王培秀

（南京南瑞繼保電氣有限公司）

0 引言

隨著我國科技的不斷進步與創(chuàng)新，我國電網(wǎng)領(lǐng)域的工程設(shè)計與建設(shè)越來越走向智能化。智能變電站作為智能電網(wǎng)中的核心組成部分，其生產(chǎn)安全關(guān)乎到整個電網(wǎng)的運行穩(wěn)定性［1］。而智能變電站的電氣二次設(shè)計，乃是整個智能變電站設(shè)計中十分重要的組成部分。在實際電氣二次設(shè)計的環(huán)節(jié)中需要涉及大量的理論知識，僅僅只通過傳統(tǒng)的設(shè)計理念和手段已無法滿足智能變電站智能化發(fā)展的要求。然而，受到經(jīng)濟發(fā)展和技術(shù)經(jīng)驗等因素的影響，我國智能變電站的電氣二次設(shè)計環(huán)節(jié)中仍存在諸多問題。因此，需要結(jié)合智能變電站的具體運行要求，切實優(yōu)化變電站內(nèi)部的設(shè)計方案。

與普通變電站相比，智能變電站具有明顯的信息數(shù)字化特征。智能變電站是采用先進、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監(jiān)測等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能的變電站［2］。

此外，智能變電站還具備有通信平臺網(wǎng)絡(luò)化的特點。通過完善的網(wǎng)絡(luò)通訊體系，選擇適合的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和冗余技術(shù)，實現(xiàn)全站內(nèi)的信息網(wǎng)絡(luò)傳輸和通訊，能夠增強系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性［3］。同時，利用光纜替代傳統(tǒng)電纜結(jié)構(gòu)，減少連接線數(shù)量，能夠提高系統(tǒng)運行的可靠性，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定和準確性。

1 智能變電站電氣二次設(shè)計意義

電氣二次設(shè)計是智能變電站建設(shè)過程中關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，直接影響著變電站的運行效率、安全性和可靠性。電氣二次設(shè)計主要針對的就是變電站建設(shè)最后的施工部分，因此在這一環(huán)節(jié)工作效率會直接影響到變電站運行質(zhì)量［4］。在智能變電站的電氣二次設(shè)計中，各種電力設(shè)備的布置、接線連接、通信協(xié)議的配置以及數(shù)據(jù)交換與處理等方面都扮演著至關(guān)重要的角色。隨著設(shè)備的優(yōu)化升級，電氣二次設(shè)計也需要持續(xù)改進優(yōu)化。通過計算機對施工數(shù)據(jù)進行詳細分析，可以提升數(shù)據(jù)計算的精準度，確保設(shè)備始終處于安全高效運行狀態(tài)。

智能變電站的電氣二次設(shè)計質(zhì)量直接影響變電站的運行效果。電氣設(shè)備的安裝和線路鋪設(shè)等環(huán)節(jié)在建設(shè)智能變電站過程中是至關(guān)重要的。同時，電氣設(shè)備的功能發(fā)揮效果對智能變電站的整體運行效果也起著決定性的作用。

2 智能變電站電氣二次設(shè)計常見問題

智能變電站的電氣二次設(shè)計在整個設(shè)計過程中扮演著重要的角色，因此設(shè)計人員需要特別關(guān)注該環(huán)節(jié)。然而，目前的二次設(shè)計仍存在一些問題，如果不對這些問題進行分析和解決，智能變電站的設(shè)計工作將無法順利進行。

