ah、12V，可滿足2h事故放電要求（全站交流全停），結(jié)合IEC61850規(guī)約，智能化變電站的安全穩(wěn)定運行即可得到更好保障。

結(jié)論

綜上所述，智能化變電站中電氣二次設(shè)計需關(guān)注多方面因素影響。在此基礎(chǔ)上，本文涉及的智能化設(shè)備整合、直流通信電源整合、通信規(guī)約選擇、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、二次監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計、二次系統(tǒng)站域保護設(shè)計、蓄電池直流計算等內(nèi)容，則提供了實踐性較高的設(shè)計路徑。為更好推進我國智能電網(wǎng)發(fā)展，簡約化設(shè)計理念的引入、二次設(shè)備的集成化程度提升同樣需要得到重視。

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