關于變電二次設計相關問題的探討

【摘要】隨著科技的進步，電力系統逐步引進與應用了綜合自動化系統，大大提高變電站的安全穩定運行。變電站二次系統是整個變電站控制和監視的神經系統，二次設備配置及二次回路設計是否完善合理，關系到整個變電站直至整個電力系統能否安全可靠運行。本文從電力系統事故經驗分析總結得出，釀成系統事故的除設備質量原因外，往往回路原因也占大多數。因此，變電站二次設備配置和回路設計的合理性和正確性有著至關重要的作用，推行標準化設計意義重大。

【關鍵詞】變電站；二次設計；電磁式繼電保護

目前，科學技術不斷發展，在數據傳輸服務、計算機技術以及自動化技術發展的背景下，幾乎所有變電站已經設計或改造為綜合自動化站，變電站二次部分已由傳統的電磁式繼電保護、分立元件保護、電磁式表計等設備變成了微機型繼電保護、計算機監控系統、調度自動化等系統，無人值守變電站的推行，為滿足變電站安全經濟運行，二次設備的功能也有了更大的完善，除上述提到的各種系統外，還包括了為變電站安全設置的各種輔助系統（如圖像監控、時間同步系統、二次防雷、火災消防、二次安全防護等）。

1.電氣主接線基本要求

變電站的電氣主接線是保證電網安全可靠、經濟運行的關鍵，是電氣設備布置和選擇、自動化水平及二次回路設計的原則和基礎。

電氣主接線的設計應根據變電站在電力系統中的地位和作用，首先應滿足電力系統的可靠運行和經濟調度的要求。根據規劃容量、本期建設規模、輸送電壓等級、進出線回路數、供電負荷的重要性、保證供需平衡電力系統線路容量、電氣設備性能和周圍環境及自動化規劃與要求等條件確定。電氣主接線應滿足可靠性、經濟性和靈活性要求。在配合主接線設計的過程，二次專業主要要考慮以下三方面：

第一，提高主接線可靠性和安全性。配合變電站變電接線進行設計，要選取現代化自動裝置和高質量設備，提高主接線的可靠性。第二，要盡量減少經濟投資。要在一定的范圍內控制設備經濟消耗，保證選取設備經濟效益合理。第三，保證滿足變電站在運行中的相關要求。

2.變電站的二次設計

在進行變電站的二次設計過程中，設計人員要根據變電站的運行環境、電氣主接線等，對變電站進行系統繼電保護、計算機監控系統、電能計量、直流電源、UPS電源及其他二次輔助系統的設計。下面重點介紹某電網工程中目前執行二次設計方案與以往方案區別較大的二次系統的設計。

2.1 系統繼電保護

繼電保護設備是保證系統安全和一次設備可靠運行的關鍵裝置之一。當電力系統和設備發生故障時，繼電保護設備應可靠準確快速切除故障，保證系統的設備的安全發供電，減少或縮小電力系統大面積停電和重要設備的損壞；當系統發生工況異常，繼電保護設備可及時發現異常并發出信號，供運行人員及時處理或由裝置自動調整或毀除異常情況，保護其他設備的繼續運行。

繼電保護裝置應滿足可靠性、選擇性、快速性和靈敏性要求。目前，對繼電保護配置方案，各區域電網除執行GB14285《繼電保護和安全自動裝置技術規程》外，均有各區域相適應的指導性的配置規范，其中有較大區別的內容有以下六點：

2.1.1 220kV及以上系統雙重化配置的線路、變壓器和母線保護應采用不同廠家的設備。

2.1.2 新建、改造廠站的保護裝置與繼電保護信息系統子站及站內自動化系統的接口宜采用符合IEC61850標準的規約，并具有完善的自我描述功能。

2.1.3 500kV線路原則上配置兩套光纖電流差動保護。

2.1.4 集成式保護裝置推廣應用，500kV線路保護宜集成過電壓及遠方跳閘功能，當線路縱聯保護采用光口方式時，過電壓及遠方跳閘保護與縱聯保護共用光口。220kV線路保護宜集成有斷路器三相不一致保護和過流保護功能。

