蔡友龍

摘 要：本文首先介紹了變電站電氣二次系統(tǒng)的保護裝置、控制和信號回路、調(diào)節(jié)回路等基本組成。在結(jié)合某220kV數(shù)字化變電站的實例，從智能化二次設(shè)備的選擇、通信規(guī)約的選擇和系統(tǒng)通信網(wǎng)絡的設(shè)計等方面，詳細分析和研究了變電站電氣二次系統(tǒng)的設(shè)計。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；數(shù)字化變電站；電氣二次系統(tǒng)

引言：2009年，我國提出建設(shè)堅強智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略規(guī)劃。變電站作為電網(wǎng)運行的重要環(huán)節(jié)和主要監(jiān)控點，起到聯(lián)系整個系統(tǒng)的重要作用。變電站的電氣二次系統(tǒng)的合理性與可靠性與變電站安全穩(wěn)定運行有著密切關(guān)系，可以視為變電站的神經(jīng)系統(tǒng)。因此，有必要對變電站二次系統(tǒng)展開研究，以推動整個變電站乃至電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。

一、變電站電氣二次系統(tǒng)概述

變電站電氣二次系統(tǒng)是一個復雜的系統(tǒng)網(wǎng)絡，主要包括變電站內(nèi)的各類電氣設(shè)備及其相應的控制、調(diào)節(jié)、信號、測量回路，以及電氣二次系統(tǒng)的繼電保護裝置、安全自動裝置、準同期裝置、直流操作電源等?？傮w來分析，可以將變電站電氣二次系統(tǒng)分為以下幾個部分：

（1）繼電保護和安全自動裝置。繼電保護和安全自動裝置是電氣二次系統(tǒng)的重要組成，主要用來保護變電站的安全穩(wěn)定運行，一旦出現(xiàn)系統(tǒng)故障，立即動作于告警或跳閘。（2）控制回路。變電站二次控制回路主要用來對變電站內(nèi)各類設(shè)備進行控制，主要是各類開關(guān)設(shè)備的跳合閘操作，繼電保護發(fā)出跳閘信號后，通過控制回路來執(zhí)行跳合閘。（3）信號回路。變電站電氣二次設(shè)備的運行，均依賴于信號回路的運行，通過變電站二次信號回路，準確采集一次設(shè)備的工作狀態(tài)，包括信號的發(fā)送、接收和傳遞網(wǎng)絡，來為運行人員進行運行和維護提供依據(jù)。（4）調(diào)節(jié)回路。除了通過控制回路來控制開關(guān)的跳合閘以外，有一些變壓器主設(shè)備還需要通過調(diào)節(jié)回路來調(diào)整期工作參數(shù)。（5）其他回路。除了上述回路以外，變電站二次系統(tǒng)還包括絕緣檢測回路、系統(tǒng)同期回路、操作電源回路等，是變電站功能實現(xiàn)的輔助回路，隨著電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，變電站建設(shè)水平不斷提高，電氣二次回路技術(shù)水平的高低目前已經(jīng)成為衡量變電站自動化程度的重要方式。

二、變電站電氣二次系統(tǒng)的設(shè)計

隨著我國建設(shè)堅強智能電網(wǎng)的進程不斷深入，電氣二次系統(tǒng)也經(jīng)過了從簡單到復雜、從單一到多元、從手動到自動的發(fā)展歷程，從了就地分散、集中控制、單元控制逐步過渡到綜合控制。下文結(jié)合某220kV數(shù)字化變電站電氣二次的架構(gòu)和設(shè)計，來詳細分析和研究變電站的電氣二次系統(tǒng)。

（一）變電站電氣二次系統(tǒng)的架構(gòu)。如下圖1所示，為某

220kV數(shù)字化變電站的系統(tǒng)架構(gòu)圖，該變電站采用保護集中布置方案，按無人值班變電站考慮設(shè)置綜合保護室，除10kV保護設(shè)備外其他所有保護、監(jiān)控及通信屏柜均集中布置在綜合保護室內(nèi)。變電站二次系統(tǒng)的架構(gòu)與設(shè)計主要包含了智能化二次設(shè)備的選擇、通信規(guī)約的選擇和系統(tǒng)通信網(wǎng)絡的設(shè)計。

