基于220kV变电站二次电气系统设计分析

基于220kV变电站二次电气系统设计分析

陈辰

身份证号：320106198808093225

摘要：变电站内的二次电气系统设计对于确保整个220kV变电站的稳定和安全运行至关重要。在电网系统中，变电站扮演着核心的角色，它不仅是电力传输的枢纽，也是监控和管理能源流的关键点。此外，变电站中的电气二次系统实质上是整站运作的神经中枢，它的设计合理性和可靠性直接关联到变电站乃至整个电力系统的安全与稳定性。因此，本文将对基于220kV变电站二次电气系统设计要点进行分析，以供相关单位参考。

关键词：220kV；变电站；二次电气系统；设计要点

一、基于220kV变电站二次电气系统

变电站的电气二次系统形成了一个复杂的网络架构，覆盖了变电站中范围广泛的电气设备以及它们相应的控制、调整、信号和测量环节。它还纳入了继电保护装置、安全自动化装置、准同期操作装置、直流操控电源等核心部件。这一系统确保变电站的正常运行，通过精确控制和监测，维护电网的稳定性和安全性。整个系统可以概括为几个关键部分：继电保护和安全自动装置占据了系统的核心地位，它们的主要职能是保障变电站的安全与稳定。一旦检测到系统异常，它们能迅速响应，发出警报或触发跳闸操作以防范事故[1]。控制回路对于管理变电站内各种设备的操作至关重要，主要包含控制多种类型的开关设备跳闸、合闸动作，并且继电保护下发跳闸指令后，其还会执行相应动作。

另外，在电气二次装置实际运行过程中，信号回路可被视为系统中的“中枢神经”，能够准确收集和传输一次设备的运行状态信息，为操作和维护人员提供准确的数据支持。调节回路也不可或缺，它不仅控制开关的跳合闸动作，还能调整某些变压器等主要设备的工作参数，以保证电站运行的高效和稳定。

二、基于220kV变电站二次电气系统设计要点

（一）电气计算设计

在电气主结线的设计阶段，核心任务之一便是对其可靠性数据进行深入分析。目的在于通过这一分析过程，为电气结线的选型提供初始依据。在此基础之上，可以为变电站电气系统的二次设计奠定基础，从而提出更具体、实用且高效的设计方案。通过这样的分析和选型步骤，设计师能够确保所提方案不仅在理论上可行，而且在实际操作中也能达到预期效果[2]。这样做有助于保障变电站的稳定性和安全性，确保电气系统在面对不同运行条件时展示出卓越的性能。总之，电气主结线的可靠性分析是二次设计中不可或缺的一环，它直接关联到最终设计方案的成败与否。

（二）二次设备选取

随着数字化变电站理念的兴起，配合设备智能化的发展趋势、通信网络的广泛应用以及模型与通信协议统一化的需求，二次设备的选择便自然而然地偏向了数字化保护技术的应用。特别是在某220kV数字化变电站项目中，一种新的方法被采纳以适应这一潮流，所有模拟量交流采样信号均通过光纤直连的方式传输，为确保数据传输的高效性和准确性提供了有力保障。于此同时，对于设备的开闭操作，采取了G(X)SE网络通信的方式来传递开关量的信息，进一步推进了数字化变电站的发展。在这种新兴的数字化变电站架构中，通过GOOSE和SV通信协议的组网应用，成功地实现了对开关二次设备的智能化操控。这种以GOOSE协议为核心的通信机制，不仅是数字化变电站走向全面智能化的关键工具，更是其技术进步的明显标志。它有效地沟通了人与设备、设备与设备之间的信息，确保了操作的精确性和时效性，极大地提升了变电站的操作效率及其整体的可靠性。

此种技术创新的背后，是对变电站管理与运维方式的深度思考和持续探索。数字化保护技术的应用不仅简化了变电站的日常运维任务，降低了人为失误的可能性，还实现了对变电站运行状态的实时监控与预警，为变电站的智能化管理提供了坚强的技术支撑。这一切都指向了一个共同的目标：通过高度集成和智能化的技术手段，优化变电站的运行和维护流程，提升其整体性能与安全水平。数字化变电站的这一系列技术革新，不仅体现了电力行业对新技术的敏锐嗅觉和迅速响应，更是推动了整个行业向更高效、更可靠、更节能的方向发展。

