變電站電氣二次設(shè)計(jì)要點(diǎn)探析

張鈺

摘要：變電站二次電氣設(shè)計(jì)包括測量、控制、保護(hù)與信號回路以及外部控制與電纜設(shè)計(jì)。本文主要是對電氣二次設(shè)計(jì)中涉及到的繼電保護(hù)，二次接地與抗干擾，光纖縱差保護(hù)，電流、電壓的選用等方面對變電站的二次設(shè)計(jì)做了分析。

關(guān)鍵詞：電氣二次系統(tǒng);繼電保護(hù);光纖縱差保護(hù);接地

電力二次系統(tǒng)工作性能的穩(wěn)定可靠對予整個電力系統(tǒng)具有重要作用，在電氣二次設(shè)計(jì)的時(shí)候，只有更好地進(jìn)行新技術(shù)的推廣與應(yīng)用，與之相適應(yīng)的規(guī)程規(guī)范應(yīng)不斷修改、完善。同時(shí)，科研、制造、設(shè)計(jì)等部門不斷推出經(jīng)濟(jì)、可靠、實(shí)用的新產(chǎn)品，才能更好的提高電力系統(tǒng)自動化水平、確保電網(wǎng)的安全。以下主要是對繼電保護(hù)，二次接地與抗干擾，光纖縱差保護(hù)，電流、電壓的選用等電氣二次設(shè)計(jì)所涉及的內(nèi)容進(jìn)行了分析。

1.繼電保護(hù)

繼電保護(hù)是保障大電網(wǎng)安全的第一道防線。如果保護(hù)裝置在故障發(fā)生時(shí)正確、快速、可靠動作，將有效遏制系統(tǒng)的狀態(tài)惡化，起到保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的作用。反之。則可能擴(kuò)大事故，甚至導(dǎo)致電網(wǎng)大面積停電。近年來國內(nèi)外頻繁發(fā)生的大停電事故調(diào)查表明，雖然引發(fā)電網(wǎng)大面積停電的因素很多，但由于保護(hù)誤動、拒動以及電網(wǎng)大范圍潮流轉(zhuǎn)移過程中發(fā)生的保護(hù)連鎖動作，是導(dǎo)致事故擴(kuò)大，乃至引發(fā)系統(tǒng)大面積停電的關(guān)鍵因素之一。實(shí)踐表明，繼電保護(hù)系統(tǒng)在保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中起到一個舉足輕重的作用。繼電保護(hù)系統(tǒng)的失靈相當(dāng)程度上影響了電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的能力。而保護(hù)系統(tǒng)中的隱形故障被認(rèn)為是電力系統(tǒng)發(fā)生大范圍連鎖性故障的主要因素。值得一提的是，繼電保護(hù)及二次回路隱形故障是完全可以預(yù)防的。使用目前國內(nèi)比較先進(jìn)的保護(hù)設(shè)備，主保護(hù)裝置具有自診斷功能，對于裝置的一些異常情況都能進(jìn)行在線監(jiān)測;作到設(shè)備維護(hù)、檢修到位，人員工作到位，將設(shè)備的一些細(xì)微變化記錄在案，對運(yùn)行設(shè)備的變化情況進(jìn)行對比分析，找出存在的問題，有針對性的進(jìn)行處理;盡量降低設(shè)備隱形故障的危害，使系統(tǒng)和電氣設(shè)備避免大規(guī)模的事故。

2.二次接地與抗干擾

電力二次系統(tǒng)工作性能的穩(wěn)定可靠對予整個電力系統(tǒng)具有重要作用。分析研究電力二次系統(tǒng)的接地及其抗干擾等問題具有重大意義。二次系統(tǒng)接地的常用種類有：①工作接地：工作接地是為系統(tǒng)正常工作而設(shè)置的接地。如為了降低電力設(shè)備的絕緣水平，在1lOkV及以上電力系統(tǒng)中采用中性點(diǎn)接地的運(yùn)行方式，在兩線一地的雙極高壓直流輸電中也需將其中性點(diǎn)接地。②防雷接地：為了避免雷電的危害，避雷針、避雷線和避雷器等防雷設(shè)備都必須配以相應(yīng)的接地裝置以便將雷電流引入大地。③安全接地：為了保證人身的安全，將電氣設(shè)備外殼設(shè)置的接地。二次系統(tǒng)接地方法主要有保護(hù)系統(tǒng)和信號系統(tǒng)的接地、二次回路的接地、二次電纜屏蔽層的接地等。二次系統(tǒng)的常見干擾源主要有：電磁耦合干擾、射頻干擾、雷電干擾、操作引起的干擾以及短路電流、二次回路操作、局部放電及電力二次系統(tǒng)內(nèi)部的電子元器件等等產(chǎn)生的干擾。

