智能變電站電氣二次設計常見問題及對策分析

王培秀

（南京南瑞繼保電氣有限公司）

0 引言

隨著我國科技的不斷進步與創新，我國電網領域的工程設計與建設越來越走向智能化。智能變電站作為智能電網中的核心組成部分，其生產安全關乎到整個電網的運行穩定性［1］。而智能變電站的電氣二次設計，乃是整個智能變電站設計中十分重要的組成部分。在實際電氣二次設計的環節中需要涉及大量的理論知識，僅僅只通過傳統的設計理念和手段已無法滿足智能變電站智能化發展的要求。然而，受到經濟發展和技術經驗等因素的影響，我國智能變電站的電氣二次設計環節中仍存在諸多問題。因此，需要結合智能變電站的具體運行要求，切實優化變電站內部的設計方案。

與普通變電站相比，智能變電站具有明顯的信息數字化特征。智能變電站是采用先進、可靠、集成、低碳、環保的智能設備，以全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監測等基本功能，并可根據需要支持電網實時自動控制、智能調節、在線分析決策、協同互動等高級功能的變電站［2］。

此外，智能變電站還具備有通信平臺網絡化的特點。通過完善的網絡通訊體系，選擇適合的網絡拓撲結構和冗余技術，實現全站內的信息網絡傳輸和通訊，能夠增強系統的可靠性和穩定性［3］。同時，利用光纜替代傳統電纜結構，減少連接線數量，能夠提高系統運行的可靠性，保證數據傳輸的穩定和準確性。

1 智能變電站電氣二次設計意義

電氣二次設計是智能變電站建設過程中關鍵的環節，直接影響著變電站的運行效率、安全性和可靠性。電氣二次設計主要針對的就是變電站建設最后的施工部分，因此在這一環節工作效率會直接影響到變電站運行質量［4］。在智能變電站的電氣二次設計中，各種電力設備的布置、接線連接、通信協議的配置以及數據交換與處理等方面都扮演著至關重要的角色。隨著設備的優化升級，電氣二次設計也需要持續改進優化。通過計算機對施工數據進行詳細分析，可以提升數據計算的精準度，確保設備始終處于安全高效運行狀態。

智能變電站的電氣二次設計質量直接影響變電站的運行效果。電氣設備的安裝和線路鋪設等環節在建設智能變電站過程中是至關重要的。同時，電氣設備的功能發揮效果對智能變電站的整體運行效果也起著決定性的作用。

2 智能變電站電氣二次設計常見問題

智能變電站的電氣二次設計在整個設計過程中扮演著重要的角色，因此設計人員需要特別關注該環節。然而，目前的二次設計仍存在一些問題，如果不對這些問題進行分析和解決，智能變電站的設計工作將無法順利進行。

2.1 通信協議選擇的不足

在過去的智能變電站中，電氣二次設計涉及到通信協議和通信架構這兩種不同的概念。該協議采用傳統的設計形式。但通信協議存在一些不足之處，特別是在系統運行時，其缺點更加明顯。盡管103通信協議適用于成本較低的變電站系統，但其完善性有待提高。此外，還有其他選擇，如IEC61850協議，其在實現方面具有明顯的優勢，但想要實施該協議則需投入大量的人力資源。其次，進程層網絡協議更加適合于第二層網絡協議，因為后者采用的FT3幀格式，具有許多優點，如易于實現且具有固定的傳輸時延。此外，IEC60044-8是另一種通信協議形式，它著重于對象的設計，使智能變電站更加完善。然而，這種協議的缺點包括無法固定的傳輸時延、不夠穩定以及高成本等問題，從而在實際應用中受到一定限制。

2.2 變電站傳感器容易損壞

在智能變電站的電氣二次設計中，傳感器的損壞是一個常見的問題。傳感器在變電站中起著監測和測量電力系統參數的重要作用，但容易受到損壞的影響。

首先，環境因素是一個重要因素。變電站通常處于惡劣的環境條件下，如高溫、潮濕、塵埃等。這些環境因素會對傳感器的正常運行造成不利影響。為了應對這個問題，可以選擇符合環境要求的高質量傳感器，并采取適當的防護措施，如密封、防塵罩等。

