智能化變電站中電氣二次設計的要點

高雙偉

（泰興市供電公司，江蘇 泰興 225400）

0 引 言

隨著科學技術的發(fā)展，智能化變電站的操作仿真、電子式互感器、一體化自動化等技術取得了重大突破，為國內(nèi)智能化變電站的設計和施工打下了堅實的技術基礎。電力二次設計的結(jié)果是影響整個變電所正常運轉(zhuǎn)的關鍵，因此要把重點放在二次設計上，并依據(jù)其運行需要進行科學合理的二次設計。根據(jù)過去智能變電站的運行實踐，電力二次設計的確定存在著一些問題，從而使其設計效果不理想，且智能變電站的建設質(zhì)量也不高。為了防止這種現(xiàn)象的再次出現(xiàn)，必須對變電工程的智能化施工要求進行分析和確定，從而科學合理地規(guī)劃與設計二次設計，以提高其使用價值，確保智能化變電站的良好運行。

1 智能化變電站的特點

智能化變電站的各項功能與傳統(tǒng)變電站相比有較大的不同，其各項功能更加趨于智能化和復雜化。傳統(tǒng)變電站在運行中由于缺少相應的監(jiān)控和診斷設備，使得變電站在出現(xiàn)故障后無法及時發(fā)現(xiàn)，而采用智能化變電站就可以很好地解決這些問題。數(shù)字變電站的出現(xiàn)解決了傳統(tǒng)變電站存在的問題，采用了安全防護設備、計算機監(jiān)控系統(tǒng)以及繼電保護系統(tǒng)，從而減少了安全事故的發(fā)生，為電力用戶提供了安全可靠的電力。

傳統(tǒng)變電站不僅在硬件上有一些缺點，而且在傳輸信息上也有很大的漏洞，智能化變電站正好解決了這些問題。具體分析表明，目前我國的智能化變電站主要采取3層2網(wǎng)的方式，能夠?qū)崿F(xiàn)間隔層、過程層、站控層和網(wǎng)絡層的信息共享。智能化變電站最大的優(yōu)點就是能夠?qū)π畔⑦M行數(shù)字化控制，然后通過網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳遞，從而提高信息的傳遞效率，達到信息共享的目的。

智能化變電站的主要特征是：首先，傳統(tǒng)變電站沒有過程層，而智能變電則采用了這種結(jié)構(gòu)，通過過程層可以對二次電器進行有效控制，從而推動了智能化變電站的發(fā)展；其次，在智能化變電站的應用中，利用隔離層等設備可以有效進行信息的傳遞和轉(zhuǎn)換，智能化變電站具有的網(wǎng)絡化優(yōu)點使得變電站的信息傳遞速度更快、更有效；最后，智能化變電站在某些故障診斷和故障監(jiān)控上具有很好的優(yōu)越性，其應用將會涉及很多的智能化設備，必須要有外部的傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，以保證系統(tǒng)的正常運行。只要有任何一種設備出了問題，系統(tǒng)就能第一時間發(fā)現(xiàn)，分析出問題的根源，并通過相應的技術來解決[1]。在進行故障監(jiān)控和診斷時，智能化變電站具有更大的優(yōu)越性，充分利用智能化的優(yōu)點，實現(xiàn)故障的自動處理，降低人工成本。智能化變電站中電氣二次設計結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能化變電站中電氣二次設計結(jié)構(gòu)

2 智能化變電站的優(yōu)勢

與常規(guī)變電站相比，智能化變電站具有的主要優(yōu)點是增加了過程層，并以過程層為支撐，將數(shù)字變電站依靠的通信網(wǎng)絡與一次電力系統(tǒng)有機結(jié)合，使得變電站在實際工作中的數(shù)字化程度大大提高。在智能化變電站中，可以將隔離層內(nèi)的一些設備與某些設備進行聯(lián)網(wǎng)。由于采用了計算機技術，可以將變電站內(nèi)的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)秸究貙咏粨Q機中，從而減少了數(shù)據(jù)交換，減少了在網(wǎng)絡中進行界面設置的步驟，提高了數(shù)據(jù)交換速率。為了達到信息交流的目標，智能變電還可以為用戶提供智能化的切換裝置，從而使整個系統(tǒng)具有在線監(jiān)測和故障診斷等功能。需要指出的是，智能化變電站在隔離層、一次設備等方面都設有相應的智能終端設備，并利用光纜使終端設備與設備之間的連接更加可靠。通過這樣的互聯(lián)，可以使傳統(tǒng)變電站的進線連接達到最佳化，從而使變電站的運行更加安全、可靠[2]。