2.1 通信協(xié)議選擇的不足

在過去的智能變電站中，電氣二次設(shè)計涉及到通信協(xié)議和通信架構(gòu)這兩種不同的概念。該協(xié)議采用傳統(tǒng)的設(shè)計形式。但通信協(xié)議存在一些不足之處，特別是在系統(tǒng)運行時，其缺點更加明顯。盡管103通信協(xié)議適用于成本較低的變電站系統(tǒng)，但其完善性有待提高。此外，還有其他選擇，如IEC61850協(xié)議，其在實現(xiàn)方面具有明顯的優(yōu)勢，但想要實施該協(xié)議則需投入大量的人力資源。其次，進程層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議更加適合于第二層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，因為后者采用的FT3幀格式，具有許多優(yōu)點，如易于實現(xiàn)且具有固定的傳輸時延。此外，IEC60044-8是另一種通信協(xié)議形式，它著重于對象的設(shè)計，使智能變電站更加完善。然而，這種協(xié)議的缺點包括無法固定的傳輸時延、不夠穩(wěn)定以及高成本等問題，從而在實際應用中受到一定限制。

2.2 變電站傳感器容易損壞

在智能變電站的電氣二次設(shè)計中，傳感器的損壞是一個常見的問題。傳感器在變電站中起著監(jiān)測和測量電力系統(tǒng)參數(shù)的重要作用，但容易受到損壞的影響。

首先，環(huán)境因素是一個重要因素。變電站通常處于惡劣的環(huán)境條件下，如高溫、潮濕、塵埃等。這些環(huán)境因素會對傳感器的正常運行造成不利影響。為了應對這個問題，可以選擇符合環(huán)境要求的高質(zhì)量傳感器，并采取適當?shù)姆雷o措施，如密封、防塵罩等。

其次，過電壓和過電流也可能導致傳感器損壞。在變電站中，突發(fā)的過電壓和過電流可能對傳感器造成不可逆的損壞。為了解決這個問題，可以采取過電壓保護裝置和過電流保護裝置等措施，以保護傳感器免受過載和電壓沖擊。

最后，設(shè)備老化也是一個問題。隨著時間的推移，傳感器可能會因為老化而失去性能。定期的設(shè)備檢查和維護可以及時發(fā)現(xiàn)老化問題，并及時更換傳感器，以確保系統(tǒng)的可靠性。

2.3 二次系統(tǒng)模型的運行維修問題

智能變電站的電氣二次系統(tǒng)在建模階段和模型運行后期都具有復雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在沒有制定可行的設(shè)計方案的情況下，可能導致模型的準確性受到影響，從而使維修工作難以順利進行。

在智能變電站電氣二次系統(tǒng)建模時期，需要充分考慮系統(tǒng)的復雜性和實際運行需求，確保模型的準確性和可操作性。此外，建模過程中需要與各個供應商和設(shè)備制造商密切合作，以確保設(shè)備的參數(shù)和接口規(guī)范的一致性，從而避免后續(xù)運行和維修中出現(xiàn)不匹配的問題。

在模型運行后期，由于智能變電站的二次系統(tǒng)模型的復雜性，需要制定可行的設(shè)計方案和運行維修流程，以應對可能出現(xiàn)的故障和問題。這包括建立完善的運行維修流程、提供專業(yè)培訓和支持、定期檢查和維護模型等措施。同時，加強數(shù)據(jù)管理和維護工作，確保模型中的數(shù)據(jù)準確更新，為運行維修工作提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

2.4 電氣二次設(shè)計管控力度不足

電氣二次設(shè)計管控力度不足是智能變電站電氣二次設(shè)計中常見的問題之一。這意味著在設(shè)計過程中，對電氣二次系統(tǒng)的管控和監(jiān)督不夠嚴格，導致設(shè)計方案的質(zhì)量和可靠性受到影響。

其中的主要原因可能是對電氣二次設(shè)計的重要性認識不足或?qū)ο嚓P(guān)規(guī)范和標準的理解不深。這導致在設(shè)計過程中沒有充分考慮電氣二次系統(tǒng)的安全性、可靠性和可操作性方面的要求，缺乏詳細的設(shè)計方案和控制措施。