（三）通信规约设计

根据数字化变电站的设计构想，其通信网络主要分为站控层网络和过程层网络这两个核心部分，每个层级的网络都可以应用不同的通信协议。在这两个网络中，站控层网络主要采用IEC 61850和网络103协议，而过程层网络则使用IEC 61850与IEC 60044-8协议。通过比较分析发现，在站控层网络中，网络103协议虽然成本较低，但其互操作性较差，且实时性不是特别理想，难以满足数字化变电站通信的需求。与之相对，IEC 61850协议作为当前国际上统一采用的标准，虽然成本较高，但其强大的互操作性和良好的实时性，使其成为数字化变电站理想的通信平台[3]。

在面对220kV数字化变电站的建设与设计时，选定了依照IEC 61850标准的构架，旨在搭建一个整合且高速的通信网络，这一决策无疑为变电站的数字化转型奠定了基础。该标准的采纳，意味着在模拟量信号的传递过程中，变电站能够利用IEC 61850-9-1所规定的点对点通信方式，有效避免了信号在传输途中的延迟和干扰，确保了信号的质量和安全。值得注意的是，这种传输方式并未涉及到过程层的总线网络，显示出了其在技术选择上的灵活性和高效性。

开关量信息的快速传递方面，变电站通过采纳基于GOOSE服务的以太网技术，有效实现了开关量信息的即时通信。这种技术的应用，不仅提高了信息传递的速度，同时也增强了系统的可靠性和稳定性。与此同时，变电站在架构上做出了一项关键的改革——去除了间隔层的智能终端，而是采用交换机直接负责过程层内部设备间的信息交换和共享。这一举措极大地优化了网络结构，减少了中间环节，从而提高了数据处理的效率和响应的速度。这种设计不仅令智能终端、保护装置及测控装置之间可以实时互动，还实现了对开关量与跳合闸信号全数字化的处理。如此高度的数字化和网络化架构，极大地加强了变电站内部的通信能力，使得信息传递更为快捷、准确。

三、基于220kV变电站二次电气系统设计中与一次设备的连接问题

在处理电气二次系统时，特别是将其设施设备与一次设备相连结的环节，对电气技术人员来说，这是一个不容忽视的重点环节。这主要是因为，错误地连接设备往往会触发一系列严重事故。通常，高压断路器中会配备电气防跳回路，以预防意外情况的发生。但是，这样的安排有时与计算机保护回路之间会发生冲突，导致一些不希望发生的问题，比如计算机保护装置的跳位错误和监控指示灯的同时亮起等现象。

为了解决这个问题，关键在于正确处理防跳回路和计算机保护回路之间的关系。具体操作方面，必须首先切断并联的防跳回路，然后转而通过计算机保护装置来执行防跳功能。通过这种方法，可以避免因回路冲突而引起的误操作，同时确保了系统的安全和可靠性。实际上，这就要求电气技术人员不仅需要具备专业的知识和技能，还必须细心谨慎地对待每一个操作环节，以确保整个电气二次系统的正常运作，防止任何可能导致的事故。这种专业的处理方法，无疑是确保电力系统稳定性和安全性的前提，特别是在高压和复杂电气环境中的应用更是不可或缺。

结语：电力作为国家的生命线和民生的基石，占据着极其关键的地位，其运作之复杂超出常人想象。因此，在进行二次电气系统的设计时，需要全面考量与之相关的无数细节，包括但不限于电缆的布局、继电器的配置以及测量仪表的安装等。在这一过程中，设计人员必须投身于不断的学习与反思之中，持续地提升自己的设计技术水平及创新思维。这样做不仅是为了满足当前的工程需求，更是为了在未来能够更加精准地捕捉技术发展的趋势，确保220kV变电站二次电气系统设计的每一个环节都能达到最佳状态。通过这样综合性的努力，能够确保电力系统的稳定与可靠，进而为社会提供持续、高效的能源保障。

参考文献：
[1]李菁,李兴淳.变电站电气二次系统设计分析[J].电子世界,2017,(20):140-141.

[2]候杰.变电站电气二次系统设计分析[J].科技创新与应用,2017,(14):178.

[3]邹仁剑.关于220kV变电站电气二次设计分析[J].科技展望,2014,(11):40.