關于數字化變電站中電氣二次設計的分析

何牧

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

關鍵詞：變電站；數字化；電氣二次設計；一次設備

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

近年來，在我國電力系統中，計算機網絡技術被廣泛應用，實現了電力信息數字化，尤其是數字化變電站的建設，使站內電氣設備間可以共享信息、相互操作。在數字化變電站建設中，電氣二次設計具有重要作用，直接影響著變電站運行的安全性和可靠性。因此，需要結合各方面的注意事項，科學、合理地進行電氣二次設計。

1 數字化變電站概析

數字化變電站指的是在信息收集、傳輸、處理和輸出的過程中，變電站完全使用數字化設備和技術，并實現數字化運行。與傳統變電站對比，數字化變電站具有設備智能化、通信網絡化、模型與通信協議統一化、運行管理自動化等特點。在數字化變電站建設中，智能化的一次設備和二次設備都是核心，而且這些設備都必須具有特殊功能的通信接口，以便設備間相互交換各種信息，例如控制命令、狀態和參數等。此外，智能化設備本身還應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，并向自動化處理系統傳輸相關數據，經系統處理后，自動判斷設備是否需要立即檢修。總之，數字化變電站的建設是電網建設技術上的新突破，尤其是現代化先進設備的應用，例如電子設備、傳感器等，更使變電站極具了現代化的氣息。這不僅提高了信息交換的速率，還可以高效、準確地檢測和判斷設備的健康狀態。

2 具體注意事項

2.1 線路保護方面

線路保護主要包括線路分相電流差動保護、過流保護和距離保護三部分，具體體現在：①線路分相電流差動保護。電磁式互感器飽和一直是導致線路分相電流差動保護誤動的主要原因，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發生誤動的問題。②過流保護。如果電磁式互感器飽和，就會對反時過流保護的動作時間產生嚴重的影響，而且還會延長保護動作的時間。在一定程度上，過流保護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生畸變。所以，需要選擇無飽和特性的非常規互感器。③距離保護。確定非周期分量是否存在于電流中是距離保護的目的，電磁型互感器通常無法根本性地改變非周期分量，導致測距誤差過大。為了提高距離保護動作速度、降低測距誤差，可以增大數據窗或利用微分方程原理阻抗算法對數據窗進行縮短。

2.2 母差保護方面

母差保護數字化設計時，可借助母差子站將模擬信號轉化為數字信號。母差保護是指轉變原母差保護為新母差保護，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等處。數字化設計每個間隔后，需從每個間隔合并單元光纖，逐步連接電流、電壓和母差保護主站，之后將GOOSE輸入，可以有效地實現網絡連接。

2.3 數字化低周保護方面

與傳統的低周保護相比，數字化低周保護具有很大的差異，主要體現在數字化低周保護無信號電纜。數字化低周保護指的是在單元位置接收母線電壓，并計算相應頻率，再通過報文形式，經跳閘命令輸出。例如，為了實現低周跳線路功能，根據調度的定值，可在10 kV間隔設置自動投退低周壓板，并在某段出口預先設置跳閘投退。

2.4 電氣安全方面

在數字化變電站電氣二次設計中，電氣安全是重要的方面。為了確保電力系統的安全、可靠運行，除了科學、合理、專業的設計外，還應時刻注意和防止安全事故發生。所以，在電氣二次設計時，可加入適當的安全防誤裝置，同步設計、施工、運行變電站系統和安全防誤裝置。

3 具體方案

3.1 合理選擇電氣智能設備

數字化變電站中包含的電氣智能設備較多，例如智能開關、二次設備、電子式互感器等，合理選擇電氣智能設備，是數字化變電站中電氣二次設計方案的重要內容，也是變電站實現智能化的關鍵。所以，在智能開關的選擇上，目前主要采用的設備有智能終端、傳統開關組合；二次設備選擇網絡化形式；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 合理選擇通信規約

在數字化變電站中，網絡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約，有利于變電站間各設備的互聯，從而實現變電站數字化。站控網絡層通信規約主要有兩種，即103規約和IEC61850規約，103規約服務于傳統通信網絡層，而IEC61850規約服務于數字化變電站站控網絡層；過程網絡層通信規約也主要有兩種，即IEC61850規約和IEC60044-8規約，數字化變電站過程網絡層通信規約通常采用這兩種規約的組合。

3.3 合理設計原理圖

在數字化變電站電氣二次設計時，需采用電子式互感器，再量化處理變電站輸出的數據信息，最后通過光纖輸送至二次設備，從而使電氣設備安全、穩定的運行。為了實現控制命令傳遞數字化，在電氣二次設計時，需采用有智能終端功能的智能開關，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。一次設備數字化處理相關數據后向二次設備傳輸，再由二次設備向智能終端傳輸開關輸出量，從而實現開關量信息的數字化采集、傳輸和輸出。

3.4 合理設計組屏方案

與傳統組屏方案設計相比，數字化變電站電氣二次設計存在較大差異，主要體現在：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，設計組屏方案時，需在主控室內連接各電氣設備裝置，例如遠動主機、監控主機等，單獨對非智能化設備進行組屏。

3.5 合理設計網絡結構

數字化變電站系統通常適用的電壓等級是35～500 kV，所以需結合IEC61850合理設計系統的網絡結構。該系統通常由站控層、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方式實現，連接的媒介為以太網；間隔層電氣設備間信息交換通過GOOSE通信協議實現，以增強間隔單元的防誤閉鎖能力；過程層設備向間隔保護層、測控設備傳遞互感信息則需要通過光纖結合以太網和IEC61850-9-2實現。

3.6 合理設計端子排圖

數字化變電站電氣二次設計端子排圖時，可取消一次和二次間端子排列設計，優化設計控制回路，這不僅能減少工作量，簡化二次回路設計，還能減少保護壓板、按鈕和把手的數量，降低安全事故發生的概率。除此之外，端子排圖的合理設計可以徹底解決光纖老化問題，從而使變電站系統更加穩定、可靠，以實現變電站的數字化運行。

4 結束語

總之，隨著計算機網絡技術的高速發展和日益成熟，電子設備不斷更新換代，為我國數字化變電站的建設發展提供了契機。在數字化變電站中，科學地進行電氣二次設計，合理地選擇電氣智能設備、通信規約、設計原理圖、組屏方案、網絡結構和端子排圖，可增強變電站的工作性能，提高電力資源質量，確保電力系統安全、穩定運行。

參考文獻

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

〔編輯：李玨〕