其次，過電壓和過電流也可能導致傳感器損壞。在變電站中，突發的過電壓和過電流可能對傳感器造成不可逆的損壞。為了解決這個問題，可以采取過電壓保護裝置和過電流保護裝置等措施，以保護傳感器免受過載和電壓沖擊。

最后，設備老化也是一個問題。隨著時間的推移，傳感器可能會因為老化而失去性能。定期的設備檢查和維護可以及時發現老化問題，并及時更換傳感器，以確保系統的可靠性。

2.3 二次系統模型的運行維修問題

智能變電站的電氣二次系統在建模階段和模型運行后期都具有復雜的內部結構。在沒有制定可行的設計方案的情況下，可能導致模型的準確性受到影響，從而使維修工作難以順利進行。

在智能變電站電氣二次系統建模時期，需要充分考慮系統的復雜性和實際運行需求，確保模型的準確性和可操作性。此外，建模過程中需要與各個供應商和設備制造商密切合作，以確保設備的參數和接口規范的一致性，從而避免后續運行和維修中出現不匹配的問題。

在模型運行后期，由于智能變電站的二次系統模型的復雜性，需要制定可行的設計方案和運行維修流程，以應對可能出現的故障和問題。這包括建立完善的運行維修流程、提供專業培訓和支持、定期檢查和維護模型等措施。同時，加強數據管理和維護工作，確保模型中的數據準確更新，為運行維修工作提供可靠的數據支持。

2.4 電氣二次設計管控力度不足

電氣二次設計管控力度不足是智能變電站電氣二次設計中常見的問題之一。這意味著在設計過程中，對電氣二次系統的管控和監督不夠嚴格，導致設計方案的質量和可靠性受到影響。

其中的主要原因可能是對電氣二次設計的重要性認識不足或對相關規范和標準的理解不深。這導致在設計過程中沒有充分考慮電氣二次系統的安全性、可靠性和可操作性方面的要求，缺乏詳細的設計方案和控制措施。

3 智能變電站電氣二次設計解決對策

3.1 通信協議選擇的不足解決對策

首先，評估變電站的需求和特點，確保所選通信協議能夠滿足系統的功能要求和性能指標。其次，進行詳細的技術比較和評估，綜合考慮協議的特點、實施難度、成本和性能等方面的因素，選擇最適合的通信協議。此外，定制化和優化通信協議也是一種可行的方式，根據變電站的具體需求，對通信協議進行定制和改進，提高其穩定性、可靠性。另外，加強人員培訓和技術支持，提高工作人員對通信協議的理解和操作能力，確保協議的正確配置和維護。最后，密切關注通信協議的發展趨勢和技術創新，及時更新和升級協議，以適應變電站的發展和需求。

通過采取這些對策，可以有效解決智能變電站電氣二次設計中通信協議選擇的問題，提升系統的穩定性、可靠性和性能，確保變電站的正常運行和數據傳輸的順暢進行。

3.2 虛回路和虛端子的運用

在智能變電站的電氣二次設計中，采用虛端子（Floating Terminal）可以減少變電站傳感器易損壞的問題，通過對智能變電站電氣設備的及時監測，利用二次設備的優化可以節省相應的人工成本［5］。通過對智能變電站電氣系統的準確監測，可以保證智能變電站的運營安全性。因此，在對智能變電站電氣系統進行創新設計時，需要利用虛回路和虛端子對相關設備進行控制和監測，保證智能變電站電氣設備的使用壽命能夠得到有效的測量，避免智能變電站電氣數據丟失的現象。

常規變電站與智能變電站電氣二次回路關于虛端子的比較見下表：

表 常規變電站與智能變電站電氣二次回路比較

以下是確保虛端子的正確接線以及有效抑制地電流的干擾地方法：

在接線時，將虛端子與傳感器的測量端口或信號輸入端連接，這可以通過正確選擇接線點和連接方式來實現。確保連接牢固、穩定，并遵循相關的接線標準和規范。將虛端子連接到變電站系統中不產生地電流的位置，例如隔離變壓器的中性點或其他地電流環路較弱的位置。通過連接到這些地電流較小的位置，可以降低地電流對傳感器的干擾。

