探究智能化變電站中電氣二次設計的要點

閆自強

摘 要：作為以智能化技術為核心的變電站，智能化變電站離不開智能化一次設備和二次設備的支持，由此實現(xiàn)的可視化操作體系、更加流暢的二次設備運行、數(shù)據(jù)傳輸速度的提升，則能夠較好保證設備操控的準確性。為更好發(fā)揮智能化變電站性能優(yōu)勢，正是本文圍繞智能化變電站中電氣二次設計要點開展具體研究的原因所在。

關鍵詞：智能化變電站; 電氣二次設計; 監(jiān)控系統(tǒng)

1 智能化變電站電氣二次設計要點

1.1 智能化設備整合

智能化設備整合屬于智能化變電站電氣二次設計的要點之一，設計師在這一環(huán)節(jié)的智能開關選擇過程中，需基于傳統(tǒng)方案針對性選用數(shù)字化模式的電氣二次設備接口，以此滿足連接智能終端機的需要。一般設計可加裝電子互感器（有源或無源）于數(shù)字化接口處，電路和電源間匹配的形成可得到有源性互感器的支持，電源穩(wěn)定性可得到較好保障，無源性互感器的應用則需要考慮成本問題。

1.2 直流通信電源整合

蓄電池屬于智能化變電站電氣二次設備電源的重要組成，一般情況下其需要以2h獨立發(fā)電為標準，必要時還需要滿足4h獨立通信需要（地理位置偏遠）。分段式開關設計在智能化變電站電氣二次設備設計中較為常見，即整合直流電源設計方案，這一設計無需刪除已有直流供電線路，僅需要基于線路針對性設計直流母線并改變蓄電池容量，單獨的通信線路蓄電池設計可由此省略，設備所占場地面積自然可得到有效控制，設備的安全性也能夠通過蓄電池的使用數(shù)量降低而得到更好保障?；谛袠I(yè)標準，蓄電池整合后的容量設計需得到重點關注，一般情況下智能化變電站電氣二次設備蓄電池負荷系數(shù)應在0.8以上。

1.3 通信規(guī)約選擇

智能化變電站電氣二次設備網(wǎng)絡主要由過程層與站控層兩個層次組成，雙方在通信規(guī)約層面存在顯著差異。103屬于站控層網(wǎng)絡的主要通信規(guī)約選擇，配合傳統(tǒng)架構，這一設計在成本層面具備顯著優(yōu)勢，但在操作的互助性層面會出現(xiàn)一定不足。過程層選擇的通信規(guī)約多以IEC61850為基礎，由此可通過較高的成本投入針對性建設電氣二次設備控制平臺，平臺在使用效果、可靠性層面均具備顯著優(yōu)勢，可適應過程層次網(wǎng)絡較為復雜的接收信號特點。

1.4 監(jiān)控網(wǎng)絡設計

高效的智能化電源監(jiān)控設備同樣屬于電氣二次設備設計需關注的重點，以此整合各子電源監(jiān)控系統(tǒng)，即可保證智能化變電站形成一體化的監(jiān)控網(wǎng)絡，電氣二次設備監(jiān)視也能夠由此更為順利開展。一體化集中式電源監(jiān)控網(wǎng)絡廣泛應用于智能化變電站中，這一合計以總線連接模式為基礎，將監(jiān)控設備與智能監(jiān)控模塊直接連接，設備使用成本可由此大幅降低，且設計具備較高的監(jiān)控設備處理能力?；诜植际皆O計理念的監(jiān)控網(wǎng)絡設計也較為常見，該設計的各監(jiān)控設備總控制由智能化網(wǎng)絡端口負責，基于電源監(jiān)控模塊的針對性設計屬于其中關鍵，這由于該設計需要數(shù)量較大的電氣二次設備，投資和維護成本往往較高。

2 實例分析

2.1 變電站概況

為提升研究的實踐價值，本文以某峰山110kV的智能化變電站二次系統(tǒng)設計作為研究對象。變電站規(guī)模為100MVA，采用1臺三相三繞組變壓器。110kV出線1回，35kV進線最終規(guī)模為4回，場用電10kV進線為1回。最終無功補償采用SVG以及集合式電容器組，容量為3×4800+3×3600kV。在智能化變電站的-次設備智能化二次系統(tǒng)設計過程中，設計主要圍繞電子式電流互感器二次系統(tǒng)設計、母線電子式電壓互感器二次系統(tǒng)設計、隔離斷路器在線監(jiān)測二次系統(tǒng)設計、線路抽取電子式電壓互感器二次系統(tǒng)設計展開，線路共擁有110kV隔離斷路器1臺，在線監(jiān)測裝置1套，智能化變電站采用的三層兩網(wǎng)組網(wǎng)形式。