2.1.5 220kV線路雙重化配置的兩套保護配置各自獨立的電壓切換裝置。

2.1.6 220kV母線應按雙重化原則配置兩套母線差動保護和失靈保護，母線保護配置的斷路器失靈保護具有失靈電流判別功能。

2.2 計算機監控系統

計算機監控系統就是利用計算機（通常稱為工業控制計算機，簡稱工業控制機）來實現生產過程自動控制的系統。計算機監控系統可實現對變電站內數據的采集與處理功能、控制操作功能、報警及處理功能、事件順序記錄（SOE）、事故追憶功能、遠動（RTU）功能以及人-機聯系與運行管理功能。電網區域計算機監控系統是采用分層、分布式網絡結構，以間隔為單位，按對象進行設計的系統。系統由站控層和間隔層兩部分組成，間隔層與站控層采用冗余配置的以太網方式組網。與以往工程比較，該區域電網新標準設計要求，計算機監控系統接口推行采用符合IEC61850標準的規約，并具有完善的自我描述功能。

3.變電站二次設計注意問題

3.1 標準化設計

目前，無論國網，還是南網，均在推行建設智能、綠色電網。把節能、集成化的理念整合到各二次設備裝置中。但是，在集成化設備應用過程中，對于應用于舊變電站時相關二次回路整合的設計，要充分考慮現場使用條件，以免引起裝置功能的沖突，如220kV線路保護集成了過流及三相不一致保護時，在設計二次回路時就要注意集成裝置后，裝置如何與原有的母差相配合等問題。

3.2 反事故措施落實問題

反事故措施是運行生產部門多年來在眾多事故和經驗的基礎上提煉出來的技術結晶。設計人員必須認真學習領會，并在設計過程中靈活應用。

2011年3月20日，某變電站#1主變在恢復送電過程中發生一次開關非全相合閘且斷路器三相不一致保護和本體三相不一致保護都不動作的事件。檢查發現由于電氣三相聯動分相操作的#1主變2001斷路器控制回路設計不合理，在2001斷路器匯控柜內A、B相“遠控/近控”切換把手接點接觸不良，#1主變2001斷路器A、B相控制回路開路時，控制回路斷線監視回路未能正確動作告警，非全相合閘后又由于位置監視回路不能正確動作造成#1主變2001斷路器三相不一致保護不能動作，擴大事故范圍，造成與之相聯的主變500kV串內的兩臺斷路器5011、5012跳閘，220kV側2001斷路器跳閘，還有另外一回220kV線路跳閘的事故。為防止類似事故重復發生，結合事故原因，經過對設計回路的分析，設計需要對原2001斷路器相關回路進行完善，將斷路器合閘控制及跳位監視回路改為分相控制和監視，分相合閘，確保能對合閘回路進行有效監視，以保證非全相保護的正確動作，回路修改方案，要求落實到今后類似工程回路設計中。

3.3 二次設計細節問題

在進行變電站變電二次設計的過程中，設計人員要對設計中的細節問題進行全方位分析，對設計中可能出現電纜、寄生回路問題進行深入研究，提出有效的解決方案。二次設計存在的問題可能在調試過程中不容易被發現，長時間也不會出現異常，但是很可能導致出現設備事故。因此，在進行二次設計的過程中，設計人員要對以下問題進行研究，提高設計應用效果。

3.3.1 二次電纜相關問題：在進行二次電纜設計的過程中，設計人員要根據二次回路的重要性對電纜走向進行合理安排。設計人員要在設計的過程中對二次變電站室外電纜要采取防護措施，采取阻隔燃、屏蔽電纜等。

3.3.2 防止二次寄生回路：在進行設計的過程中，要堅持實現“由不同熔斷器供電或不同專用端子對供電的兩套保護裝置的直流邏輯回路不允許有任何電的聯系，如有需要必須經空接點輸出”。微機型裝置如需和外部保護發生聯系，要對開關輸出問題進行分析，將外部保護的無源空接點經過本裝置的光電耦合隔離器件經入本裝置，提高對微機型裝置保護裝置的連接效果。要確保保護裝置的內回路選取內部電源，本裝置外回路進行無源控制，防止造成相關的電源之間形成寄生回路，降低寄生回路造成的電源損壞事故。

4.結語

在進行變電站二次設計的過程中，設計人員應熟悉變電站二次設計遵循規程規范，執行標準設計，對變電站二次設計相關問題進行分析，加強細節設計，認真執行反措，從本質上提高變電站二次設計的安全性、可靠性。

參考文獻

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