探析110kV綜合自動(dòng)化變電站的電氣二次設(shè)計(jì)

蘭州同展電力技術(shù)有限公司 江華剛

變電站具有電力輸出和轉(zhuǎn)換功能，能夠承擔(dān)電網(wǎng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)管理的主要責(zé)任。隨著信息技術(shù)發(fā)展和電力體系建設(shè)，綜合自動(dòng)化技術(shù)獲得明顯改善和加強(qiáng)，在這種條件下其應(yīng)用普及程度更加廣泛，變電站綜合技術(shù)的發(fā)展逐漸向分散式自動(dòng)化系統(tǒng)靠攏。變電站二次設(shè)計(jì)正從功能板塊向細(xì)節(jié)對(duì)象進(jìn)行轉(zhuǎn)變。系統(tǒng)建設(shè)運(yùn)行不僅需要考慮某一方面的功能，更需要注重系統(tǒng)性和整體功效，確保其功能效用穩(wěn)定發(fā)揮，維護(hù)變電站系統(tǒng)的開(kāi)放性和分散性原則。

綜合自動(dòng)化技術(shù)對(duì)變電站的影響作用十分明顯，在進(jìn)行電氣二次設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)思路具有很強(qiáng)的干擾性。在這種條件下，設(shè)計(jì)工作者的思想觀念仍處在落后情形，設(shè)計(jì)方法過(guò)于傳統(tǒng)，由于計(jì)算機(jī)信息知識(shí)比較匱乏，電力理論基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，在進(jìn)行變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)電氣二次設(shè)計(jì)時(shí)，很難了解和掌握其中的不確定因素，文章從110kV綜合自動(dòng)化變電站的電氣二次設(shè)計(jì)入手，力求為電力行業(yè)發(fā)展提供有力參考和依據(jù)，推動(dòng)電力系統(tǒng)升級(jí)優(yōu)化。

1 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)與變電站電氣二次設(shè)計(jì)的異同

變電站綜合自動(dòng)化體現(xiàn)出較強(qiáng)的系統(tǒng)性和信息化水平，信息技術(shù)與通信手段緊密結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理目標(biāo)，從而保障電力系統(tǒng)平穩(wěn)健康運(yùn)行狀態(tài)。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)能夠有效實(shí)施信息交流與共享，從而保障監(jiān)測(cè)運(yùn)行的完整度。變電站電氣二次設(shè)計(jì)是在一次設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上完成的，電氣一次設(shè)備正常維護(hù)、管理和監(jiān)測(cè)能夠確保電壓等級(jí)有序變換，同時(shí)為電能運(yùn)輸、分配提供正確途徑。

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是變電站電氣二次設(shè)計(jì)的組成內(nèi)容，對(duì)一次設(shè)計(jì)起到鞏固加強(qiáng)作用。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)需要運(yùn)用計(jì)算機(jī)、信息科技等先進(jìn)技術(shù)手段，確保其功能質(zhì)量的完整程度。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)和電氣二次設(shè)計(jì)具有相同功效和作用，具體包括繼電保護(hù)、自動(dòng)跳合閘、防誤閉鎖、直流系統(tǒng)、備自投、定值傳送和后臺(tái)監(jiān)控、遠(yuǎn)程通信等板塊。上述功能板塊的有效執(zhí)行可以充分體現(xiàn)出變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)和變電站二次設(shè)計(jì)之間的異同點(diǎn)。

2 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)與電氣二次設(shè)計(jì)的功能要求

2.1 繼電保護(hù)

繼電保護(hù)在變電站結(jié)構(gòu)組成當(dāng)中占據(jù)絕大部分比例和地位。如果缺乏繼電保護(hù)裝置，變電站運(yùn)行就會(huì)出現(xiàn)失誤和混亂。因此變電站保護(hù)板塊和監(jiān)控系統(tǒng)要獨(dú)立區(qū)分，如果變電站在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障或癱瘓情況，需要繼電保護(hù)裝置能夠正常運(yùn)行?，F(xiàn)階段綜合自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)變電一次裝置，如變壓器、線路和電容器等都配備相應(yīng)的監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)，能夠有效采集各系統(tǒng)板塊運(yùn)行狀態(tài)和實(shí)際信息，最終起到隔絕保護(hù)功效。

