關(guān)于變電二次設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題的探討

【摘要】隨著科技的進(jìn)步，電力系統(tǒng)逐步引進(jìn)與應(yīng)用了綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，大大提高變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。變電站二次系統(tǒng)是整個(gè)變電站控制和監(jiān)視的神經(jīng)系統(tǒng)，二次設(shè)備配置及二次回路設(shè)計(jì)是否完善合理，關(guān)系到整個(gè)變電站直至整個(gè)電力系統(tǒng)能否安全可靠運(yùn)行。本文從電力系統(tǒng)事故經(jīng)驗(yàn)分析總結(jié)得出，釀成系統(tǒng)事故的除設(shè)備質(zhì)量原因外，往往回路原因也占大多數(shù)。因此，變電站二次設(shè)備配置和回路設(shè)計(jì)的合理性和正確性有著至關(guān)重要的作用，推行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)意義重大。

【關(guān)鍵詞】變電站；二次設(shè)計(jì)；電磁式繼電保護(hù)

目前，科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，在數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的背景下，幾乎所有變電站已經(jīng)設(shè)計(jì)或改造為綜合自動(dòng)化站，變電站二次部分已由傳統(tǒng)的電磁式繼電保護(hù)、分立元件保護(hù)、電磁式表計(jì)等設(shè)備變成了微機(jī)型繼電保護(hù)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)度自動(dòng)化等系統(tǒng)，無(wú)人值守變電站的推行，為滿足變電站安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，二次設(shè)備的功能也有了更大的完善，除上述提到的各種系統(tǒng)外，還包括了為變電站安全設(shè)置的各種輔助系統(tǒng)（如圖像監(jiān)控、時(shí)間同步系統(tǒng)、二次防雷、火災(zāi)消防、二次安全防護(hù)等）。

1.電氣主接線基本要求

變電站的電氣主接線是保證電網(wǎng)安全可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵，是電氣設(shè)備布置和選擇、自動(dòng)化水平及二次回路設(shè)計(jì)的原則和基礎(chǔ)。

電氣主接線的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)變電站在電力系統(tǒng)中的地位和作用，首先應(yīng)滿足電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)調(diào)度的要求。根據(jù)規(guī)劃容量、本期建設(shè)規(guī)模、輸送電壓等級(jí)、進(jìn)出線回路數(shù)、供電負(fù)荷的重要性、保證供需平衡電力系統(tǒng)線路容量、電氣設(shè)備性能和周圍環(huán)境及自動(dòng)化規(guī)劃與要求等條件確定。電氣主接線應(yīng)滿足可靠性、經(jīng)濟(jì)性和靈活性要求。在配合主接線設(shè)計(jì)的過(guò)程，二次專業(yè)主要要考慮以下三方面：

第一，提高主接線可靠性和安全性。配合變電站變電接線進(jìn)行設(shè)計(jì)，要選取現(xiàn)代化自動(dòng)裝置和高質(zhì)量設(shè)備，提高主接線的可靠性。第二，要盡量減少經(jīng)濟(jì)投資。要在一定的范圍內(nèi)控制設(shè)備經(jīng)濟(jì)消耗，保證選取設(shè)備經(jīng)濟(jì)效益合理。第三，保證滿足變電站在運(yùn)行中的相關(guān)要求。

2.變電站的二次設(shè)計(jì)

在進(jìn)行變電站的二次設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員要根據(jù)變電站的運(yùn)行環(huán)境、電氣主接線等，對(duì)變電站進(jìn)行系統(tǒng)繼電保護(hù)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、電能計(jì)量、直流電源、UPS電源及其他二次輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。下面重點(diǎn)介紹某電網(wǎng)工程中目前執(zhí)行二次設(shè)計(jì)方案與以往方案區(qū)別較大的二次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

2.1 系統(tǒng)繼電保護(hù)