3 智能變電站電氣二次設(shè)計解決對策

3.1 通信協(xié)議選擇的不足解決對策

首先，評估變電站的需求和特點，確保所選通信協(xié)議能夠滿足系統(tǒng)的功能要求和性能指標。其次，進行詳細的技術(shù)比較和評估，綜合考慮協(xié)議的特點、實施難度、成本和性能等方面的因素，選擇最適合的通信協(xié)議。此外，定制化和優(yōu)化通信協(xié)議也是一種可行的方式，根據(jù)變電站的具體需求，對通信協(xié)議進行定制和改進，提高其穩(wěn)定性、可靠性。另外，加強人員培訓和技術(shù)支持，提高工作人員對通信協(xié)議的理解和操作能力，確保協(xié)議的正確配置和維護。最后，密切關(guān)注通信協(xié)議的發(fā)展趨勢和技術(shù)創(chuàng)新，及時更新和升級協(xié)議，以適應變電站的發(fā)展和需求。

通過采取這些對策，可以有效解決智能變電站電氣二次設(shè)計中通信協(xié)議選擇的問題，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和性能，確保變電站的正常運行和數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻槙尺M行。

3.2 虛回路和虛端子的運用

在智能變電站的電氣二次設(shè)計中，采用虛端子（Floating Terminal）可以減少變電站傳感器易損壞的問題，通過對智能變電站電氣設(shè)備的及時監(jiān)測，利用二次設(shè)備的優(yōu)化可以節(jié)省相應的人工成本［5］。通過對智能變電站電氣系統(tǒng)的準確監(jiān)測，可以保證智能變電站的運營安全性。因此，在對智能變電站電氣系統(tǒng)進行創(chuàng)新設(shè)計時，需要利用虛回路和虛端子對相關(guān)設(shè)備進行控制和監(jiān)測，保證智能變電站電氣設(shè)備的使用壽命能夠得到有效的測量，避免智能變電站電氣數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象。

常規(guī)變電站與智能變電站電氣二次回路關(guān)于虛端子的比較見下表：

表 常規(guī)變電站與智能變電站電氣二次回路比較

以下是確保虛端子的正確接線以及有效抑制地電流的干擾地方法：

在接線時，將虛端子與傳感器的測量端口或信號輸入端連接，這可以通過正確選擇接線點和連接方式來實現(xiàn)。確保連接牢固、穩(wěn)定，并遵循相關(guān)的接線標準和規(guī)范。將虛端子連接到變電站系統(tǒng)中不產(chǎn)生地電流的位置，例如隔離變壓器的中性點或其他地電流環(huán)路較弱的位置。通過連接到這些地電流較小的位置，可以降低地電流對傳感器的干擾。

確保虛端子線路具有良好的絕緣性能，以防止虛端子線路與其他線路或地電流環(huán)路之間的電流互聯(lián)。使用高質(zhì)量的絕緣電纜和絕緣接頭，并進行正確的安裝和絕緣測試，以確保虛端子線路與其他電路之間的電氣隔離。

有效地抑制地電流是降低傳感器損壞風險的重要措施。采取有效的措施來抑制變電站系統(tǒng)中的地電流，例如使用補償電流傳感器來衡量地電流的大小，安裝地電流抑制裝置，或者調(diào)整接地系統(tǒng)的設(shè)計和布置等。這些措施可以幫助降低地電流對傳感器的干擾，并減少損壞風險。

需要注意的是，虛端子技術(shù)可以降低傳感器損壞的風險，但并不能完全消除問題。因此，綜合考慮其他保護措施和工程設(shè)計方案是至關(guān)重要的，以確保變電站系統(tǒng)的可靠性和安全性。根據(jù)具體的變電站要求和情況，與專業(yè)人員進行詳細討論和評估，以制定適合的虛端子應用策略。

3.3 建立健全設(shè)計管控機制

為提高智能變電站電氣二次設(shè)計的管控力度，應確保設(shè)計方案的有效性，并建立嚴格的設(shè)計審查流程。通過多層次的設(shè)計評審和驗證，可以及早發(fā)現(xiàn)潛在問題并進行及時修正，確保設(shè)計方案符合要求，并能夠達到智能變電站的運行目標。