2.2 跳合閘操作

綜合自動(dòng)化系統(tǒng)能夠有效控制斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀閘等裝置，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和感知作用，依靠完整的閉合回路保障系統(tǒng)運(yùn)行健康良好。變電站電氣二次設(shè)計(jì)需要準(zhǔn)確理解并掌握設(shè)計(jì)目標(biāo)與原理，確保變電站跳合閘操作能夠平穩(wěn)有序進(jìn)行。其中110kV的斷路器需要配置獨(dú)立操作系統(tǒng)。而10kV的斷路器可以直接和跳合閘操作裝置進(jìn)行閉合連接。對(duì)地刀而言一般比較容易操作，遙控設(shè)計(jì)也非常簡(jiǎn)單。隔離開(kāi)關(guān)通常由測(cè)控裝置發(fā)出信號(hào)，然后進(jìn)行開(kāi)關(guān)反應(yīng)與跳合閘操作。

2.3 四遙

四遙作為變電站的基本組成部分，其他功能有效發(fā)揮需要建立在四遙結(jié)構(gòu)完整的情況下，各系統(tǒng)板塊之間進(jìn)行四遙數(shù)據(jù)共享和交流操作。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)信息收集、整理和存放，并反饋給終端管理平臺(tái)。電氣二次設(shè)計(jì)需要充分考慮變電站運(yùn)行、維護(hù)和事故分析等影響因素，對(duì)不同信號(hào)內(nèi)容進(jìn)行區(qū)別劃分，確保信息傳遞工作準(zhǔn)確無(wú)誤，選擇合理的信號(hào)傳輸手段和裝置完成各項(xiàng)操作要求。

2.4 小電流接地選線功能

當(dāng)前世界各地的綜合自動(dòng)化生產(chǎn)廠商，都不具備單獨(dú)的小電流接地選線裝置，通常情況下需要根據(jù)測(cè)控裝置來(lái)進(jìn)行替代和補(bǔ)充，后臺(tái)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)也能承擔(dān)相應(yīng)的替代功效。通常情況下選擇310、3UO或者其增量判斷接地故障是否存在，或者運(yùn)用5次諧波方式也能判斷出接地故障是否發(fā)生。其中310、3U0的數(shù)據(jù)信息來(lái)源于10kV的保護(hù)測(cè)控裝置，信息數(shù)據(jù)能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳遞給相應(yīng)的處理區(qū)域。很多大型變電站10kV出線屬于電纜，對(duì)地電容非常明顯，為了有效降低雷擊風(fēng)險(xiǎn)和隱患，可適當(dāng)考慮運(yùn)用獨(dú)立小電流接地選線裝置進(jìn)行保障和支撐，維護(hù)變電站系統(tǒng)的穩(wěn)定性和健康性。

2.5 防誤閉鎖

防誤閉鎖在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)考慮以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：對(duì)于可能引發(fā)高壓設(shè)備出現(xiàn)誤操作的現(xiàn)象和行為，應(yīng)當(dāng)采取積極防誤閉鎖措施。防誤閉鎖主要包括電氣防誤閉鎖和微機(jī)機(jī)防誤閉鎖兩種類型。電氣防誤閉鎖是一種電氣聯(lián)動(dòng)效應(yīng)，需要依靠設(shè)備輔助接點(diǎn)連接達(dá)到閉鎖目的，這種方法對(duì)電纜的用量需求比較大，線路連接也比較復(fù)雜繁瑣，給運(yùn)行管理工作帶來(lái)極大不便。與此同時(shí)，輔助接點(diǎn)還會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定情況.

防誤功能和二次接線密切相關(guān)，不能隨意增加或者變動(dòng)。微機(jī)機(jī)防誤閉鎖主要依靠程序控制斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀閘等操作閉鎖流程，能夠?qū)崿F(xiàn)防誤閉鎖數(shù)字化管控，有效彌補(bǔ)電氣閉鎖無(wú)法實(shí)現(xiàn)或獨(dú)立完成的防誤空缺，具有很高的智能化應(yīng)用效果，并且功能完備、可操作性較強(qiáng)、有利于增加和補(bǔ)充相關(guān)信息。隨著變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的成熟發(fā)展，很多變電站生產(chǎn)廠商把這套系統(tǒng)設(shè)置在相應(yīng)的板塊區(qū)域當(dāng)中，能夠有效保障防誤閉鎖系統(tǒng)化管理與操控，體現(xiàn)出較強(qiáng)的先進(jìn)性和科學(xué)性[1]。