繼電保護(hù)設(shè)備是保證系統(tǒng)安全和一次設(shè)備可靠運(yùn)行的關(guān)鍵裝置之一。當(dāng)電力系統(tǒng)和設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)設(shè)備應(yīng)可靠準(zhǔn)確快速切除故障，保證系統(tǒng)的設(shè)備的安全發(fā)供電，減少或縮小電力系統(tǒng)大面積停電和重要設(shè)備的損壞；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生工況異常，繼電保護(hù)設(shè)備可及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常并發(fā)出信號(hào)，供運(yùn)行人員及時(shí)處理或由裝置自動(dòng)調(diào)整或毀除異常情況，保護(hù)其他設(shè)備的繼續(xù)運(yùn)行。

繼電保護(hù)裝置應(yīng)滿足可靠性、選擇性、快速性和靈敏性要求。目前，對(duì)繼電保護(hù)配置方案，各區(qū)域電網(wǎng)除執(zhí)行GB14285《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》外，均有各區(qū)域相適應(yīng)的指導(dǎo)性的配置規(guī)范，其中有較大區(qū)別的內(nèi)容有以下六點(diǎn)：

2.1.1 220kV及以上系統(tǒng)雙重化配置的線路、變壓器和母線保護(hù)應(yīng)采用不同廠家的設(shè)備。

2.1.2 新建、改造廠站的保護(hù)裝置與繼電保護(hù)信息系統(tǒng)子站及站內(nèi)自動(dòng)化系統(tǒng)的接口宜采用符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)約，并具有完善的自我描述功能。

2.1.3 500kV線路原則上配置兩套光纖電流差動(dòng)保護(hù)。

2.1.4 集成式保護(hù)裝置推廣應(yīng)用，500kV線路保護(hù)宜集成過(guò)電壓及遠(yuǎn)方跳閘功能，當(dāng)線路縱聯(lián)保護(hù)采用光口方式時(shí)，過(guò)電壓及遠(yuǎn)方跳閘保護(hù)與縱聯(lián)保護(hù)共用光口。220kV線路保護(hù)宜集成有斷路器三相不一致保護(hù)和過(guò)流保護(hù)功能。

2.1.5 220kV線路雙重化配置的兩套保護(hù)配置各自獨(dú)立的電壓切換裝置。

2.1.6 220kV母線應(yīng)按雙重化原則配置兩套母線差動(dòng)保護(hù)和失靈保護(hù)，母線保護(hù)配置的斷路器失靈保護(hù)具有失靈電流判別功能。

2.2 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)就是利用計(jì)算機(jī)（通常稱為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱工業(yè)控制機(jī)）來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制的系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站內(nèi)數(shù)據(jù)的采集與處理功能、控制操作功能、報(bào)警及處理功能、事件順序記錄（SOE）、事故追憶功能、遠(yuǎn)動(dòng)（RTU）功能以及人-機(jī)聯(lián)系與運(yùn)行管理功能。電網(wǎng)區(qū)域計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是采用分層、分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以間隔為單位，按對(duì)象進(jìn)行設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。系統(tǒng)由站控層和間隔層兩部分組成，間隔層與站控層采用冗余配置的以太網(wǎng)方式組網(wǎng)。與以往工程比較，該區(qū)域電網(wǎng)新標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)要求，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)接口推行采用符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)約，并具有完善的自我描述功能。

3.變電站二次設(shè)計(jì)注意問(wèn)題

3.1 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

目前，無(wú)論國(guó)網(wǎng)，還是南網(wǎng)，均在推行建設(shè)智能、綠色電網(wǎng)。把節(jié)能、集成化的理念整合到各二次設(shè)備裝置中。但是，在集成化設(shè)備應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)于應(yīng)用于舊變電站時(shí)相關(guān)二次回路整合的設(shè)計(jì)，要充分考慮現(xiàn)場(chǎng)使用條件，以免引起裝置功能的沖突，如220kV線路保護(hù)集成了過(guò)流及三相不一致保護(hù)時(shí)，在設(shè)計(jì)二次回路時(shí)就要注意集成裝置后，裝置如何與原有的母差相配合等問(wèn)題。

3.2 反事故措施落實(shí)問(wèn)題

反事故措施是運(yùn)行生產(chǎn)部門(mén)多年來(lái)在眾多事故和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提煉出來(lái)的技術(shù)結(jié)晶。設(shè)計(jì)人員必須認(rèn)真學(xué)習(xí)領(lǐng)會(huì)，并在設(shè)計(jì)過(guò)程中靈活應(yīng)用。

