何牧

摘 要：在數(shù)字化變電站設(shè)計中，電氣二次設(shè)計主要是指針對主線路一次設(shè)備進(jìn)行參數(shù)的測量設(shè)計、檢測設(shè)計和控制電路的設(shè)計。在設(shè)計過程中，關(guān)注各方面注意事項，可確保變電站系統(tǒng)數(shù)字化、智能化，從而有效提高電力資源質(zhì)量。以分析數(shù)字化變電站作為切入點(diǎn)，探討了電氣二次設(shè)計在數(shù)字化變電站中需要注意的具體事項和方案。

關(guān)鍵詞：變電站；數(shù)字化；電氣二次設(shè)計；一次設(shè)備

中圖分類號：TM63；TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）15-0032-02

近年來，在我國電力系統(tǒng)中，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了電力信息數(shù)字化，尤其是數(shù)字化變電站的建設(shè)，使站內(nèi)電氣設(shè)備間可以共享信息、相互操作。在數(shù)字化變電站建設(shè)中，電氣二次設(shè)計具有重要作用，直接影響著變電站運(yùn)行的安全性和可靠性。因此，需要結(jié)合各方面的注意事項，科學(xué)、合理地進(jìn)行電氣二次設(shè)計。

1 數(shù)字化變電站概析

數(shù)字化變電站指的是在信息收集、傳輸、處理和輸出的過程中，變電站完全使用數(shù)字化設(shè)備和技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)數(shù)字化運(yùn)行。與傳統(tǒng)變電站對比，數(shù)字化變電站具有設(shè)備智能化、通信網(wǎng)絡(luò)化、模型與通信協(xié)議統(tǒng)一化、運(yùn)行管理自動化等特點(diǎn)。在數(shù)字化變電站建設(shè)中，智能化的一次設(shè)備和二次設(shè)備都是核心，而且這些設(shè)備都必須具有特殊功能的通信接口，以便設(shè)備間相互交換各種信息，例如控制命令、狀態(tài)和參數(shù)等。此外，智能化設(shè)備本身還應(yīng)具有高性能的自我檢測能力，可以隨時、快速檢測自身的健康狀態(tài)，并向自動化處理系統(tǒng)傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)系統(tǒng)處理后，自動判斷設(shè)備是否需要立即檢修?？傊瑪?shù)字化變電站的建設(shè)是電網(wǎng)建設(shè)技術(shù)上的新突破，尤其是現(xiàn)代化先進(jìn)設(shè)備的應(yīng)用，例如電子設(shè)備、傳感器等，更使變電站極具了現(xiàn)代化的氣息。這不僅提高了信息交換的速率，還可以高效、準(zhǔn)確地檢測和判斷設(shè)備的健康狀態(tài)。

2 具體注意事項

2.1 線路保護(hù)方面

線路保護(hù)主要包括線路分相電流差動保護(hù)、過流保護(hù)和距離保護(hù)三部分，具體體現(xiàn)在：①線路分相電流差動保護(hù)。電磁式互感器飽和一直是導(dǎo)致線路分相電流差動保護(hù)誤動的主要原因，但具有非飽和特性的電子式互感器可以有效解決線路分相電流差動保護(hù)發(fā)生誤動的問題。②過流保護(hù)。如果電磁式互感器飽和，就會對反時過流保護(hù)的動作時間產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，而且還會延長保護(hù)動作的時間。在一定程度上，過流保護(hù)還會受到相角精確度的影響，而相角精確度極易受電磁式互感器飽和的影響，這主要是由于二次電流波形發(fā)生畸變。所以，需要選擇無飽和特性的非常規(guī)互感器。③距離保護(hù)。確定非周期分量是否存在于電流中是距離保護(hù)的目的，電磁型互感器通常無法根本性地改變非周期分量，導(dǎo)致測距誤差過大。為了提高距離保護(hù)動作速度、降低測距誤差，可以增大數(shù)據(jù)窗或利用微分方程原理阻抗算法對數(shù)據(jù)窗進(jìn)行縮短。

2.2 母差保護(hù)方面

母差保護(hù)數(shù)字化設(shè)計時，可借助母差子站將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。母差保護(hù)是指轉(zhuǎn)變原母差保護(hù)為新母差保護(hù)，主要包括主站和子站兩部分。一般情況下，子站連接在母線電壓和開關(guān)等處。數(shù)字化設(shè)計每個間隔后，需從每個間隔合并單元光纖，逐步連接電流、電壓和母差保護(hù)主站，之后將GOOSE輸入，可以有效地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。

2.3 數(shù)字化低周保護(hù)方面

與傳統(tǒng)的低周保護(hù)相比，數(shù)字化低周保護(hù)具有很大的差異，主要體現(xiàn)在數(shù)字化低周保護(hù)無信號電纜。數(shù)字化低周保護(hù)指的是在單元位置接收母線電壓，并計算相應(yīng)頻率，再通過報文形式，經(jīng)跳閘命令輸出。例如，為了實(shí)現(xiàn)低周跳線路功能，根據(jù)調(diào)度的定值，可在10 kV間隔設(shè)置自動投退低周壓板，并在某段出口預(yù)先設(shè)置跳閘投退。

