变电站电气二次设计方案探讨

变电站电气二次设计方案探讨

张轩政

(山西漳电大唐塔山发电有限公司，山西大同 037000)

[摘要]变电站可以综合处理系统运行产生的电力、电压，是发电厂、用户之间连接的媒介，有独立的运行系统。而实现变电站的电气二次设计后，可以进一步优化系统的建设，让变电站的运行变得更加稳定。故需给出完善的设计方案，并按照设计方案丰富系统功能。

关键词 变电站 电气二次设计 通信规约 站用电源系统

中图分类号 TM76;TM63

0引言

变电站是输电系统的核心环节，在整个电网建设中位于重要位置，而它二次系统的设计，可优化对电网的控制与监控，让回路处于最佳的运行状态，保证系统安全运行。从已经出现的电力系统的故障分析，得出出现故障的原因是线路运行的问题，故需优化对线路的科学保护，让变电站顺利运行。

1变电站电气二次设计方案的注意事项

1.1线路。

1.1.1分相电流差

变电站的所有线路中，不同的线路会传输不同功率的电流，又因为电磁式互感器的饱和，形成了电流差。所以，设计方案时为消除电流差，需让电磁式互感器具有非饱和的特征。

1.1.2距离

实现距离保护的目的是判断电流运行时是否产生非周期分量，但变电器常用的电磁交互器很难改变菲周期含量，由此引发的情况是：扩大了故障检测的距离，增加了误差。对于这一点最常用的解决方式是用扩大数据窗的方式减小误差，但会降低了保护的速度。电子式互感器的使用，是用微积分的阻抗算法，缩小数据窗的大小，以加快距离保护的速度。

1.2过流

当电磁式互感器达到饱和后，反时限过流保护的时间会受到影响，保护的时间延迟。另外，相角的测试角度也会改变电流的保护方式，如果互感器的状态饱和，相角的精确测量就会受到影响，引发二次波形的畸变。为解决这一难题，我们应选择不具备饱和特征、不属于常规使用范畴的互感器。

1.3母差与数字化的低周保护

1.3.1母差保护

设计人员设计母差保护时，可以通过子站的设置，把系统内的模拟信号变为数字信号，把原有的单一母差保护变为母差主站、子站的保护。在保护的过程中，子站的使用会有一个过渡，连接系统产生的电流、电压与开关，而每个电流之间有一定的间隔。完成每个间隔的数字化设计后，间隔内的电流、电压逐一与主站连接，借助网络完成数据连接。

1.3.2数字化低周保护

新的系统建立后，可实现数字式低周无线屯缆的保护，即它会在合并单元的接口处，搜集母线电压的数值，并基于数据计算其频率，把计算结果转化为报文的形式输出。而在每个间隔中设置自动投退板，是根据已有的数据定值，决定出口跳压投退的数值，以发挥低周跳线路的功能。

2变电站电气二次设计的方案

目前，变电站电气的二次设计逐渐从传统的设计方式向数字化、智能化的方式转变。所以，本文是根据上述注意事项，借助现代信息技术与网络技术，完成电气二次方案的数字化设计。

2.1科学选择智能设备

数字变电站建设的过程中，使用的智能设备包括二次设备、智能开关等。其中，二次设备具有唯一性，即运用以网络形式为主的二次设备，而智能开关的选择是在系统中加入智能终端，或是使用传统的开关组合。除以上两个智能设备外，系统建设时也会使用电子式交互器，它有两种选择，一是无源电子式，二是有源电子式，当下我国主要使用的是后一种。

2.2合理选择通信规约

数字化的电气二次设计方案，需要变电站设计自己的网络结构，并明确网络结构的层次。网络结构的层次是：站控网络层与过程网络层，前者的通信规约有两种，一是103规约，二是IEC 61850规约，后者会使用IEC 61850规约，但它也会使用IEC 60044 -8观约。这三种中，l03规约可以为传统的网络通信层提供服务，所以站控网络层会选择后者，而过程网络层是把两种可使用的规约整合，把整合后的规约作为通信规约使用。

2.3优化网络结构的设计

数字化系统多在电压在35～500 kV的变电站中使;用实际设计时需结合IEC 61850规约。系统的整体层次可以划分为三层，分别是过程层、间隔层与站控层。这三个层次中，间隔层和控制层传递信息的途径是使用IEC61850 -8 -1规约，站控和间隔层是把以太网作为两}者连接的媒介，在两个层次间建立交流的通道，另间隔层数据传输的方式是借助GOOSE协议，建立与其他两个层敞数据传输的通道，进行层与层之间数据的单向、双向传隧，这可以有效提升间隔单元具有的防误闭锁能力。

