探析数字化变电站电气二次设计的特点

探析数字化变电站电气二次设计的特点

陈琳

（广东电网有限责任公司惠州供电局）

摘要：随着近年来科技的不断发展，数字化得到了业界人士的广泛重视，变电站也向着数字化的方向发展。数字化变电站指在变电站的信息收集、传输、处理、输出过程中，运用数字化设备和技术，使这些过程全部实现数字化运行。针对主线路一次设备进行参数的测量设计、检测设计和控制电路的设计就是电气二次设计。电气二次设计在数字化变电站监控系统中起着十分重要作用。在数字化变电站的设计过程中，要对各方面注意事项进行关注，这样就可确保变电站系统智能化、数字化，从而有效提高电力提供能源的效率。

关键词：数字化变电站；电气二次设计

近年来，计算机网络技术已经广泛应用于在我国的电力系统，实现了电力信息数字化，更重要的是数字化变电站的建设，做到了站内电气设备间可以信息共享、相互操作。在建设数字化变电站时，具有重要作用的是电气二次设计，直接影响着变电站运行的安全可靠性。因此，需要注意各方面的事项，科学、合理地进行电气二次设计。

一、数字化变电站

数字化变电站指的是在信息收集、信息处理、信息传输和信息输出的过程中，变电站实现数字化运行，即完全使用数字化技术和设备。与传统变电站相比，数字化变电站具有通信网络化、设备智能化、运行管理自动化、模型与通信协议统一化等特点。在数字化变电站建设中，核心是智能化的一次设备和二次设备，而且这些设备都必须具有特殊功能的通信接口，便于设备之间相互交换各种信息，例如控制命令、状态和参数等。除此之外，智能化设备可以随时、快速检测自身的健康状态，本身应具有高性能的自我检测能力，并传输给自动化处理系统相关数据，经系统处理后，自动判断设备是否需要立即检修。总之，电网建设技术上的新突破是数字化变电站的建设，尤其是现代化先进设备的应用，例如电子设备、传感器等，使变电站更具了现代化的色彩。这在提高信息交换速率的同时还可准确、高效地检测和判断设备的健康状态。

二、电气二次设计

电气二次设计主要是指针对主线路的一次设备，进行一次设备参数的测量设计、检测设计以及控制电路的设计。电气二次设计的主要对象有：工业电视系统、直流电源系统、变电站计算机监控系统、元件继电保护、自动化工程安全监测系统等。在电气二次设计过程中，经常会遇见电气安全、继电保护、光纤纵差保护、压变和流变的级次选择配置等问题。

①电气安全问题

在电气二次设计中，为保证电力的安全生产，不仅要保证设计的专业化，更要防止重大生产事故的发生。这就需要加入安全防误装置。在电气二次设计时，安全防误装置需要同电力系统同步设计、施工、投入运行。

②继电保护问题

元件继电保护和系统继电保护是继电保护的主要内容。元件继电保护主要是指对变压器的继电保护，发电机保护、厂用变压器保护以及发电机变压器组保护等是其主要内容。系统继电保护主要是反应系统中无法正常运行的元件，并从系统中把这些出现故障的元件切除。在继电保护运作过程中常出现保护装置拒动的问题，能够避免这一问题的方法是继电保护的双重化配置。继电保护双重化配置要求安装保护装置时，应切断所有相关电源；每一套保护装置运行时，都应有自己独立的交流电压和电流回路；任何一套保护装置停止运行时，都不应影响另一座保护装置的运行，保护配合装置与断路器的相关回路也要独立运行。

③光纤纵差保护问题

光纤纵差保护是差动保护的一种，指在两侧电气量转换为数字信号后，通过光纤进行双侧通讯，从而比较两侧的电气量。光纤差动保护的防电防雷的能力较强，可以传输较大的信息量、中继距离长。与一般的差动保护相比，光纤纵差保护不会对二次回路的负载造成太大影响，其差流回路线缆也可以很长。但是，在设计之初由于通信系统与继电保护系统的连接就存在盲区，继电保护和通信没有形成一个整体的平面来形成低阻抗二次系统，这使得光纤纵差保护通道在告警时需要很长时间进行自愈环切换。要解决这一问题，在设计时，就要铺设接地铜排在通信机房与继电保护室之间，同时在通信机房的光电转换部件与屏蔽双绞线之间应采用外屏蔽层两端接地，内屏蔽层一端接地。