2.4 電氣安全方面

在數(shù)字化變電站電氣二次設(shè)計中，電氣安全是重要的方面。為了確保電力系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行，除了科學(xué)、合理、專業(yè)的設(shè)計外，還應(yīng)時刻注意和防止安全事故發(fā)生。所以，在電氣二次設(shè)計時，可加入適當(dāng)?shù)陌踩勒`裝置，同步設(shè)計、施工、運(yùn)行變電站系統(tǒng)和安全防誤裝置。

3 具體方案

3.1 合理選擇電氣智能設(shè)備

數(shù)字化變電站中包含的電氣智能設(shè)備較多，例如智能開關(guān)、二次設(shè)備、電子式互感器等，合理選擇電氣智能設(shè)備，是數(shù)字化變電站中電氣二次設(shè)計方案的重要內(nèi)容，也是變電站實(shí)現(xiàn)智能化的關(guān)鍵。所以，在智能開關(guān)的選擇上，目前主要采用的設(shè)備有智能終端、傳統(tǒng)開關(guān)組合；二次設(shè)備選擇網(wǎng)絡(luò)化形式；電子式互感器有無源和有源兩種選擇方案，目前多采用有源電子式互感器。

3.2 合理選擇通信規(guī)約

在數(shù)字化變電站中，網(wǎng)絡(luò)層主要由站控層和過程層兩部分組成，合理選擇這兩部分的通信規(guī)約，有利于變電站間各設(shè)備的互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)變電站數(shù)字化。站控網(wǎng)絡(luò)層通信規(guī)約主要有兩種，即103規(guī)約和IEC61850規(guī)約，103規(guī)約服務(wù)于傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)層，而IEC61850規(guī)約服務(wù)于數(shù)字化變電站站控網(wǎng)絡(luò)層；過程網(wǎng)絡(luò)層通信規(guī)約也主要有兩種，即IEC61850規(guī)約和IEC60044-8規(guī)約，數(shù)字化變電站過程網(wǎng)絡(luò)層通信規(guī)約通常采用這兩種規(guī)約的組合。

3.3 合理設(shè)計原理圖

在數(shù)字化變電站電氣二次設(shè)計時，需采用電子式互感器，再量化處理變電站輸出的數(shù)據(jù)信息，最后通過光纖輸送至二次設(shè)備，從而使電氣設(shè)備安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。為了實(shí)現(xiàn)控制命令傳遞數(shù)字化，在電氣二次設(shè)計時，需采用有智能終端功能的智能開關(guān)，通過光纜傳遞控制命令，跳閘命令也由光纜傳送至智能終端。一次設(shè)備數(shù)字化處理相關(guān)數(shù)據(jù)后向二次設(shè)備傳輸，再由二次設(shè)備向智能終端傳輸開關(guān)輸出量，從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)量信息的數(shù)字化采集、傳輸和輸出。

3.4 合理設(shè)計組屏方案

與傳統(tǒng)組屏方案設(shè)計相比，數(shù)字化變電站電氣二次設(shè)計存在較大差異，主要體現(xiàn)在：功能齊全、易操作；可以通過不同的組屏方式處理不同等級的電壓一體化裝置，再整合各個組屏。所以，設(shè)計組屏方案時，需在主控室內(nèi)連接各電氣設(shè)備裝置，例如遠(yuǎn)動主機(jī)、監(jiān)控主機(jī)等，單獨(dú)對非智能化設(shè)備進(jìn)行組屏。

3.5 合理設(shè)計網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

數(shù)字化變電站系統(tǒng)通常適用的電壓等級是35～500 kV，所以需結(jié)合IEC61850合理設(shè)計系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)通常由站控層、間隔層和過程層組成，其中，間隔層與站控層之間的信息交換通過IEC61850-8-1方式實(shí)現(xiàn)，連接的媒介為以太網(wǎng)；間隔層電氣設(shè)備間信息交換通過GOOSE通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)，以增強(qiáng)間隔單元的防誤閉鎖能力；過程層設(shè)備向間隔保護(hù)層、測控設(shè)備傳遞互感信息則需要通過光纖結(jié)合以太網(wǎng)和IEC61850-9-2實(shí)現(xiàn)。

3.6 合理設(shè)計端子排圖

數(shù)字化變電站電氣二次設(shè)計端子排圖時，可取消一次和二次間端子排列設(shè)計，優(yōu)化設(shè)計控制回路，這不僅能減少工作量，簡化二次回路設(shè)計，還能減少保護(hù)壓板、按鈕和把手的數(shù)量，降低安全事故發(fā)生的概率。除此之外，端子排圖的合理設(shè)計可以徹底解決光纖老化問題，從而使變電站系統(tǒng)更加穩(wěn)定、可靠，以實(shí)現(xiàn)變電站的數(shù)字化運(yùn)行。

4 結(jié)束語

總之，隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展和日益成熟，電子設(shè)備不斷更新?lián)Q代，為我國數(shù)字化變電站的建設(shè)發(fā)展提供了契機(jī)。在數(shù)字化變電站中，科學(xué)地進(jìn)行電氣二次設(shè)計，合理地選擇電氣智能設(shè)備、通信規(guī)約、設(shè)計原理圖、組屏方案、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和端子排圖，可增強(qiáng)變電站的工作性能，提高電力資源質(zhì)量，確保電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]沈家新.如何開展智能變電站的二次設(shè)計[J].通訊世界，2013（18）.

〔編輯：李玨〕