現(xiàn)代化的設(shè)計工具和技術(shù)的應用可以極大地提升電氣二次設(shè)計的效率和準確性。利用計算機輔助設(shè)計軟件、仿真工具和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可以對設(shè)計方案進行模擬和優(yōu)化，識別潛在問題并提供更準確、可靠的設(shè)計方案。

最后，建立有效的監(jiān)督和質(zhì)量管理機制是確保電氣二次設(shè)計可靠性的關(guān)鍵。通過現(xiàn)場巡檢、質(zhì)量把關(guān)和驗收程序等措施，可以對設(shè)計過程進行有效監(jiān)控和管理，及時發(fā)現(xiàn)和解決問題，確保電氣二次設(shè)計的質(zhì)量得到有效控制和管理。

3.4 加強人員的培養(yǎng)與制定計劃

智能變電站的二次設(shè)計在運行后期可能面臨各種問題和故障。這些問題可能源自于設(shè)計階段的不完善、設(shè)備老化、操作誤操作或其他因素，這些問題和故障對于工作人員來說是一個巨大的挑戰(zhàn)。

所以首先，應該重點加強人員培訓并提供技術(shù)支持，確保維修人員熟練掌握操作和維修二次系統(tǒng)模型的技能。此外，建立有效的知識管理和經(jīng)驗分享機制，促進團隊之間的合作和交流，共同解決運行維修問題。通過不斷提升維修人員的專業(yè)水平和技術(shù)能力，能夠更加高效地處理模型故障和維護工作。

其次，建立完善的模型維護計劃。制定詳細的維護計劃，包括定期檢查、校準和更新二次系統(tǒng)模型。通過定期的維護工作，確保模型始終保持準確性和可靠性。同時，引入模型監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)，實時監(jiān)測模型運行數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)異常情況并采取相應的維修措施，以減少模型故障對智能變電站運行的影響。

最后，持續(xù)改進和優(yōu)化模型設(shè)計。密切關(guān)注模型運行過程中出現(xiàn)的問題，并根據(jù)實際運行經(jīng)驗進行相應的調(diào)整和改進，以提高模型的穩(wěn)定性和可維護性。同時，借助現(xiàn)代化的設(shè)計工具和技術(shù)，進行模擬和優(yōu)化，識別潛在問題，并提供更準確、可靠的設(shè)計方案。

通過增強人員培訓和技術(shù)支持、建立完善的模型維護計劃，以及持續(xù)改進和優(yōu)化模型設(shè)計，可以有效解決智能變電站二次系統(tǒng)模型后期的運行維修問題。這些措施將有助于確保模型的穩(wěn)定運行和可靠性維護，從而保障智能變電站的正常運行。

4 結(jié)束語

在當前科技快速發(fā)展的背景下，智能變電站工程建設(shè)變得至關(guān)重要。為了確保工程的整體運行效率，在設(shè)計過程中需要重視電氣二次設(shè)計問題。同時，建設(shè)單位應該高度重視電氣二次設(shè)計，并加強對工作人員的專業(yè)能力培養(yǎng)。這樣可以確保工作人員能夠運用專業(yè)的工程理念進行電氣二次設(shè)計，并在工作中解決潛在問題，進一步推動智能變電站的現(xiàn)代化發(fā)展。只有這樣，智能變電站才能為我國社會和經(jīng)濟發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。通過加強專業(yè)培訓、優(yōu)化設(shè)計結(jié)構(gòu)、選擇適宜的通信協(xié)議以及加強設(shè)計審查流程等措施，我們可以有效應對智能變電站電氣二次設(shè)計中的常見問題，并推動其朝著科學、智能、綠色和節(jié)能的方向發(fā)展。