確保虛端子線路具有良好的絕緣性能，以防止虛端子線路與其他線路或地電流環路之間的電流互聯。使用高質量的絕緣電纜和絕緣接頭，并進行正確的安裝和絕緣測試，以確保虛端子線路與其他電路之間的電氣隔離。

有效地抑制地電流是降低傳感器損壞風險的重要措施。采取有效的措施來抑制變電站系統中的地電流，例如使用補償電流傳感器來衡量地電流的大小，安裝地電流抑制裝置，或者調整接地系統的設計和布置等。這些措施可以幫助降低地電流對傳感器的干擾，并減少損壞風險。

需要注意的是，虛端子技術可以降低傳感器損壞的風險，但并不能完全消除問題。因此，綜合考慮其他保護措施和工程設計方案是至關重要的，以確保變電站系統的可靠性和安全性。根據具體的變電站要求和情況，與專業人員進行詳細討論和評估，以制定適合的虛端子應用策略。

3.3 建立健全設計管控機制

為提高智能變電站電氣二次設計的管控力度，應確保設計方案的有效性，并建立嚴格的設計審查流程。通過多層次的設計評審和驗證，可以及早發現潛在問題并進行及時修正，確保設計方案符合要求，并能夠達到智能變電站的運行目標。

現代化的設計工具和技術的應用可以極大地提升電氣二次設計的效率和準確性。利用計算機輔助設計軟件、仿真工具和數據分析技術，可以對設計方案進行模擬和優化，識別潛在問題并提供更準確、可靠的設計方案。

最后，建立有效的監督和質量管理機制是確保電氣二次設計可靠性的關鍵。通過現場巡檢、質量把關和驗收程序等措施，可以對設計過程進行有效監控和管理，及時發現和解決問題，確保電氣二次設計的質量得到有效控制和管理。

3.4 加強人員的培養與制定計劃

智能變電站的二次設計在運行后期可能面臨各種問題和故障。這些問題可能源自于設計階段的不完善、設備老化、操作誤操作或其他因素，這些問題和故障對于工作人員來說是一個巨大的挑戰。

所以首先，應該重點加強人員培訓并提供技術支持，確保維修人員熟練掌握操作和維修二次系統模型的技能。此外，建立有效的知識管理和經驗分享機制，促進團隊之間的合作和交流，共同解決運行維修問題。通過不斷提升維修人員的專業水平和技術能力，能夠更加高效地處理模型故障和維護工作。

其次，建立完善的模型維護計劃。制定詳細的維護計劃，包括定期檢查、校準和更新二次系統模型。通過定期的維護工作，確保模型始終保持準確性和可靠性。同時，引入模型監測和故障診斷系統，實時監測模型運行數據，及時發現異常情況并采取相應的維修措施，以減少模型故障對智能變電站運行的影響。

最后，持續改進和優化模型設計。密切關注模型運行過程中出現的問題，并根據實際運行經驗進行相應的調整和改進，以提高模型的穩定性和可維護性。同時，借助現代化的設計工具和技術，進行模擬和優化，識別潛在問題，并提供更準確、可靠的設計方案。

通過增強人員培訓和技術支持、建立完善的模型維護計劃，以及持續改進和優化模型設計，可以有效解決智能變電站二次系統模型后期的運行維修問題。這些措施將有助于確保模型的穩定運行和可靠性維護，從而保障智能變電站的正常運行。

4 結束語

在當前科技快速發展的背景下，智能變電站工程建設變得至關重要。為了確保工程的整體運行效率，在設計過程中需要重視電氣二次設計問題。同時，建設單位應該高度重視電氣二次設計，并加強對工作人員的專業能力培養。這樣可以確保工作人員能夠運用專業的工程理念進行電氣二次設計，并在工作中解決潛在問題，進一步推動智能變電站的現代化發展。只有這樣，智能變電站才能為我國社會和經濟發展奠定堅實的基礎。通過加強專業培訓、優化設計結構、選擇適宜的通信協議以及加強設計審查流程等措施，我們可以有效應對智能變電站電氣二次設計中的常見問題，并推動其朝著科學、智能、綠色和節能的方向發展。