智能化變電站中電氣二次設計要點研究

摘要：在城鎮化進程加快，信息技術不斷發展的背景下，信息技術在智能化變電站中的廣泛應用大大提高了變電站的智能化水平。對于智能化變電站來說，合理設計電氣二次設計要點具有重要的意義。文章從工作實際出發，從智能變電站的優勢、智能變電站中電氣二次設計要點等方面分析了該命題。

關鍵詞：智能化變電站；電氣二次設計；設計要點；信息技術；數字化設計

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）33-0031-02

在數字化技術和電子互感器技術不斷發展的背景下，智能化變電站大量出現，如何把數字化設計引入到變電站電氣二次設計中，成為人們關注的熱點。智能化變電站，也被稱之為數字化變電站，與傳統的變電站相比，特點鮮明，功能完善，在本文中，筆者結合相關的文獻資料，探討了智能化變電站電氣二次設計要點這一命題。

1 智能變電站的優勢分析

1.1 智能化變電站的內涵

智能化變電站建立在IEC 61850通信規約基礎上，包括智能化一次設備，主要是電子式互感器、智能開關等以及電氣二次設備分層，分為過程層、間隔層和站控層，由這兩部分構成，可實現電氣設備之間信息共享、互操作的變電站。

1.2 數字化變電站的電氣技術特點

從數據源頭轉變成數字化信息，實現電氣數據采集的數字化，為信息集成化和數據共享性提供堅實的技術支撐。智能化變電站使變電站具備監視、控制和故障錄波等功能，由功能單一模式的傳統變電站轉變為利用計算機監控系統的繼電保護、安全裝置的數字化變電站，把原有的硬件重復配置問題、信息不共享缺陷、成本高的問題，轉化成新裝置與系統間可通過串口或網口交換信息的智能化系統，為分散二次系統裝置向信息集成和功能優化轉變提供了堅實的基礎。

智能化變電站從邏輯結構上看，是“三層兩網”結構，即包括站控層、間隔層和過程層以及站控層網絡、過程層網絡幾部分。這種結構構架方式為信息采集、傳輸、處理和輸出的數字化提供了可能，主要的特點是：智能化變電站的信息均實現數字化，設備之間的信息傳遞通過網絡傳遞實現了通信模型的標準化，各種設備與功能之間通過信息平臺得以共享。智能化變電站與傳統變電站相比，特點包括：第一，最顯著的特點是增加了過程層，也就是把一次電氣設備納入到智能化變電站通信網絡中來，這是智能化變電站數字化技術發展史上的重大變革；第二，智能化變電站間隔層設備實現了網絡化，數字信息可直接傳輸到站控層交換機中，消除了轉換型接口，大幅提高了信息交換的整體速率；第三，智能化變電站帶有電子設備、傳感器和執行器等智能化設備，同時具備智能開關設備，也就是具有高智能開關的全部功能，可實現對系統運行的有效控制，特別是在監測和診斷兩方面具有較大的優勢；第四，智能化變電站間隔層與一次設備均配備有智能終端裝置，智能終端與智能終端之間由光纖通信連接，替代現有的測控柜電纜連接，而測控裝置與智能終端之間由電氣回路連接，這同樣是智能化變電站的特點之一。

1.3 智能化變電站的優勢

相比一般意義上的傳統變電站，智能化變電站的主要優勢體現在一個方面：智能變電站增設過程層，由過程層作為結構支持，從而使數字化變電站依賴的通信網絡與一次電氣設備實現完美的融合，在這種工況條件下，在實際運行過程中的變電站的數字化水平便可得到極大的提升與大幅發展。

此外，對于智能化變電站來說，間隔層中涉及的設備，可通過連接一定的設備，實現網絡化。在信息技術的支持下，變電站的數字信息可直接進入站控層交換機中，因此使信息交換變成可能，節省了網絡結構下接口裝置步驟，實現提高信息交換率的目的。

在實現信息交換目的基礎上，智能化變電還可面向系統提供智能化開關裝置，使得系統具備控制設備運行的功能，變電站正常運行情況下，充分發揮在線監測作業、故障診斷等方面的優勢。但是，需注意的是：智能化變電站針對間隔層、一次設備等，都設置了對應的智能化終端裝置，通過光纖線路，能夠實現終端之間的互聯，這種互聯是可靠的。在這種互聯的方式下，可優化傳統變電站系統中的電纜進線線路連接這一步驟，提高變電站運行的安全性和可靠性。

