變電站電氣二次系統(tǒng)自動化設(shè)計(jì)分析

徐順貴

摘 要：通過分析自動化變電站的特點(diǎn)，探討了變電站電氣二次系統(tǒng)的自動化設(shè)計(jì)，以期為變電站二次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：變電站；電氣二次系統(tǒng)；自動化設(shè)計(jì)；主結(jié)線

中圖分類號：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）21-0051-02

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜。其中，電氣二次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和布置方案直接影響著整個(gè)變電站運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。通過自動化設(shè)計(jì)電氣二次系統(tǒng)，可使變電運(yùn)行無人值班變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

1 自動化變電站的特點(diǎn)

自動化變電站應(yīng)用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)重新組合了變電站的功能，實(shí)現(xiàn)了信息資源的共享和對變電站運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控。自動化變電站有機(jī)融合了通信、控制和保護(hù)等功能，并按照功能的分類重組了設(shè)備機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了自動化管理電力系統(tǒng)中的所有設(shè)備和統(tǒng)一管理所有的數(shù)據(jù)資料，從而有效控制了電力設(shè)備的投資，減少了電力系統(tǒng)的占地面積。

2 變電站電氣二次系統(tǒng)的自動化設(shè)計(jì)

2.1 電氣計(jì)算

為了確保電氣結(jié)線選型工作的順利進(jìn)行，應(yīng)詳細(xì)分析電氣主結(jié)線的可靠性定量指標(biāo)，以此為變電站電氣二次系統(tǒng)的自動化設(shè)計(jì)提供有效的設(shè)計(jì)方案。電氣主接線是由可修復(fù)的元件組成的系統(tǒng)，通常包括2種狀態(tài)，一種是故障狀態(tài)，另一種是正常狀態(tài)。根據(jù)兩態(tài)馬爾柯夫過程，能得出相應(yīng)的近似算式：

Fc=∑λij. （1）

式（1）中：Fc——主結(jié)線系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，主變壓器發(fā)生停運(yùn)的次數(shù)；

λij——有關(guān)結(jié)線元件出現(xiàn)的故障率，i=1，2，……n。

主結(jié)線故障時(shí)元件強(qiáng)迫停運(yùn)時(shí)間Tjgi的計(jì)算公式為：

Tjgi=FcTcg. （2）

式（2）中：Tjgi——元件強(qiáng)迫停運(yùn)時(shí)間；

Fc——主結(jié)線系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，主變壓器發(fā)生停運(yùn)的次數(shù)；

Tcg——故障元件的修復(fù)時(shí)間，h/次。

沒有設(shè)備電源時(shí)，自動投入裝置出現(xiàn)事故限電量ΔAkqi的計(jì)算公式為：

ΔAkqi=Sqin1Tkqi. （3）

式（3）中：ΔAkqi——沒有設(shè)備電源時(shí)，自動投入裝置出現(xiàn)事故的限電量；

Sqi——主變的負(fù)載率，%；

n1——同時(shí)出現(xiàn)故障停運(yùn)的主變臺數(shù)；

Tkqi——主變事故強(qiáng)迫停運(yùn)的時(shí)間，h。

在選擇主結(jié)線時(shí)，只有根據(jù)上述可靠性定量指標(biāo)，并按照上述公式計(jì)算后，才能確定合理、正確的主結(jié)線。

2.2 電氣信息采集

變電站的電氣二次系統(tǒng)需要配置1套電氣信息采集裝置，并提供當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，以實(shí)時(shí)監(jiān)控變電站內(nèi)的所有電氣設(shè)備，完成對站內(nèi)電氣信息資源的高精度采集，處理所有的數(shù)據(jù)資源，并按照指定密度安全、可靠地儲存帶時(shí)標(biāo)的電氣數(shù)據(jù)，最終按照指定的內(nèi)容、時(shí)間向主站發(fā)送信息。

2.3 繼電保護(hù)和安全自動裝置

主變壓器的微機(jī)保護(hù)布置于繼電保護(hù)室，其中，主保護(hù)為主變本體非電量保護(hù)和1套采用二次諧波制動原理的微機(jī)型縱差保護(hù)；后備保護(hù)為零序過流保護(hù)和復(fù)合電壓過流保護(hù)。通常狀況下，主保護(hù)和后備保護(hù)設(shè)置在同一個(gè)機(jī)箱中，以實(shí)現(xiàn)保護(hù)動作可同時(shí)跳開變壓器各側(cè)的斷路器。