在設(shè)計(jì)電力二次系統(tǒng)時(shí)，在硬件上采用一些抗干擾措施，可以有效抑制干擾信號的侵入，提高裝置的抗干擾能力。主要措施有：①隔離為了抑制共模干擾，保護(hù)裝置中與外界連接的線路如模擬量、輸入輸出開關(guān)量、數(shù)字量和電源線等，經(jīng)由光電隔離或隔離變壓器隔離后再進(jìn)入裝置內(nèi)部。其中光電隔離主要通過光電耦合器將外部開關(guān)量信號及開關(guān)量輸出和內(nèi)部電氣回路進(jìn)行隔離，隔離變壓器主要通過專用變壓器將一、二次側(cè)的交流回路隔離。②屏蔽屏蔽的實(shí)質(zhì)是通過具有良好導(dǎo)電性的金屬所構(gòu)成的全封閉殼體來隔離和衰減電磁干擾，如微機(jī)保護(hù)的殼體，將核心數(shù)字部件、A/D轉(zhuǎn)換器等器件裝在內(nèi)屏蔽殼體內(nèi)。常見的屏蔽方式有抑制寄生電容耦合干擾的電場屏蔽（如電壓、電流變換器一、二次側(cè)繞組之間隔離）和防止電磁耦合及感性耦合的磁場屏蔽等。③濾波、退耦與旁路抑制橫模干擾的主要方法是采用濾波和退耦電路。交流信號輸入通道都有前置模擬低通濾波器，兼有抗干擾的作用。從抗干擾角度考慮，RC濾波器比LC濾波器好，因?yàn)镽C濾波器是耗散式濾波器，把噪聲能量變成熱能耗散掉了，而LC濾波器則會產(chǎn)生附加的磁場干擾，所以電感要加屏蔽罩。在電源系統(tǒng)中，對每個電路或每個組件都要采用退耦電路供電。

3.光纖縱差保護(hù)

光纖縱差保護(hù)由于具有中繼距離長、傳輸信息量大、抗干擾性能好、防止雷電等優(yōu)點(diǎn)正廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中。光纖縱差保護(hù)系統(tǒng)主要由保護(hù)裝置、光通信接口設(shè)備和光通信系統(tǒng)組成，以雙端光纖保護(hù)系統(tǒng)為例，光纖縱差保護(hù)的基本原理是通過交換線路兩側(cè)的模擬量，比較兩側(cè)電流方向或大小來判斷被保護(hù)線路上是否發(fā)生了短路，以決定保護(hù)是否動作?？v差保護(hù)原理的理論基礎(chǔ)是基爾霍夫電流定律，它具有良好的“天然”選相能力和良好的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥m應(yīng)能力（能適應(yīng)任何型式的輸電線路），對于提高電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性和輸電供電的靈活性為目標(biāo)的電網(wǎng)的建設(shè)，具有非同尋常的意義。

4.電流、電壓的選用

電流、電壓互感器的主要用途是為繼電保護(hù)、測量、儀表提供電力系統(tǒng)一次電流、電壓的信息。電流、電壓互感器的二次參數(shù)是與繼電保護(hù)、測量、儀表的特性和要求相適應(yīng)的，其性能直接影響繼電保護(hù)的可靠性、測量和計(jì)量的精度，影響電網(wǎng)安全及工程投資等。由于數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)保護(hù)在電網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用，數(shù)字式電子測量表記代替了常規(guī)電磁式儀表，這給常規(guī)電磁式互感器制造及參數(shù)選擇提出新的問題。第一，測量用互感器只有負(fù)載在25%～100%時(shí)才能保證其精度，由于綜合自動化的應(yīng)用，取消了電測儀表、控制設(shè)備，一般用綜合測控裝置自身的顯示器，再加上設(shè)備布置更加緊湊，電纜用量減少，互感器的實(shí)際負(fù)載遠(yuǎn)小于25%的額定負(fù)載，負(fù)載不能匹配，精度難以保證;第二，計(jì)費(fèi)用表記精度達(dá)0.2S級，交流采樣精度也達(dá)O.2級，按常規(guī)配置，互感器的精度比所接儀表精度應(yīng)高一級，即O.1級，目前沒有該精度的產(chǎn)品，由于電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，很難查到暫態(tài)特性好同時(shí)短路電流倍數(shù)又大的電磁特性電流互感器。第三，保護(hù)回路要求獨(dú)立，測量、計(jì)量各要求獨(dú)立的二次繞組，二次繞組數(shù)量越來越多，特別是一個半開關(guān)接線的接線更是復(fù)雜，在此對保護(hù)規(guī)程提出質(zhì)疑，能否同一套保護(hù)的主保護(hù)、后備保護(hù)共用一組CT，實(shí)際應(yīng)用中及少有互感器的二次繞組故障，二次繞組數(shù)量多可靠性不一定就高。電力系統(tǒng)正在向超高壓、大容量電網(wǎng)發(fā)展，電磁式電流互感器越來越難以滿足發(fā)展的要求，鐵心易飽和，動態(tài)范圍小，易受電磁干擾，二次開路易產(chǎn)生高壓，易產(chǎn)生鐵磁諧振等。有文獻(xiàn)報(bào)道，光電互感器與光纖通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合，組成光纖局域網(wǎng)，應(yīng)用于電力系統(tǒng)，是變電站自動化系統(tǒng)發(fā)展的方向。

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