2 智能化變電站電氣二次設計要點

2.1 智能化變電站設備選擇要點

對于智能化變電站來說，電氣二次設備選擇是重要的內容之一，對于涉及的二次設備，包括電子式互感器、智能開關和二次設備三種類型的設備。在建設智能化變電站過程中，進行進線網絡化的根本目的是：使得電氣二次設備與智能化變電站正常運行要求適應。但是，筆者從自身的實際情況來看，智能開關、電子式互感器等在智能化變電站設計選擇時存在的問題包括以下三個方面：一是就智能開關來說，在選擇智能開關時，應選擇理想的開關或從傳統開關基礎上發展而來的開關終端模式。其中，較為理想的智能開關，其在實際的運行過程中，主要的特點包括在線監測功能與智能控制功能兩個方面。與此同時，智能開關可為智能化變電站提供數字化接口，所以智能化水平相對比較高。但是從投資成本和維修角度來看，智能化開關的費用比較多，因此，在操作方面可能存在缺陷。二是對于傳統開關來說，在與智能終端連接過程中，雖可提供數字化接口，但是由于缺少在線監測功能，所以智能化水平較低。在這種情況下，就需要選擇投資成本低的智能化裝置。三是從電子互感器角度看，有兩種裝置可供選擇：一種是有源電子互感器，另一種是無源性電子式互感器。前者是指帶有低功率線圈的電磁式電流互感器，在運行時的特點主要體現為：可實現電源與電子電路之間的匹配，然后通過激光方式，有效解決電源穩定性方面的問題，因此目前得到應用廣泛。對后者來說，其建立在光學傳感技術基礎上實現的電子互感器裝置，由于費用比較高，性能的可靠性無法得到保障，因此在目前無法得到廣泛應用。

2.2 通信規約選擇要點

智能化變電站內部的網絡結構分為兩層：一層是站控層網絡，一層是過程層網絡。對于不同網絡，其通信規約選擇是各不相同的。對于站控層網絡來說，可選擇103通信規約，該通信規約采用傳統功能設計形式，缺點是互操作性相當差，針對要求低的、以太網為通信基礎的使用，費用同樣比較低。而還有一種基于IEC 61850網絡的通信規約，基于網絡通信平臺變電站系統面向對象設計，可以說是構建數字化變電站的有效平臺，不過該種形式的通信規約建設費用高，實施性好是其主要的優點。對于過程層網絡規約，可選擇后者，這主要是因為后者采用FT3幀格式，實施性較好，同時具有傳輸延時固定的優點。而對一些要求高的串口通信，使用插值法實現同步，可靠性相對較高。

此外，通信規約還有另外一種形式，即IEC 60044-8通信規約，這種通信規約形式主要面向對象設計，從而構建數字化變電站理想平臺，這種通信規約的主要特點：傳輸延時不固定，無法自同步，可靠性相當差，費用也比較高。

通過上文中的論述，完全可看出，單間隔、無需數據同步的電氣二次設備選擇第三種通信規約形式比較合適。

2.3 網絡結構設計要點

對于智能化變電站來說，網絡結構設計中，需要把整個變電站劃分為三個層次，即過程層、網絡層和架空層。對于這三個層次來說，均需獨立網絡方案的設計。在這三個層次中，過程層網絡由于是智能化變電站與傳統變電站網絡設計得以有效區別的核心內容，因此，在具體操作中，應予以重點的關注。目前，綜合考量經濟性、合理性和可靠性等因素，在智能化變電站站控層網絡設計方案的選擇上，應選擇以星型太網網絡為支撐。

3 結語

隨著科學技術的快速發展，變電站目前已經實現了智能化，對于智能化變電站的電氣二次設計來說，明確電氣二次設計要點，便可提高設計的水平。同時，還必須做好設計質量的控制措施。在本文中，筆者結合自身的工作實際以及目前智能化變電站電氣二次設計的現狀，從智能化變電站的優勢、電氣二次設備的技術特點、優勢以及智能化變電站電氣二次設備設計的要點等幾個方面分析了該命題。

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作者簡介：鐘澎（1987-），女，江西萍鄉人，中級工程師，碩士，2011年畢業于華南理工大學電力學院，研究方向：電子裝置與系統、變電站設計。