朱才桂

杭州國瑞電力科技有限公司

淺析數(shù)字化變電站電氣二次設計

朱才桂

杭州國瑞電力科技有限公司

數(shù)字化變電站的電氣系統(tǒng)，主要由一次設備與二次設備所構(gòu)成。其中，二次設備是對一次設備進行監(jiān)測、控制、調(diào)節(jié)與保護的設備，它不僅是變電站電氣系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分，也是確保整個變電站安全、經(jīng)濟運行的基礎。本文結(jié)合工作實際，著重就數(shù)字化變電站的電氣二次設計目標及要點進行了分析與探討。

數(shù)字化；變電站；電氣二次設計

電氣二次設計，是數(shù)字化變電站安全、經(jīng)濟運行的重要基礎，它不僅是在技術(shù)、設備、理念上的全方位創(chuàng)新工作，也是一項復雜的系統(tǒng)工程，不僅需要涉及到多學科理論與多領(lǐng)域技術(shù)，還必須采用全新的設計思路與方法，以全面提升變電站的綜合自動化水平，并能更好的適應新時期電力供應優(yōu)質(zhì)、高效的發(fā)展需要。

一、數(shù)字化變電站的電氣技術(shù)特點

數(shù)字化變電站不僅是堅強智能電網(wǎng)建設的重要樞紐，而且能為智能電網(wǎng)提供標準、可靠的節(jié)點（一、二次設備）支持。其站內(nèi)電氣設備普遍具有系統(tǒng)集成化、結(jié)構(gòu)緊湊化、設備先進化、調(diào)控一體化等多項技術(shù)特征：

（一）系統(tǒng)高度集成

數(shù)字化變電站在設備上包括一、二次設備、建筑物及它們之間的集成；在系統(tǒng)上包括了對保護、測控、計量、功角測量等二次系統(tǒng)一體化集成和故障錄波、輔助控制等系統(tǒng)的融合；在功能上包括了變電站與調(diào)控、檢修中心功能的無縫銜接。

（二）結(jié)構(gòu)布局合理

數(shù)字化變電站對內(nèi)主要包括了一、二次設備整體集成優(yōu)化、通信網(wǎng)絡優(yōu)化，以及建筑物平面設計優(yōu)化；對外包括主接線優(yōu)化，靈活配置運行方式適應變電站功能定位的轉(zhuǎn)化和電源、用戶接入。

（三）裝備先進適用

數(shù)字化變電站采用了一體化的二次設備，其具有技術(shù)指標先進、性能穩(wěn)定可靠的特點；在系統(tǒng)上通過功能配置、系統(tǒng)調(diào)試，確保了各設備運行控制的靈活高效，調(diào)控有力；在通信系統(tǒng)非常安全可靠，能保障信息傳輸?shù)臏蚀_無誤。

（四）支撐調(diào)控一體

數(shù)字化變電站不僅能優(yōu)化信息資源，增加信息維度，精簡信息總量，而且能支持與多級調(diào)控中心的信息傳輸，支撐告警直傳與遠程瀏覽，從而為主站系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)視控制、信息查詢以及遠程瀏覽等功能所服務。

二、數(shù)字化變電站電氣二次設計方案

（一）電氣二次設計的目標

數(shù)字化變電站電氣二次設計目標，即是在IEC61850通信規(guī)約的基礎上，利用全微機化、智能化的二次新型設備，以實現(xiàn)所有設備的“遙測”、“遙控”、“遙信”以及“遙調(diào)”功能，并通過光纖電纜通信，以實現(xiàn)“一主多備”的環(huán)網(wǎng)運行方式的通信網(wǎng)絡，替代傳統(tǒng)信號電纜的繁瑣連接。綜合而言，數(shù)字化變電站的電氣二次設計，應具有設計簡潔、維護方便、占地面積小、變電運行更加安全可靠的特點，以實現(xiàn)變電站無人值班的水平。

（二）電氣二次設計的要點

數(shù)字化變電站電氣二次設計的總體框架，主要包括了智能設備選擇、通信規(guī)約選擇、網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)設計這三個部分，如下圖1所示。

