變電站電氣二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

陳雨蒙

摘要：電氣二次設(shè)計(jì)是變電站電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)重要的組成部分，提高電氣二次設(shè)計(jì)的質(zhì)量對(duì)提升變電站系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的作用和價(jià)值。本文闡述了變電站電氣二次設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，按系統(tǒng)分析了二次設(shè)計(jì)的主要組成及功能，明確了電氣二次設(shè)計(jì)在變電站電力系統(tǒng)運(yùn)行中的重要作用。

關(guān)鍵詞：變電站;電氣;二次設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM73文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1概述

在變電站電力系統(tǒng)中，通常根據(jù)電氣設(shè)備的作用將其分為一次設(shè)備和二次設(shè)備。一次設(shè)備是指直接用于電力生產(chǎn)、輸送、分配電能的高壓電氣設(shè)備，包括發(fā)電機(jī)組、變壓器、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、母線、電力電纜等，是構(gòu)成電力系統(tǒng)的主體。二次設(shè)備是用于對(duì)一次設(shè)備的工作狀況進(jìn)行監(jiān)視、測(cè)量、控制、調(diào)節(jié)和保護(hù)的低壓電氣設(shè)備，主要包括測(cè)量?jī)x表、測(cè)控保護(hù)裝置、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、繼電保護(hù)裝置、安全自動(dòng)裝置、通信設(shè)備等等，是有效保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要系統(tǒng)。變電站的電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要圍繞電氣一次設(shè)計(jì)與電氣二次設(shè)計(jì)展開(kāi)。

隨著我國(guó)用電量總體趨勢(shì)不斷提升、可再生能源的迅速發(fā)展壯大，電力系統(tǒng)的種類(lèi)、數(shù)量及復(fù)雜程度不斷增加，優(yōu)化變電站電氣二次設(shè)計(jì)、為電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供必要保障有著重要意義。

電氣二次設(shè)計(jì)涉及到的內(nèi)容雜、細(xì)節(jié)多、范圍廣，需要考慮到的因素也較多。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，除需針對(duì)性地對(duì)變電站配置的一次設(shè)備選擇合理可靠的測(cè)量保護(hù)設(shè)備外，還需優(yōu)化變電站的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)、滿(mǎn)足電站所在地特殊的運(yùn)行特點(diǎn)要求，例如有針對(duì)性地提高電站的智能化水平，以方便電站現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)維檢修或日后系統(tǒng)升級(jí)。

2 變電站電氣二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1）計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)用是全面提高變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行水平、降低運(yùn)維成本的重要技術(shù)措施之一。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在變電站的主要作用體現(xiàn)在以下五個(gè)方面：第一，變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的輸入回路將各類(lèi)信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)信息實(shí)時(shí)共享;第二，其采用模數(shù)變換、數(shù)字濾波和處理技術(shù)，保證各種測(cè)量量準(zhǔn)確有效，精度滿(mǎn)足電網(wǎng)要求;第三，變電站設(shè)備和電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)、故障信息，設(shè)備操作等采用屏幕實(shí)時(shí)顯示，值班員可通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行全面監(jiān)視和操作，這取代了常規(guī)電站的中央信號(hào)屏、控制屏等有關(guān)設(shè)備，為值班員提供了方便直觀的監(jiān)控條件;第四，監(jiān)控系統(tǒng)可提供電氣設(shè)備異常自動(dòng)監(jiān)視報(bào)警、電氣操作防誤閉鎖、統(tǒng)計(jì)報(bào)表自動(dòng)生成和程序化自動(dòng)操作等高級(jí)應(yīng)用，簡(jiǎn)化運(yùn)維操作流程，提高變電站人員工作效率;第五，監(jiān)控系統(tǒng)能減少重復(fù)硬件設(shè)備，節(jié)約大量電纜，縮小控制室建筑面積，具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

2）繼電保護(hù)

繼電保護(hù)是變電站電氣二次配置中最重要的系統(tǒng)之一，其種類(lèi)繁多，主要由測(cè)量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分組成。其中，測(cè)量部分從被監(jiān)測(cè)對(duì)象采集相關(guān)信號(hào)，與設(shè)置的整定值相比較，并將比較結(jié)果輸出至邏輯部分。邏輯部分根據(jù)測(cè)量部分各輸出量的數(shù)據(jù)性質(zhì)、大小、出現(xiàn)的順序進(jìn)行綜合判斷，決定保護(hù)的動(dòng)作與否。如分析結(jié)果達(dá)到需動(dòng)作的閾值，則邏輯部分給執(zhí)行部分發(fā)出動(dòng)作信號(hào)，由執(zhí)行部分立即或延時(shí)發(fā)出警報(bào)或跳閘信號(hào)。繼電保護(hù)的主要作用是對(duì)變電站電力系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，當(dāng)站內(nèi)、電力系統(tǒng)接口發(fā)生故障或異常現(xiàn)象時(shí)，迅速將故障部分切除并及時(shí)發(fā)出信號(hào)，以達(dá)到縮小故障范圍、減少故障損失的目的，保證變電站安全可靠運(yùn)行。