2.6 備自投

變電站備自投供電方式主要包括以下幾種：首先是母聯(lián)分段供電方式，需要兩個(gè)電源進(jìn)行供電，互相發(fā)揮協(xié)調(diào)配合作用，這種方法也被稱作暗備用方式；其次是雙進(jìn)線向單母線供電方式，一根進(jìn)線負(fù)責(zé)供電、另一根留作備用，這種方法叫做線路備自投方式。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的備自投裝置會(huì)對(duì)系統(tǒng)電壓、電流和斷路器數(shù)據(jù)信息進(jìn)行詳細(xì)分析與研討，判斷充電、放電條件是否滿足運(yùn)行要求。電氣二次設(shè)計(jì)是為了選擇恰當(dāng)?shù)膫渥酝堆b置和方法，有效維護(hù)變電站各系統(tǒng)板塊之間平穩(wěn)健康運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化與信息化管控目標(biāo)[2]。

2.7 低周減載

110kV、10kV線路的低周減載功能需要通過(guò)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)保護(hù)裝置來(lái)完成，不需要單獨(dú)進(jìn)行系統(tǒng)板塊設(shè)置和建立，因此變電站電氣二次設(shè)計(jì)難度明顯降低，線路布置和操作也相對(duì)簡(jiǎn)便一些，變電站工作人員工作難度和任務(wù)量都會(huì)大打折扣。

2.8 直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)

直流系統(tǒng)能夠?yàn)榫C合自動(dòng)化變電站提供充足能源與動(dòng)力，確保變電站能源輸送穩(wěn)定持續(xù)，有效提升變電站的綜合性能與實(shí)際功效。在這種條件下，變電站功能效用的發(fā)揮應(yīng)當(dāng)突破斷電限制，通過(guò)合理設(shè)置供電電池，實(shí)現(xiàn)變電站無(wú)障礙供電和運(yùn)行，有效保障變電站運(yùn)行狀態(tài)的良好和電力處理水平健康。直流系統(tǒng)電氣二次設(shè)計(jì)通常需要計(jì)算機(jī)信息技術(shù)發(fā)揮穩(wěn)定保障和促進(jìn)作用，為電力輸送轉(zhuǎn)化提供健康保障。

2.9 實(shí)時(shí)監(jiān)控

綜合自動(dòng)化變電站能夠?qū)ο到y(tǒng)板塊實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)測(cè)。在信息技術(shù)的推動(dòng)保障下，變電站系統(tǒng)運(yùn)行更加暢快平穩(wěn)，監(jiān)控裝置能夠?qū)φ麄€(gè)變電系統(tǒng)實(shí)施全方位監(jiān)測(cè)，確保其運(yùn)行情況能夠良好，實(shí)時(shí)記錄并收集有關(guān)數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過(guò)合理分析和判斷對(duì)變電站整體情況做出評(píng)估，針對(duì)存在的不足和缺陷及時(shí)反饋給管理人員，有針對(duì)性的提出解決和應(yīng)對(duì)措施，確保電力系統(tǒng)完整性和健康程度不受損傷。

2.10 故障信息收集

傳統(tǒng)的變電站問(wèn)題故障處理能力比較低，一旦發(fā)生故障需要耗費(fèi)大量人力物力進(jìn)行修復(fù)和完善。綜合自動(dòng)化變電站能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)信息的有效記錄，在出現(xiàn)故障問(wèn)題時(shí)能夠及時(shí)反饋給工作人員，方便其制定解決方法和應(yīng)對(duì)措施，能夠有效降低事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)和概率，為工作人員減輕負(fù)擔(dān)和壓力的同時(shí)減少工作量，為電力系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，維護(hù)電力運(yùn)行轉(zhuǎn)化的安全性和穩(wěn)定性。

3 電壓無(wú)功補(bǔ)償

按照系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律進(jìn)行無(wú)功調(diào)節(jié)或者人工操控。進(jìn)行自動(dòng)控制時(shí)要按照電壓、規(guī)律和無(wú)功負(fù)荷等做出綜合反應(yīng)，有效保障變電站綜合自動(dòng)化功能成效穩(wěn)定發(fā)揮。

電氣二次設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)注意：控制調(diào)節(jié)變壓器抽頭位置或投退電容器組的信號(hào)，充分保障信號(hào)傳遞和收集的完整性，為電力系統(tǒng)健康運(yùn)行創(chuàng)造有利條件[3]。