圖1 變電站電氣二次設計的總體框架

1、智能設備的選擇

變電站二次設備的智能化，是數(shù)字化變電站的重要特征，也是數(shù)字化變電站區(qū)別于常規(guī)變電站的主要標志之一。因此，在變電站電氣二次設計時，尤其應做好智能設備的選擇，盡量選用性能優(yōu)良、維護量小、可靠性高、自動化程度高的二次設備，以保障變電站電力運行的安全與可靠。

目前，變電站電氣二次設計中智能設備選擇的要點，主要包括了對智能高壓開關(guān)設備以及電子式互感器的選擇。其中，智能高壓開關(guān)設備應選擇具有較高性能的開關(guān)設備和控制設備，并應配備有電子設備、傳感器和執(zhí)行器，以實現(xiàn)良好的監(jiān)測與診斷功能；而電子式互感器作為能將一次系統(tǒng)電壓／電流信號按比例轉(zhuǎn)換成二次信號的一種裝置，它能有效克服傳統(tǒng)電磁式互感器的缺點，目前常見的電子式互感器主要包括了有源與無源兩類，適用于變電站電氣二次設計的主要是有源電子式互感器。

2、通信規(guī)約的選擇

在常規(guī)變電站中，二次設備使用的通信規(guī)約并不統(tǒng)一，由于不同設備廠家使用不同的通信規(guī)約，導致各設備在聯(lián)調(diào)過程中需進行不同程度的規(guī)約轉(zhuǎn)換，這都加大了設備調(diào)試的復雜性，增加了設備運行維護的難度與成本。

為滿足技術(shù)的發(fā)展需要，目前我國數(shù)字化變電站普遍采用了新一代的通信規(guī)約（IEC61850），它具有互操作性、開放性、分層體系等多項優(yōu)點，從而滿足變電站電氣一、二次設備間的信息共享與互操作的要求。同時，IEC61850按照變電站自動化系統(tǒng)所要完成的監(jiān)視、控制和繼電保護三大功能，提出了信息分層的概念，從邏輯上、物理概念上，將變電站的通信體系分為三層：過程層、間隔層、站控層，并且定義了層與層之間的通信接口。

因此，盡管傳統(tǒng)的103規(guī)約現(xiàn)今仍然被廣泛應用，但是IEC61850標準以其不可取代的優(yōu)勢，更加適宜用于數(shù)字化變電站的電氣二次設計當中。

3、網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)設計

在IEC61850通信規(guī)約的基礎上，數(shù)字化變電站是由智能化的一次設備與二次設備分層（過程層、間隔層、站控層）構(gòu)建而成，從而實現(xiàn)站內(nèi)電氣設備間的信息共享與互操作性。因此，二次設備的分層網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)設計，也是變電站電氣二次設計的重點。

目前，變電站二次設備的間隔層網(wǎng)絡設計方案，主要采用的是點對點技術(shù)；站控層網(wǎng)絡設計方案，則主要采用的是星型以太網(wǎng)。通過二次設備的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)設計，以實現(xiàn)變電站信息的數(shù)字化采集與網(wǎng)絡化信息交互，并具有全站信息數(shù)字化、平臺網(wǎng)絡化、信息共享標準化、高級應用互動化這四個重要特征。

總結(jié)

構(gòu)建堅強智能電網(wǎng)，已成為了保障我國能源安全以及承載社會經(jīng)濟迅速發(fā)展的關(guān)鍵因素。而數(shù)字化變電站，則是當前銜接智能電網(wǎng)發(fā)電、輸電、配電、變電等各環(huán)節(jié)的重要樞紐，也是實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)化與電力控制的核心平臺。本文從著重就數(shù)字化變電站的電氣二次設計目標、設計要點進行了分析與探討，以此希望對我國電力系統(tǒng)的發(fā)展能有所參考與借鑒。

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[2]秦立軍，馬其燕.智能配電網(wǎng)及其關(guān)鍵技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2010.

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