3）安全自動(dòng)裝置

安全自動(dòng)裝置是提高電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、防范電網(wǎng)穩(wěn)定事故、防止大面積停電的重要設(shè)備。當(dāng)電網(wǎng)受到大擾動(dòng)而出現(xiàn)異常或緊急狀態(tài)時(shí)，變電站安全自動(dòng)安全裝置需配合電網(wǎng)狀態(tài)，執(zhí)行調(diào)頻調(diào)壓、切機(jī)切負(fù)荷等緊急措施，使電力系統(tǒng)恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)，提高電力系統(tǒng)等運(yùn)作效率。

根據(jù)控制的功能和范圍，變電站安全自動(dòng)裝置主要可分為就地型和區(qū)域型兩種。就地型安全自動(dòng)裝置主要包括低頻和低壓緊急控制、失步解列等只對(duì)就地信息進(jìn)行采樣分析從而控制站內(nèi)電力設(shè)備的裝置，單獨(dú)使用就地型安全自動(dòng)裝置可能因信息的不全面、不完整而做出給周遭電力系統(tǒng)帶來(lái)負(fù)面影響的決策。區(qū)域型安全自動(dòng)裝置則具有采集區(qū)域性信息的能力，能夠結(jié)合變電站站內(nèi)信息與電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的實(shí)時(shí)信息，顧全區(qū)域的系統(tǒng)穩(wěn)定性，但單獨(dú)地使用區(qū)域性安全自動(dòng)裝置也可能導(dǎo)致對(duì)變電站運(yùn)行不利決策的出現(xiàn)。隨著電網(wǎng)對(duì)穩(wěn)定性要求對(duì)逐步提高，不同地區(qū)對(duì)安全自動(dòng)裝置的配置不盡相同，結(jié)合就地型與區(qū)域型特點(diǎn)的混合型安全自動(dòng)裝置得以運(yùn)用而生，克服了兩種裝置單獨(dú)使用時(shí)的不足，確保維持電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定和可靠運(yùn)行。

4）一體化電源系統(tǒng)

變電站一體化電源系統(tǒng)是站內(nèi)二次直流系統(tǒng)、交流系統(tǒng)、UPS電源及通信電源的綜合性電源系統(tǒng)，是保證操作電源、繼電保護(hù)裝置、安全自動(dòng)裝置、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、備用照明等重要系統(tǒng)等在電站失去正常電源時(shí)仍能正常工作的重要安全設(shè)施。一體化電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)站內(nèi)設(shè)備負(fù)荷、遠(yuǎn)期設(shè)備負(fù)荷及考慮一定裕量后，選擇容量、數(shù)量合理的蓄電池及充電裝置，保證變電站設(shè)備供電的可靠性。

5）通信系統(tǒng)

通信系統(tǒng)在變電站電氣二次系統(tǒng)中有著舉足輕重的作用，通信技術(shù)的發(fā)展直接決定著系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式、系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)和性能的優(yōu)劣，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的多樣性決定了分層分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的豐富性與復(fù)雜性。通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括對(duì)通信通道、方式、速率與協(xié)議的選擇，變電站站址與電網(wǎng)端站直設(shè)置，以及通信設(shè)備的配置。

目前，智能變電站的設(shè)計(jì)已成為變電站二次設(shè)計(jì)的主要趨勢(shì)，其前提是以IEC61850規(guī)約為基礎(chǔ)，應(yīng)用智能組件、光纖代替現(xiàn)有變電站的常規(guī)組件和大量二次電纜，建立一致的數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)信息互通平臺(tái)，構(gòu)建一、二次設(shè)備信息互通與互操作的全新變電站。

結(jié)束語(yǔ)

電氣工程是我國(guó)重要的基礎(chǔ)設(shè)施，在國(guó)民生產(chǎn)和居民生活中占有重要地位。提升變電站電氣二次設(shè)計(jì)的根本目的是保護(hù)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，提升電氣輸送的穩(wěn)定性和可靠性。電氣二次設(shè)計(jì)的主要目的是準(zhǔn)確測(cè)量主電路中的設(shè)備參數(shù)，并對(duì)其工作性能進(jìn)行監(jiān)控與調(diào)整，在故障發(fā)生時(shí)采取相應(yīng)措施控制故障范圍，輔助進(jìn)行設(shè)備維護(hù)。電氣二次設(shè)計(jì)主要包括計(jì)算機(jī)監(jiān)控、繼電保護(hù)、安全自動(dòng)裝置、二次電源系統(tǒng)和通信系統(tǒng)。二次系統(tǒng)間交互錯(cuò)綜復(fù)雜，故更應(yīng)在設(shè)計(jì)階段擇優(yōu)制定組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并針對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)選擇配置可靠、功能完善、經(jīng)濟(jì)適用的設(shè)備配置，加強(qiáng)電氣二次系統(tǒng)內(nèi)部、二次與一次系統(tǒng)以及變電站與電網(wǎng)間的配合，保證電力系統(tǒng)的安全高效運(yùn)行。

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