2.2 二次監(jiān)控系統(tǒng)設計

110kV智能化變電站二次監(jiān)控系統(tǒng)設計主要圍繞四部分展開，包括站控層、間隔層、過程層、三層一網(wǎng)交換機，具體設計如下：（1）站控層設計。站控層由綜合應用服務器、數(shù)據(jù)服務器、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關機、監(jiān)控主機組成，采用兀余配置的監(jiān)控主機及操作員站設計，以及雙重化設置的Ⅰ區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關機、一套Ⅱ區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關機、一套Ⅲ/Ⅳ區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關機、1套綜合應用服務器，圖形網(wǎng)關機、視頻安防、設備在線數(shù)據(jù)監(jiān)測等功能均可由此實現(xiàn)。（2）間隔層設計。間隔層由網(wǎng)絡記錄分析、故障錄波、測控、保護裝置等具有單獨運行功能的二次設備組成，為滿足“三層一網(wǎng)”設計要求，選擇保護測控計量一體化裝置用于主變保護、分段保護、線路保護設計，采用“網(wǎng)采網(wǎng)跳”模式用于站內(nèi)計量、測量、保護。以主變壓器保護為例，每臺主變配置2套測控計量一體化、變主后保護一體化裝置，采用雙重化配置，“網(wǎng)采網(wǎng)跳”模式用于主變各側的保護操作，網(wǎng)絡跳閘方式用于閉鎖備自投、保護跳分段等功能。過程層負責集成本體智能終端功能，以此滿足主變非電量保護需要，該裝置需在主變本體智能控制柜內(nèi)就地安裝。（3）過程層設計。設計采用二次設備集成化方案，采用一體化的合并單元和智能終端裝置。具體設計中每臺主變?nèi)齻炔捎秒p重化配置的智能終端合并單元一體化裝置，110kV線路、分段采用單套配置。（4）三層一網(wǎng)交換機設計?；凇叭龑右痪W(wǎng)”形式與單網(wǎng)星型變電站結構，需針對性進行過程層、間隔層、站控層的三類設備光口設置，這一環(huán)節(jié)需重點關注數(shù)據(jù)信息量。以站控層交換機為例，考慮到大量傳輸MMS信息的需要，基于經(jīng)濟原則，站控層設計采用1臺Ⅰ區(qū)光口交換機、1臺Ⅱ區(qū)光口/電口交換機、1臺Ⅰ區(qū)電口交換機，以此滿足過程層信息接收需要，其中多數(shù)采用百兆光口，部分采用千兆光口。

2.3 二次系統(tǒng)站域保護設計

為保證二次系統(tǒng)站域保護需要，設計采用1套站域保護裝置，該裝置兼顧繼電保護原則、保護運行規(guī)程、裝置可靠性，通過集成10kV、35kV側低頻低壓減載、母線快速保護等實時性要求不高功能，即可更好滿足二次系統(tǒng)站域保護需要。采用“三層一網(wǎng)”網(wǎng)采網(wǎng)跳形式用于站域保護裝置過程層的網(wǎng)絡采樣和跳閘，且設計不設置備自投功能，這是由于110分段保護兼容該功能。

2.4 蓄電池直流計算

按全站最終規(guī)模進行二次系統(tǒng)模塊化蓄電池直流計算，即可更為準確性的確定模塊化蓄電池配置數(shù)量，智能化變電站電氣二次設計的進一步推進也能夠獲得依據(jù)。計算需基于直流負荷計算容量、隨機或沖擊負荷、組件數(shù)量、模塊化組件輸出最大功率、“N=2”原則、80%以下的組件工作負荷等數(shù)據(jù)和原則展開，并統(tǒng)計全站直流負荷，由此可確定某地110kV智能化變電站的實際容量為7527W，初步計算可得出約21個組件的結果，且220kV組件輸出最大功率為450W，基于組件安全余量與“N=2”形式，最終可確定配置23個組件最為合適，因此設計最終采用“閥控式密封鉛酸蓄電池23塊”+“23×DC220V充電模塊”設計，電池容量為200Ah、12V，可滿足2h事故放電要求（全站交流全停），結合IEC61850規(guī)約，智能化變電站的安全穩(wěn)定運行即可得到更好保障。

結論

綜上所述，智能化變電站中電氣二次設計需關注多方面因素影響。在此基礎上，本文涉及的智能化設備整合、直流通信電源整合、通信規(guī)約選擇、監(jiān)控網(wǎng)絡設計、二次監(jiān)控系統(tǒng)設計、二次系統(tǒng)站域保護設計、蓄電池直流計算等內(nèi)容，則提供了實踐性較高的設計路徑。為更好推進我國智能電網(wǎng)發(fā)展，簡約化設計理念的引入、二次設備的集成化程度提升同樣需要得到重視。

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