2011年3月20日，某變電站#1主變?cè)诨謴?fù)送電過(guò)程中發(fā)生一次開(kāi)關(guān)非全相合閘且斷路器三相不一致保護(hù)和本體三相不一致保護(hù)都不動(dòng)作的事件。檢查發(fā)現(xiàn)由于電氣三相聯(lián)動(dòng)分相操作的#1主變2001斷路器控制回路設(shè)計(jì)不合理，在2001斷路器匯控柜內(nèi)A、B相“遠(yuǎn)控/近控”切換把手接點(diǎn)接觸不良，#1主變2001斷路器A、B相控制回路開(kāi)路時(shí)，控制回路斷線監(jiān)視回路未能正確動(dòng)作告警，非全相合閘后又由于位置監(jiān)視回路不能正確動(dòng)作造成#1主變2001斷路器三相不一致保護(hù)不能動(dòng)作，擴(kuò)大事故范圍，造成與之相聯(lián)的主變500kV串內(nèi)的兩臺(tái)斷路器5011、5012跳閘，220kV側(cè)2001斷路器跳閘，還有另外一回220kV線路跳閘的事故。為防止類似事故重復(fù)發(fā)生，結(jié)合事故原因，經(jīng)過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)回路的分析，設(shè)計(jì)需要對(duì)原2001斷路器相關(guān)回路進(jìn)行完善，將斷路器合閘控制及跳位監(jiān)視回路改為分相控制和監(jiān)視，分相合閘，確保能對(duì)合閘回路進(jìn)行有效監(jiān)視，以保證非全相保護(hù)的正確動(dòng)作，回路修改方案，要求落實(shí)到今后類似工程回路設(shè)計(jì)中。

3.3 二次設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)問(wèn)題

在進(jìn)行變電站變電二次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員要對(duì)設(shè)計(jì)中的細(xì)節(jié)問(wèn)題進(jìn)行全方位分析，對(duì)設(shè)計(jì)中可能出現(xiàn)電纜、寄生回路問(wèn)題進(jìn)行深入研究，提出有效的解決方案。二次設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題可能在調(diào)試過(guò)程中不容易被發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)時(shí)間也不會(huì)出現(xiàn)異常，但是很可能導(dǎo)致出現(xiàn)設(shè)備事故。因此，在進(jìn)行二次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員要對(duì)以下問(wèn)題進(jìn)行研究，提高設(shè)計(jì)應(yīng)用效果。

3.3.1 二次電纜相關(guān)問(wèn)題：在進(jìn)行二次電纜設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員要根據(jù)二次回路的重要性對(duì)電纜走向進(jìn)行合理安排。設(shè)計(jì)人員要在設(shè)計(jì)的過(guò)程中對(duì)二次變電站室外電纜要采取防護(hù)措施，采取阻隔燃、屏蔽電纜等。

3.3.2 防止二次寄生回路：在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要堅(jiān)持實(shí)現(xiàn)“由不同熔斷器供電或不同專用端子對(duì)供電的兩套保護(hù)裝置的直流邏輯回路不允許有任何電的聯(lián)系，如有需要必須經(jīng)空接點(diǎn)輸出”。微機(jī)型裝置如需和外部保護(hù)發(fā)生聯(lián)系，要對(duì)開(kāi)關(guān)輸出問(wèn)題進(jìn)行分析，將外部保護(hù)的無(wú)源空接點(diǎn)經(jīng)過(guò)本裝置的光電耦合隔離器件經(jīng)入本裝置，提高對(duì)微機(jī)型裝置保護(hù)裝置的連接效果。要確保保護(hù)裝置的內(nèi)回路選取內(nèi)部電源，本裝置外回路進(jìn)行無(wú)源控制，防止造成相關(guān)的電源之間形成寄生回路，降低寄生回路造成的電源損壞事故。

4.結(jié)語(yǔ)

在進(jìn)行變電站二次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)熟悉變電站二次設(shè)計(jì)遵循規(guī)程規(guī)范，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，對(duì)變電站二次設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析，加強(qiáng)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，認(rèn)真執(zhí)行反措，從本質(zhì)上提高變電站二次設(shè)計(jì)的安全性、可靠性。

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