3 智能化變電站中電氣二次設計的要點分析

通過對智能化變電站的認識，認為智能化變電站可以彌補過去變電站存在的缺點，并能達到一定的自主性。而要達到這一目標，必須加強對電力二次設計的關注，確定其設計重點，科學合理地展開工作，為提高變電站的智能化水平創(chuàng)造條件。通過查閱有關數(shù)據(jù)，得出了智能化變電站二次設計的廣泛應用，其中包括計算機監(jiān)控、元件保護、集成電源以及智能輔助控制等。為了確保二次設計的良好效果，支持智能化變電站的正常工作，必須明確二次設計的原則，即對設備和技術的使用進行清楚的界定。其中，電子互感器是是信息快速有效傳輸?shù)闹匾蛩?，因此在設計和使用該設備時，必須明確設備的使用情況和使用要求，并對設備的接入和安裝進行合理的設計，確保其穩(wěn)定運行。由于智能開關的加入，可以實現(xiàn)對輸出和發(fā)送指令的數(shù)字化控制，但是要使其得到充分使用，就必須對一次裝置的開關量進行合理的設計，以確保一次裝置的信息傳輸和二次裝置的接收，并將信息高效地運用于智能終端。智能化變電站中電氣二次設計要點分析如圖2所示。

圖2 智能化變電站中電氣二次設計要點分析

3.1 安全防誤設計

從實踐的觀點來看，二次電氣系統(tǒng)的安全防誤主要有：減少開關裝置的誤合率和誤分率；盡可能地避開帶電間隙的連接；不能使裝置在帶電時連接到接地；當有負載時，應盡量避免與刀閘有關的動作；接地線和開關之間不能有任何的接觸，要有對應的鎖定。隨著我國電力行業(yè)的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)的維修技術和運行的復雜性越來越大，對電力系統(tǒng)的設計、維修人員的整體素質(zhì)提出了更高的要求。結(jié)合我國電網(wǎng)目前的工作特點及運行情況，指出目前亟需加強的是對防誤設備的管理及操作者的操作能力。因此，應加強對重點設備的維護。在二次設計時，若不在電刀位置上設置電子鎖止機構(gòu)，則每次使用后必須關閉[3]。

3.2 通信協(xié)議選擇要點

過去，在智能化變電站二次電力系統(tǒng)的設計中，所采用的通信結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議等各有不同。103規(guī)約與傳統(tǒng)的功能設計方式相比，更適用于站控層網(wǎng)絡。另外，通信協(xié)議也有缺陷，在系統(tǒng)運行時，這種協(xié)議的缺陷就會暴露出來，其核心功能是在一些價格低廉的變電站中使用。IEC61850是一種替代通信協(xié)議，它在實際應用中有著很大的優(yōu)越性，但是所需的人手非常多。由于進程層協(xié)議采用FT3幀，實現(xiàn)性能高，傳輸時延穩(wěn)定，因此更適用于第2層。另外，IEC60044-8通信協(xié)議也被采用。該協(xié)議的應用主要是為了滿足用戶的需要，從而使智能化變電站的性能得到進一步提高。但是在實際應用中，該協(xié)議存在許多限制[4]。

3.3 智能設備的選擇要點

從智能化變電站二次智能裝置的選型看，它涉及了電子互感器、智能開關以及二次裝置3類。電力二次裝置的進線網(wǎng)絡化建設，最基本的目標是使其更好地滿足整個智能化變電站的運營和發(fā)展需要。但是，根據(jù)實際工作經(jīng)驗可知，智能開關和電子互感器在設計與選用時還需要考慮到一些問題。（1）在智能開關的選擇上，可以選擇一個理想的智能開關，也可以基于傳統(tǒng)的開關連接方式。其中，理想智能交換機最大的特點就是它能夠支持在線監(jiān)測和智能控制。同時，該系統(tǒng)具有面向全變電站的數(shù)字化接口功能，具有較高的智能化程度。但就維護和資本投入而言，其投資成本較高，在可操作性上也有不足。（2）傳統(tǒng)交換機在與智能終端進行互聯(lián)時，盡管可以提供相應的數(shù)據(jù)接口，但是缺少了在線監(jiān)控的功能，在智能化程度上有一些不足。這種接入方式具有較高的可靠性和較低的投資成本，因此在當前的實際工作中被廣泛采用。（3）從變壓器的觀點出發(fā)，可以選擇有源或無源的電子變壓器。

