智能變電站二次系統的優化分析

何順邦　顧召軍

摘 要：近年來，在電網大力建設的環境下，變電站建設項目數量和規模得以不斷增加。變電站作為電網運行過程中重要的樞紐，其直接將電廠和用戶有效的連接起來，對整個電網運行的安全性和可靠性具有極為重要的意義。特別是智能變電站的建設，其不僅具有節能環保和結構緊湊的特點，而且其設備已實現了智能化，同時其運行管理也實現了現代化。當前我國智能變電站還處于剛起步階段，由于二次系統在智能變電站中發揮著重要的作用，所以為了更好的突出智能電網信息化和自動化技術特點，則需要通過對智能變電站二次系統優化的分析，從而更好的確保智能變電站安全、穩定的運行。

關鍵詞：智能變電站；二次系統；優化；可靠性

前言

變電站二次系統作為變電站的供電系統和保護系統，對于變電站安全穩定的運行具有重要的影響，特別是對于智能變電站來講，變電站內部不需要利用電纜來進行連接，設備之間數據交換經過網絡傳輸即可實現，這就對變電站內各保護裝置的配置、性能、功能和維護檢修等都提出了更高的要求，在這些方面與傳統的變電站存在著明顯的區別，所以可以通過對二次系統進一步進行優化，從而能夠使變電站內二次系統運行的可靠性和安全性得到較好的保障。

1 智能變電站二次系統使用優勢與作用

目前智能變電站二次系統不僅包括了自動化系統和二次供電系統設備，同時還包括工作保護模式，而且在應用過程中與多個智能終端共同組成了復雜的工作裝置，這個裝置的工作模式往往是以電壓和電流互感器為主的，而且在工作中能夠有效的實現變電站內各種信息的交換和交流，不僅有利于工作過程中統一性的實現，而且有利于系統管理和控制流程的完善。

目前，隨著社會的快速發展，智能電網的應用越來越廣泛，智能變電站的建設也不斷加快，在這種情況下，需要對智能變電站有一個正確的認識。首先，智能變電站內的設備都是以先進性、集成性和環保性為主，而且智能變電站內的工作模式標準和要求也是以信息化和自動化為標準，在運行過程中更好的實現了工作的系統性、控制的全面性和管理的高效性等要求。其次，智能變電站作為電網的重要組成部分，其是電網安全穩定運行的關鍵所在，其在應用過程中需要以電網運行數據的智能化和自動化采集為其標準，同時還要在運行過程中實現自我管理和操控的綜合性特征。

2 智能變電站二次系統的優化方案

2.1 線路主保護方案的優化

基于固有頻率的長距離輸電線路保護方案是一種暫態量保護方案，其依據是故障后高頻分量中的周期性分量發生后在輸電線路上傳播，并在短路點和電源阻抗之間來回反射形成的，在頻率上表現為固有頻率的諧波形式。該保護方案的故障信息容易提取，對采樣率要求較低，不受系統運行方式、過渡電阻、故障時刻、故障點位置的影響，具有如下優點：一是動作速度優于現有的工頻量保護；二是相較于行波保護，該方案不受故障時刻影響，不需要準確捕捉行波波頭，不受母線出線數目的影響；三是兩端數據無需同時采樣。因此對于智能變電站二次系統而言，可以在完全同步的情況下，主保護采取采樣值光纖差動，基于固有頻率的保護作為輔助。

2.2 變壓器主保護方案的優化

變壓器主保護采用不同勵磁涌流識別原理的差動保護和瓦斯保護作為主保護，而長期的運行經驗表明差動保護是能靈敏地區分區內和區外故障的。比率制動式差動保護，既能在外部短路時有可靠的制動作用，又能在內部短路時有較高的靈敏度。該保護最關鍵也是最困難的問題是防止變壓器勵磁涌流導致的差動保護誤動作和提高空投于故障變壓器（特別是匝間短路）時保護的靈敏度。研究表明：勵磁涌流中含有較大的偶次諧波分量，并且二次諧波分量最大，而故障電流中二次諧波分量較小。

因此對于智能變電站二次系統而言，變壓器主保護優化方案為：一套有勵磁涌流識別的差動保護為主，基于廣義功率的差動保護為輔的雙重電氣量主保護系統，同時瓦斯保護仍然作為電氣量主保護保留。

2.3 母線保護方案的優化

作為電力系統中的樞紐元件，母線如果發生故障而又得不到及時切除，那將會給電力系統的供電可靠性造成嚴重影響。母線主保護常采用分相式快速虛擬比相式電流突變量保護和比率制動式電流差動保護原理。快速虛擬比相式電流突變量保護僅在故障開始時投入，然后改用比率制動式電流差動保護。兩種原理保護均設有大差啟動元件、小差選擇元件和電壓閉鎖元件。母線主保護的處理方式有以下兩種：一是集中式保護。集中式處理的母線保護將母線視為一個主設備，在母線的智能單元內實現母線的保護，具體方法為：母線所有連接元件電流和隔離開關輔助接點以及開關的跳閘接點信息都要引入智能單元的保護模塊內，保護模塊執行保護算法，故障判斷和處理。二是分布式保護。分布式母線保護是將傳統的一套母差保護裝置的功能通過多臺處理單元完成。每一個單元手機母線所連一個元件的電流信息，不同單元之間通過光纖通信網絡實現數據共享，從而實現母線保護原理。

2.4 后備保護方案的優化

目前電網中的后備保護包括過流保護、距離保護、零序保護、斷路器失靈保護和復合電壓閉鎖過流保護，隨著電網結構的日益復雜，這些后備保護方案的缺點日益凸顯。

相較于傳統的后備保護方案，廣域后備保護具有如下功能：自適應跟蹤系統運行方式、自適應投退相關保護功能、在線自適應定值整定計算、自適應調整保護定值和保護范圍、潮流轉移的識別和高級應用智能甩負荷為電氣擾動提供快速甩負荷。因此對于智能變電站二次系統而言，后備保護方案可以優先廣域后備保護。

2.5 電能計量方法的優化

長期以來我國電能計量方法都是采用機械式電能表來完成，其主要是通過電能表盤的轉動來對電能量的大小進行反映，但這類機械式電能表無法與計算機接口進行連接，而且在計量上存在較大的誤差，基本上已由脈沖電能表和機電一體化電能計量儀表所取代。這是利用電能脈沖計量方法時所需要使用到的電能計量，在計量準確上遠遠高于機械式電能表。但對于當前智能變電站二次系統而言，利用軟件計算方法來對電能進行計量更具有適用性。這是通過數據采集系統來采集到電流和電壓值，并利用相應的軟件來對有功電能和無功電能進行計算，這樣電能量的計算方法不需要增加專門的硬件投資，只需要在硬件上設計好計算程序即可實現對電能計量，相較于其他計量方法而言，軟件計算方法對于智能變電站二次系統的電能計量來講，具有較強的優勢，所以也會成為未來電能計量方法發展趨勢。

3 結束語

我國變電站的建設經歷了一次次較大變革，特別是在智能變化站建設上，更是為我國二次專業提供了良好的發展機遇。由于智能變電站建設需要實現全站的數字化和智能化，這就需要全面升級和改造二次系統的架構體系，因此更要加強對智能變電站二次系統的優化，確保智能變電站能夠安全、可靠的運行。

參考文獻

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