2.4 站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)

變電站電氣二次系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)通常采用分層、分布式的結(jié)構(gòu)，根據(jù)監(jiān)控對象以間隔為單位設(shè)計(jì)，監(jiān)控系統(tǒng)的總控制單元采用雙機(jī)配置。站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)采用雙網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)將整個(gè)系統(tǒng)分為間隔層和站級層，并采用光纖或雙絞線通信介質(zhì)。其中，間隔層適宜采用總線型網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)間隔配置，主變測控和保護(hù)各自獨(dú)立，置于主控制室，其他設(shè)備可通過智能型設(shè)備或通信口接入監(jiān)控系統(tǒng)，并置于高壓開關(guān)柜中；站級層通常采用總線型結(jié)構(gòu)，包括打印機(jī)、遠(yuǎn)程控制終端、當(dāng)?shù)乇O(jiān)控等設(shè)備。

2.5 直流系統(tǒng)

變電站電氣二次系統(tǒng)自動化設(shè)計(jì)通常設(shè)置有1整套直流系統(tǒng)，該系統(tǒng)能為變電站自動化控制系統(tǒng)在照明、通信、斷路器、數(shù)據(jù)采集、信號接收和控制等工作中提供直流用電。因此，變電站直流系統(tǒng)的斷路器合閘通常采用電動彈簧。通常狀況下，變電站內(nèi)不會出現(xiàn)較大的沖擊電流，在考慮電流的余量時(shí)，僅僅需要滿足站內(nèi)出現(xiàn)事故后2 h的用電量即可，例如，將蓄電池的容量設(shè)計(jì)為300 Ah就能夠滿足變電站故障用電的需求。以某變電站電氣二次系統(tǒng)自動化設(shè)計(jì)中的直流系統(tǒng)為例，其容量為300 Ah，母線配置4個(gè)20 A/DC100 V的模塊，高頻開關(guān)電流模塊熱備份模式為N+1.

2.6 自備投系統(tǒng)

變電站電氣二次系統(tǒng)的自備投可以分為2種形式：①雙進(jìn)線單母線供電方式。雙進(jìn)線指一條母線正常工作，另一條備用，也稱為明備用線方式。②通過母聯(lián)分段供電。在分段開關(guān)斷開的情況下，采用工作電源供電，如果其中一個(gè)供電電源發(fā)生故障，另一個(gè)供電電源會自動啟動，為系統(tǒng)提供電源。這種供電方式也稱為暗備用方式。變電站電氣二次系統(tǒng)中自備投系統(tǒng)的自備投方式是極為重要的，應(yīng)根據(jù)變電站的實(shí)際運(yùn)行狀況，綜合考慮各種因素設(shè)置該方式，從而保證變電站正常運(yùn)行。

2.7 消防應(yīng)急系統(tǒng)

因變電站電氣二次系統(tǒng)具有特殊性，導(dǎo)致其存在一定的火災(zāi)安全隱患。因此，變電站電氣二次系統(tǒng)的自動化設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)相關(guān)規(guī)范和變電站的實(shí)際狀況，配置1套完整的火災(zāi)、消防應(yīng)急系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)的智能圖像監(jiān)控系統(tǒng)可將信號發(fā)送至遠(yuǎn)方調(diào)度端，并自動觸發(fā)消防報(bào)警裝置，這樣能有效保證遠(yuǎn)方操作的可靠性，更好地實(shí)現(xiàn)變電站的自動化運(yùn)行。

3 結(jié)束語

綜上所述，在變電站電氣二次系統(tǒng)的自動化設(shè)計(jì)中，不僅要考慮電氣計(jì)算、電氣信息采集、繼電保護(hù)和安全自動裝置、站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)、直流系統(tǒng)、自備投系統(tǒng)和消防應(yīng)急系統(tǒng)等，還套考慮其他方面的因素，例如測量儀器的安裝方法和位置、電纜的走線方式、繼電器的布置等問題。采用綜合自動化控制系統(tǒng)保護(hù)、測量和監(jiān)控電氣二次系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對電氣二次系統(tǒng)的改造和優(yōu)化，進(jìn)而增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和安全性。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：張思楠〕

Secondary Electrical Substation Automation System Design and Analysis

Xu Shungui

Abstract： By analyzing the characteristics of automated substations， electrical substation automation design explores the secondary system to the secondary system of the substation designers to provide a reference.

Key words： substation； secondary electrical systems； automated design； main connection