3.4 主接線設計

變電站的主接線設計是一個重要環(huán)節(jié)，它是依據(jù)電網(wǎng)中的地位、出線數(shù)量、回路數(shù)量以及設備特性來決定的，同時還要考慮供電負荷的控制，保證供電可靠性、運行靈活性和使用靈活性。從經(jīng)濟性上看，變電站的主接線設計應從方便維修、節(jié)約投入、擴大建設規(guī)模等角度考慮。在電氣設計中，選擇合適的設備，既要確保接線的有效、科學、安全，又要盡量選擇經(jīng)濟合理的電氣設備和線路。變電站的主線路在設計時要按照設計任務書的規(guī)定，結(jié)合國內(nèi)和區(qū)域的發(fā)展情況，確定變電站的容量、電壓等級、負載回路。通過對原有數(shù)據(jù)進行細致的分析、研究，初步制定了幾種主要接線方案，并根據(jù)以上對主要接線的基本需求，經(jīng)過科學論證和分析，最終得出了最優(yōu)的接線方式[5]。

3.5 網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)設計要點

在實際的智能化變電站中，網(wǎng)絡設計十分關鍵。一般將智能化變電站分為3層，即站控層、間隔層以及工藝層，每一層都要求設計者根據(jù)其本身的特性進行有針對性的設計。特別需要指出的是，流程層的設計是區(qū)別于傳統(tǒng)變電站和智能化變電站的一項重要內(nèi)容，在實際的智能化變電站設計中必須強調(diào)流程層的設計。在進行智能化變電站網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)設計時，應綜合考慮各種因素，如選擇成本、技術和性能等，使其達到要求，且性能穩(wěn)定、可靠。在這些系統(tǒng)中，最能滿足各種需求的就是星型以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

3.6 變電站的后臺系統(tǒng)

在以往的變電站集成智能控制系統(tǒng)設計中，對后臺監(jiān)控計算機的選取問題一直未引起設計者的重視。由于監(jiān)控系統(tǒng)的后臺監(jiān)控設備無時無刻不在運轉(zhuǎn)，因此對數(shù)據(jù)處理速度和抗干擾能力的要求都非常高。因此，在設計時需要對設備的周圍環(huán)境進行全面分析，確保設備在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定、安全的工作。從我國智能化變電站的設計分析來看，一般都會選用家用或商用機器來進行監(jiān)測，但由于其在實際操作中容易發(fā)生故障，致使測試工作無法正常進行，從而造成電力系統(tǒng)的故障。因此，在電力系統(tǒng)的設計中，要考慮選用高質(zhì)量、高配置的電力設備，以確保電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。此外，在設計時應注意對交、直流方式的選取，其中以雙輸入電源為主，可選用雙用型逆變器。為了確保設備的正常運轉(zhuǎn)，只有使用變電站的交流電源，在逆變后，用于后臺的監(jiān)控。

3.7 繼電保護自動化設計

繼電保護工作的好壞對變電站的穩(wěn)定具有重要作用，在進行智能化變電站二次設計時，必須對繼電保護的自動化進行設計。通過對智能化變電站的功能和實際應用需求進行分析，從而進行合理的選型與設計。根據(jù)有關資料，決定在變電站中增加保護和控制設備，合理地配置中心處理器，使其與控制系統(tǒng)的工作協(xié)調(diào)一致，從而將采集到的隔離層電流、電壓等數(shù)據(jù)進行處理，為保護設備進行安全、合理且科學的調(diào)整和維護。

3.8 加強培養(yǎng)有關人員專業(yè)素養(yǎng)

在智能化變電站的二次設計中，由于二次設計的系統(tǒng)建模非常復雜，二次設計的工作人員不能在不進行二次系統(tǒng)建模的情況下進行二次設計的工作。如果發(fā)生了故障，相關的工作人員應該利用相關技術對其進行檢查和修理，努力減少二次系統(tǒng)模型的維護問題，同時提高系統(tǒng)的整體性能。

4 結(jié) 論

隨著科學技術的飛速發(fā)展，電力需求量不斷增加，電力在人們生活和工作中的地位也在不斷的提高，其建設得到了越來越多的重視，因此做好變電站的設計是每個電力設計人員都必須認真對待的一項重要工作。而要做好變電站的設計，除了要滿足各種理論上的要求之外，還要根據(jù)具體的施工條件，因地制宜地設計出符合運行需求的變電站，并積極引進新技術、新設備。只有如此，才能夠確保變電站在運行過程中的安全性與穩(wěn)定性，進一步延長變電站的使用壽命，提高變電站的服務水平。