淺談數(shù)字化變電站的電氣二次設(shè)計(jì)

羅水生

（佛山市辰譽(yù)電力設(shè)計(jì)咨詢有限公司，廣東 佛山 528000）

一、數(shù)字化變電站概述

現(xiàn)階段，國內(nèi)數(shù)字化變電站逐步進(jìn)入到工程實(shí)踐階段。早在2006年，我國首座220kV的數(shù)字化變電站就已經(jīng)投入運(yùn)行，這為我國在電網(wǎng)建設(shè)方面實(shí)現(xiàn)了技術(shù)上的新突破。建設(shè)數(shù)字化變電站的核心部分是數(shù)字化變電站中的一次設(shè)備與二次設(shè)備，并要求兩者全部為智能化設(shè)備。智能化的設(shè)備要應(yīng)具有特殊功能的通信接口，確保與其他設(shè)備可以方便地進(jìn)行控制命令、狀態(tài)、參數(shù)等信息的互相交換。

二、數(shù)字化變電站中電氣二次設(shè)計(jì)需要注意的問題

（一）線路保護(hù)

1 線路分相電流差動(dòng)保護(hù)

關(guān)于電磁式互感器的飽和問題，一直以來都是造成線路分相電流差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)產(chǎn)生的主要因素之一,而電子式互感器的非飽和特性就很好地解決了該問題。

2 距離保護(hù)

距離保護(hù)是為了判據(jù)電流中是否含有非周期分量,而通常用的電磁型互感器不可以從根本上轉(zhuǎn)變非周期分量,這就導(dǎo)致了故障測距誤差很大,最常用的的解決辦法是通過增大數(shù)據(jù)窗來降低誤差,而這又使得距離保護(hù)的快速降低。電子式互感器能夠使得用于微分方程原理的阻抗算法縮短數(shù)據(jù)窗,這就在很大程度上提高了距離保護(hù)的動(dòng)作速度。

3 過流保護(hù)

如果電磁式互感器達(dá)到飽和，那么就會(huì)很大程度的影響到反時(shí)限過流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間，并且會(huì)延遲保護(hù)動(dòng)作時(shí)間。相角的精確測定也會(huì)在很大程度上影響方向過電流保護(hù)的選擇性，一旦電磁式互感器達(dá)到飽和，就會(huì)很難的測定精確的相角，原因在于引發(fā)的二次電流波形畸變。為了有效的解決這個(gè)難題，在互感器的選擇上我們應(yīng)該選用無飽和特性的非常規(guī)互感器。

（二）母差保護(hù)

在設(shè)計(jì)母差保護(hù)的數(shù)字化時(shí),能夠借助于母差子站使得模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。指的是將原有母差保護(hù)變?yōu)樾碌哪覆畋Ｗo(hù)主站與保護(hù)子站,其中，子站使用在過渡階段,一般在各間隔常規(guī)電流、母線電壓以及開關(guān)位置進(jìn)行連接。在對每個(gè)間隔進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計(jì)之后,將電流電壓一步一步地從每個(gè)間隔的合并單元光纖連接到母差保護(hù)主站,接著輸入GOOSE網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)連接。

（三）數(shù)字化低周保護(hù)

與傳統(tǒng)低周保護(hù)相比,數(shù)字式低周保護(hù)無信號(hào)電纜。它是在合并單元處接收母線電壓并進(jìn)行頻率計(jì)算,接著以報(bào)文的形式輸出跳閘命令。在各l0kV間隔設(shè)置的自動(dòng)投退低周壓板,能夠參考調(diào)度的定值,預(yù)先設(shè)置好某段出口跳閘投退,最終實(shí)現(xiàn)低周跳線路的功能。

三、數(shù)字化變電站中的電氣二次設(shè)計(jì)方案

（一）選擇智能設(shè)備

在數(shù)字化變電站中，其智能設(shè)備主要包含有二次設(shè)備、電子式互感器及智能開關(guān)等。對二次設(shè)備的選擇是唯一的，就是選擇網(wǎng)絡(luò)化形式的二次設(shè)備。對電子式互感器的選擇一般有兩種方案，即有無源電子式傳感器與有源電子式互感器，現(xiàn)階段我國大部分使用的是有源電子式互感器。對智能開關(guān)的選擇方案國內(nèi)目前主要使用的是智能終端與傳統(tǒng)開關(guān)組合的設(shè)備。