④压变和流变的级次选择配置问题

电压互感器和电流互感器主要是为继电的仪表、测量、保护提供一次电流电压的信息。与继电的仪表、测量、保护相关联的是电压互感器和电流互感器的二次参数。数字化综合技术发展的同时测量仪表发生了变化，这就导致互感器的二次参数不精确。要想解决这一问题，就要尽快推行光电互感器。光电互感器与计算机系统、光纤通信技术相结合组成的光纤局域网，能够简化二次保护装置、简化二次测量装置，并提高参数的准确性，条件是光电互感器与电子式仪器仪表、计算机测量、保护装置的接口标准化、合理化。

三、数字化变电站电气二次设计的主要内容

1、网络结构图

35kV~500kV之间的各种电压等级开关站或者变电站的数字化变电站系统，都是按照IEC61850标准执行设计的，数字化变电站系统分为间隔层、过程层、站控层。IEC61850-8-1标准通信在站控层和间隔层之间使用，站控层与间隔层之间通过以太网连接，间隔层设备以GOOSE协议进行信息的交换，以达到间隔单元的防误闭锁的功能。过程层设备通过以太网，利用光纤，依照IEC61850-9-2标准，将互感信息传送至测控设备间隔保护层。智能操作箱传送开关信息并接收间隔层设备的控制命令是以间隔层设备和GOOSE标准来实现的，智能开关通过GOOSE网络通信直接和间隔层设备进行通信。数字化变电站中IED设备也有非IEC61850标准，需要通过转换设备接入到自动化系统，数字化变电站统一的通信标准是IEC61850标准，让变电站的信息变得开放和易于操作。

2、原理图

测控装置、保护装置、智能装置是数字化变电站中的电气二次设计装置。数字化变电站中采用了电子式互感器，变电站输出信息的采样值量化后，通过光纤传送给各个二次设备。二次设备间没有电气联系使得系统的可靠性提高，检修和运行很方便，减少了一些支架设备，降低了电气二次设计的成本。一次设备的开关量经过数字化后通过光纤传给二次设备，二次设备又将开关输出量利用光纤传送至智能终端，二次设备中取消了A/D变换、采样保持、多路转换开关等过程，使得设备的可靠性得到提高。这个过程使得开关量信息的传输、采集、输出得到数字化。

3、组屏方案

数字化变电站的组屏方案跟常规的组屏方案两者存在极大的不同。就数字化变电站而言，数字化变电站的组屏方案简单易懂，而且功能齐全，不同等级的电压一体化装置将单独的组屏合并，分别组屏，放在主控室内的设备有变电站层的监控主机和远动主机以及工程师站等，而IEC61850智能设备需要单独组屏与设置通信管理机，并将非IEC61850设备进行一定的转换来实现对时的统一。

4、端子排图

为了简化设计工作，从而使得系统的可靠性得到提高。可以简化二次设计，将一次和二次之间的端子排列设计取消，优化多余的控制回路，减少不必要的设备，降低“三误”事故发生率。我国第一个数字化变电站采用了中国华电集团公司国电南自提供的数字化产品，PSET600系列500kV电子互感器、PSL603U光纤差动保护、PSIU600系列智能单元、PSL602U光纤距离保护、SGB750母差保护、PSL632U断路器保护、DRL600故障录波器及PSR662U测控装置等。500kV数字化变电站试点工程—南方电网超高压输电公司柳州局桂林变电站，就是一个数字化变电站，在电气二次设计中，充分证明了华电集团国电南自在数字化变电站技术上的领先地位。使得桂林变电站具备了数字化变电站“一次设备智能化、二次设备网络化，符合IEC61850标准”的三个重要特征，实现了全数字化的目标，电站主控级实现了对电站的控制调节仿真，远方视频终端仿真就是一个很好的例子。

5、结束语

综上所述，对于变电站中二次电气系统的设计问题，要不仅仅限于本文以上的分析，电力事关国计民生，地位十分重要，运行也非常复杂，因此对于二次电气的设计要综合考虑许多细节，提高了电力系统运行的可靠性和安全性，因此，在接下来的工作中相关单位要大力提高对变电站中二次电气系统设计的重视。

参考文献：

[1]沈家新.如何开展智能变电站的二次设计［J］.通讯世界，2013（18）.

[2]石秀美.浅谈数字化变电站中的电气二次设计[J].民营科技，2011，7：10

[3]赵丽君，席向东.数字化变电站技术应用[J].电力自动化设备，2008，28：118-121

[4]陈淑芝，赵双石.数字化变电站中的电气二次设计[J].高科技与产业化，2010，12：84-85

[5]石秀美.关于电气二次设计常见问题的研究[J].中国科技财富，2011，8：110