（二）變電站電氣二次系統(tǒng)的實現(xiàn)。（1） 智能二次設(shè)備的選擇。與數(shù)字化變電站設(shè)備智能化、通信網(wǎng)絡化、模型和通信協(xié)議統(tǒng)一化等特征相適應，變電站二次設(shè)備必須選擇相應的數(shù)字化保護。該220kV數(shù)字化變電站的所有模擬量交流采樣全部采用光纖點對點，而設(shè)備跳合閘采用GOOSE網(wǎng)絡方式來傳送開關(guān)量。 GOOSE服務是數(shù)字化變電站實現(xiàn)的一種重要手段，也是數(shù)字化變電站進一步發(fā)展的方向，通過SV和GOOSE組網(wǎng)，實現(xiàn)了開關(guān)二次設(shè)備的智能化。

（2）通信規(guī)約的選擇。根據(jù)數(shù)字化變電站的架構(gòu)，其通信網(wǎng)絡主要包括站控層網(wǎng)絡和過程層網(wǎng)絡兩個部分，各個不同的通信網(wǎng)絡可以使用不同的通信規(guī)約。其中，站控層網(wǎng)絡規(guī)約包括IEC61850和網(wǎng)絡103規(guī)約，過程層網(wǎng)絡規(guī)約包括IEC61850和IEC60044-8規(guī)約。經(jīng)過對比和分析，站控層網(wǎng)絡中，網(wǎng)絡103規(guī)約的互操作性較差，同時實時性要求不高，雖然費用較低，但難以為數(shù)字化變電站的通信提供充分的保障。而IEC61850規(guī)約是目前國標統(tǒng)一的面向數(shù)字化變電站的理想通信平臺，雖然費用相比網(wǎng)絡103較高，但互操作性強，而且實時性好。

基于此，該220kV數(shù)字化變電站采用IEC61850規(guī)范，構(gòu)建統(tǒng)一的基于IEC61850規(guī)范的快速通信方式，在交流量傳輸中，采用了國際標準規(guī)定的IEC61850-9-1點對點方式，且不接入過程層的總線網(wǎng)絡。在開關(guān)量傳輸中，借助GOOSE服務的以太網(wǎng)，來實現(xiàn)開關(guān)量信息的快速傳遞。此外，該變電站取消了間隔層智能終端，借助交換機實現(xiàn)整個過程層設(shè)備之間的信息交互和共享，各個智能終端、保護和測控裝置之間實時交互，開關(guān)量與跳合閘之間全數(shù)字化。

（3）系統(tǒng)通信網(wǎng)絡的設(shè)計。1）間隔層和站控層通信的設(shè)計

系統(tǒng)的網(wǎng)絡架構(gòu)采取了星型以太網(wǎng)絡，在間隔層與站控層的通訊以及站控層內(nèi)部的通訊共用同一個通信網(wǎng)絡?？紤]到該220kV變電站巨大的信息量，為了提升實時通訊的穩(wěn)定性，該變電站選擇了1000/100M自適應的交換以太網(wǎng)。同時，220kV數(shù)字化變電站內(nèi)的站控層設(shè)備相對較多，因此專門設(shè)計了獨立的站控層網(wǎng)絡，來為各個站控層設(shè)備之間提供信息的交換和傳遞通道。2）過程層通信的設(shè)計。在過程層的通信總線設(shè)計方面，通過過程層總線技術(shù)實現(xiàn)了過程層設(shè)備之間的信息交互，而未采用傳統(tǒng)的控制電纜。此外，基于繼電保護裝置對實時性的要求，過程層通信需要借助至少100M的以太網(wǎng)通信，并需要支持報文優(yōu)先級和組播功能。3）間隔層通信的設(shè)計。間隔層的通信采用了間隔交換機，以更好的提高數(shù)字化變電站內(nèi)各間隔的可靠性和實時性，間隔層的每個間隔都設(shè)立一個間隔交換機，該間隔內(nèi)的所有設(shè)備均接入到該間隔的間隔交換機，并僅能通過間隔交換機來進行間隔內(nèi)的信息交互。各個間隔交換機之間又能夠通過級聯(lián)匯總到總交換機，包括母線差動保護、變壓器保護、線路保護等在內(nèi)的需要接入多個間隔信息的保護設(shè)備，則統(tǒng)一直接接入中的交換機。

結(jié)語：隨著我國智能電網(wǎng)建設(shè)的逐步深入，我國電網(wǎng)也朝著特高壓輸電、交直流混聯(lián)、暫態(tài)特性復雜的方向發(fā)展。變電站作為電力系統(tǒng)內(nèi)部傳遞和輸送電能的重要節(jié)點，對電網(wǎng)建設(shè)發(fā)揮著日益重要的作用，隨著智能變電站的普及和推廣，變電站的電氣二次系統(tǒng)也朝著自動化、智能化的方向不斷發(fā)展，積極推進變電站電氣二次技術(shù)的發(fā)展和進步，對我國智能電網(wǎng)建設(shè)具有重要意義。

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