（二）選擇通信規(guī)約

數(shù)字式變電站的網(wǎng)絡(luò)層主要是由站控網(wǎng)絡(luò)層和過程網(wǎng)絡(luò)層組成的。站控網(wǎng)絡(luò)層的通信規(guī)約主要有103規(guī)約與IEC61850規(guī)約兩種。過程網(wǎng)絡(luò)層的通信規(guī)約主要有IEC61850規(guī)約與IEC60044-8規(guī)約兩種。其中，103規(guī)約是為傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)的，所以在數(shù)字化變電站的站控網(wǎng)絡(luò)層中往往選擇IEC61850規(guī)約作為其通信規(guī)約。對于數(shù)字化變電站的過程網(wǎng)絡(luò)層中，往往選擇IEC61850規(guī)約與IEC60044-8規(guī)約的組合為其通信規(guī)約。

（三）設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

數(shù)字化變電站系統(tǒng)一般適用于電壓等級(jí)在35千瓦到500千瓦之間的變電站或開關(guān)站，設(shè)計(jì)時(shí)要結(jié)合IEC61850來進(jìn)行，該系統(tǒng)一般是由過程層、間隔層以及站控層組成的。其中，間隔層與站控層之間是由IEC61850-8-1方式進(jìn)行信息交換的，站控層與間隔層由以太網(wǎng)為媒介進(jìn)行連接的，而間隔層設(shè)備是由GOOSE通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交換，極大地增強(qiáng)了間隔單元的防誤閉鎖能力，過程層設(shè)備借助于光纖以以太網(wǎng)的形式結(jié)合IEC61850-9-2的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)將互感信息傳到間隔保護(hù)層與測控設(shè)備。對于數(shù)字化變電站中的非IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的IED設(shè)備，需依靠轉(zhuǎn)換設(shè)備連接到自動(dòng)化系統(tǒng)中。

（四）設(shè)計(jì)原理圖

進(jìn)行數(shù)字化變電站的電氣二次設(shè)計(jì)中，所采用的是電子式互感器，采樣變電站所輸出的信息進(jìn)行后再通過量化過程的處理，由光纖送給二次設(shè)備，極大地增強(qiáng)了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。變電站設(shè)計(jì)中所采用的智能開關(guān)具有智能終端功能，由光纜進(jìn)行其控制命令的傳遞，跳合閘命令也是通過光纖輸送至智能終端，這就使得控制命令的傳遞實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化功能。一次設(shè)備的開關(guān)量進(jìn)行數(shù)字化處理后輸送至二次設(shè)備，接著二次設(shè)備再將開關(guān)輸出量傳遞給智能終端，這一過程很好地實(shí)現(xiàn)了開關(guān)量信息的采集、傳輸與輸出的數(shù)字化功能體現(xiàn)。

（五）設(shè)計(jì)組屏方案

對于數(shù)字化變電站電氣二次部分組屏方案的設(shè)計(jì)，其與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)是存在差別的，相比較來說，數(shù)字化變電站的組屏方案功能齊全且容易操作，不僅如此，它對不同等級(jí)的電壓一體化裝置可以進(jìn)行分別組屏方式處理，將各個(gè)組屏進(jìn)行合并。進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將變電站層的遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)、監(jiān)控主機(jī)以及工程師站等設(shè)備裝置在主控室內(nèi)來進(jìn)行，而對于那些非IEC61850智能設(shè)備需要單獨(dú)地進(jìn)行組屏。

(六）設(shè)計(jì)端子排圖

在進(jìn)行數(shù)字化變電站電氣二次部分設(shè)計(jì)端子排圖過程中，為了節(jié)省設(shè)計(jì)工作量，可以取消一次與二次間的端子排列設(shè)計(jì)，并且對于多余的控制回路可以進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。這樣就使得二次回路設(shè)計(jì)的極為簡化，例如，保護(hù)壓板、按鈕以及把手的數(shù)量明顯變少，減少了運(yùn)行維護(hù)人員的安全事故發(fā)生的幾率，不僅如此，完全解決了在光纖應(yīng)用方面電纜老化的問題，極大地增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化的目標(biāo)。

結(jié)語

隨著數(shù)字化變電站建設(shè)的不斷加快，為了確保數(shù)字化變電站的安全運(yùn)行，在對其電氣二次部分設(shè)計(jì)時(shí)一定要做到科學(xué)規(guī)范。本文提出的設(shè)計(jì)方案很好地解決了當(dāng)前數(shù)字化變電站設(shè)計(jì)中存在的不足，希望能夠?yàn)橥刑峁┮欢ǖ闹笇?dǎo)意義。

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