3.1 定值傳送

依靠后臺(tái)監(jiān)控機(jī)或調(diào)度端進(jìn)行微機(jī)繼電保護(hù)裝置定值查看，有效實(shí)行遠(yuǎn)程操控和數(shù)據(jù)修改等操作。為變電站工作人員減輕工作負(fù)擔(dān)和壓力，優(yōu)化操作流程與實(shí)際規(guī)范。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)變電站的管理控制非常重要，它能為二次設(shè)計(jì)工作節(jié)省大量時(shí)間和精力，進(jìn)一步保障變電站的運(yùn)行水平和健康狀態(tài)，為變電站功能效用的穩(wěn)定發(fā)揮奠定扎實(shí)基礎(chǔ)，有效促進(jìn)電力事業(yè)的鞏固發(fā)展。

3.2 后臺(tái)監(jiān)控

綜合自動(dòng)化變電站與傳統(tǒng)控制管理方法不同，它通過(guò)選擇監(jiān)控機(jī)替代傳統(tǒng)中央顯示屏，進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)有效布控。很多綜合自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)增設(shè)專門(mén)的工作站點(diǎn)，并對(duì)原有監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行有效加強(qiáng)和鞏固。如果有專門(mén)人員負(fù)責(zé)值班輪守，監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)在后臺(tái)終端平穩(wěn)運(yùn)行，工作人員通過(guò)CRT屏幕或者鍵盤(pán)鼠標(biāo)就能完成各項(xiàng)操作。如果變電站無(wú)人值守，人機(jī)聯(lián)系功能需要通過(guò)上級(jí)調(diào)度中心來(lái)完成，依靠雙重保障作用，變電站監(jiān)測(cè)作用能夠最大限度發(fā)揮出來(lái)。

后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)直接連接有關(guān)線路，沒(méi)有直接連接電氣設(shè)備等有關(guān)裝置，因此電氣二次設(shè)計(jì)不需要考慮太多因素和干擾情況。計(jì)算機(jī)信息設(shè)備需要運(yùn)用交流電源進(jìn)行保障和支撐，其供電過(guò)程不具有平穩(wěn)性和可靠性，應(yīng)當(dāng)同時(shí)運(yùn)用交直替換等保障措施，選擇交流電源與直流電源互相搭配，確保變電站供電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，推動(dòng)電力事業(yè)邁向更高水平和臺(tái)階。

3.3 遠(yuǎn)程通信

變電站數(shù)據(jù)信息應(yīng)當(dāng)及時(shí)管理和存放，變電站運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)信息，其中包括正常運(yùn)行數(shù)據(jù)和故障問(wèn)題信息，在這種條件下，工作人員需要按照實(shí)際情況對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行詳細(xì)了解和掌握，并開(kāi)展合理分析和應(yīng)對(duì)方法。確保變電站各系統(tǒng)板塊都能平穩(wěn)健康運(yùn)行。保障變電站遠(yuǎn)程操控和實(shí)際作用功效都能穩(wěn)定發(fā)揮，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)生產(chǎn)力提供安全保障。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，電力行業(yè)發(fā)展建設(shè)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平起到重要保障作用，其中變電站運(yùn)行狀態(tài)對(duì)電力系統(tǒng)功能效用穩(wěn)定發(fā)揮起到維護(hù)保障作用。在這種條件下，110kV綜合自動(dòng)化變電站電氣二次設(shè)計(jì)尤為重要，很多電力企業(yè)都展開(kāi)深入研究和探討。

眾所周知，變電站包括眾多板塊和系統(tǒng)，各系統(tǒng)間相互作用，具有穩(wěn)定功效和作用，很多系統(tǒng)板塊在變電站當(dāng)中發(fā)揮不可替代的作用，在進(jìn)行電氣二次設(shè)計(jì)時(shí)，需要深入分析并討論電氣設(shè)備功能板塊的具體內(nèi)容，在一次設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上加以補(bǔ)充和完善，有效發(fā)揮二次設(shè)計(jì)的主要功效。在進(jìn)行電氣二次設(shè)計(jì)時(shí)需要制定合理的方案和執(zhí)行計(jì)劃，有效節(jié)約變電站投入成本和建設(shè)費(fèi)用，為變電站電氣二次設(shè)計(jì)提供科學(xué)參考和指導(dǎo)，推動(dòng)變電站系統(tǒng)功能有效發(fā)揮，為電力系統(tǒng)平穩(wěn)健康運(yùn)行奠定扎實(shí)基礎(chǔ)，為我國(guó)電力事業(yè)發(fā)展提供不竭動(dòng)力。