过程层设备的使用是把以太网和IEC 61850-9 -2规约融合，并通过数据传输通道把信息传输到间隔保护层中，以及相应的设备上。而数字化系统使用的设备也包含了不属于IEC 61 50规约的没备，比如IED设备，对于这类设备，可通过转化操作让其接入系统。

2.4 画出设计原理图

待初步确定设计方案后，可以画出设计原理图，让方案的远离用直观的方式展示出来。即完成电气设备的二次设计时，会先通过电子式交互器搜集信息，随后对信息进行量化处理，并以光纤为载体，把信息传输到二次设备中。确保设备运行的稳定。而设计使用的智能开关也可以进行智能终端的操作，把操作命令放到在光纤上，通过光线的运行把命令传到各个设备上，而它传输的命令包括合闸命令等，由此，可让命令的传递具备数字化功能。

一次设备开关量的信息经过数字化的转化后，可以传输到二次设备中，随后二次设备与智能终端建立连接，由前者单向的把数据传向智能终端，在这个过程中，优化了开关量信息的采集、整理，实现了开关量信息的数字输出，增加了处理、输出的数字化功能。由此，设计人员可以画出对应的设计图。

2.5 设计组屏方案与和端子排图

设计组屏方案是运用信息技术，从不同方面设计方案，保证了方案内功能的齐全，增加方案的可行性。同时，他可以优化设计多个等级电压一体化装置的使用，用对应的方式处理，最后把组屏进行合并。这一方式与传统的设计方式明显的不同，即它可以加快设计的速度，提高设计的准确性，为实际操作带来便利。故设计人员设计方案时，应把多个主机与系统放在不同的主控室内，综合分析后完成设计，放到一个或多个组屏中，而如果设备不属于通信规约智能设备的范畴，需放在独立的组屏内。

另外，设计端子排图时，为减少设计人员的工作量，可以只设计二次部分的端子，一次设备与二次设备的过渡可以直接省略。而若是在设计中出现多余的回路，可以用不同的方式简化设计。如此，可以简化二次回路的设计，减少保护把手的使用，保证工作人员操作过程中的安全，减少事故出现的概率。另外，这也可以有效处理光纤在使用过程中老化的问题，让系统的运行保持稳定，真正实现全数字化的建设

3变电站电气二次系统功能的整合

变电站电气实现数字化的二次设计后，可以优化变电站内资源的配置，实现变电站内不同功能的整合。

3.1站用电源系统的整合

变电站使用的电源系统包括直流、交流与交流不间断的系统，这些系统的稳定运行是变电站运行的根本。而若是系统出现问题，会影响变电站的安全，引发大范围的故障停电。由此，系统会使用一体化电源技术，即系统内有两个蓄电池组：一个是常用蓄电池，用于日常提供电力;另一个是备用蓄电池组，一旦电力供应出现故障，可以通过电源逆变的操作，为各个设备提供电力。这项技术使用后，变电站内的三个电源系统可以快速融合，实现模块化、数字化操作，且各个系统无需接线，即可完成系统间的数据传输。

由此，可以总结出一体化电源技术的优势：减少了电能的使用，使变电站的运行带来更多的经济效益，实现环保，同时也为后期维护提供了便利。而用一体化电源技术构建的网络，实现了全网络化的操作，每个子系统制之间可以实现信息共享，便于后期进一步开发。这在某种程度上也延长了维护的周期，减少了电源维护使用的成本。但这项技术的不足是：要求工作人员有较高的技术水平，不断完善设备。

3.2实现合并单元与智能终端的整合

目前，很多变电站电气二次设计后都会选择合并单元、智能终端就地下放的安装方式。随着电压等级的变化，会遵循不同的设计原则，如果是110 kV以下的电压，是单套配置原则，一套保护与相应的单元与终端;若是220 kV的电压，为双套配置原则，两套保护与相应的单元与终端，而保护的装置也是采用就地放置的方式。故其整合方案是：遵循合并中端配置原则，确定需合并的数量与配置方案，而过程中也需要继电器保护的配置方案，它可以决定配置后的间隔数，而这些方案制定结束后，随即按照方案内容实施。即可以在主变侧合的终端放置两套配置，或是为主变本体的终端配置单套配置，并用保护措施保护;在220 kV线路合并的终端放置双套配置;在110 kV的终端放置单套配置;10 kV的电压下，工作人员会在开关柜内设置保护，但除主变进线外，柜内其他设备都不可以配置单元与终端。

4结语

本文共包含三方面论述，分别是变电站电气二次设计方案的注意事项、具体的方案内容，以及方案设计后功能整合。其中，设计方案是要求设计者科学选择智能设备与通信规约，画出设计原理图，并优化组屏方案与和端子排图的设计，由此实现站用电源系统、合并单元和智能终端的整合，实现数字变电站的设计。

参考文献

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