變電站電氣二次設(shè)計方案探討

張軒政

(山西漳電大唐塔山發(fā)電有限公司，山西大同 037000)

[摘要]變電站可以綜合處理系統(tǒng)運行產(chǎn)生的電力、電壓，是發(fā)電廠、用戶之間連接的媒介，有獨立的運行系統(tǒng)。而實現(xiàn)變電站的電氣二次設(shè)計后，可以進一步優(yōu)化系統(tǒng)的建設(shè)，讓變電站的運行變得更加穩(wěn)定。故需給出完善的設(shè)計方案，并按照設(shè)計方案豐富系統(tǒng)功能。

關(guān)鍵詞 變電站 電氣二次設(shè)計 通信規(guī)約 站用電源系統(tǒng)

中圖分類號 TM76;TM63

0引言

變電站是輸電系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，在整個電網(wǎng)建設(shè)中位于重要位置，而它二次系統(tǒng)的設(shè)計，可優(yōu)化對電網(wǎng)的控制與監(jiān)控，讓回路處于最佳的運行狀態(tài)，保證系統(tǒng)安全運行。從已經(jīng)出現(xiàn)的電力系統(tǒng)的故障分析，得出出現(xiàn)故障的原因是線路運行的問題，故需優(yōu)化對線路的科學保護，讓變電站順利運行。

1變電站電氣二次設(shè)計方案的注意事項

1.1線路。

1.1.1分相電流差

變電站的所有線路中，不同的線路會傳輸不同功率的電流，又因為電磁式互感器的飽和，形成了電流差。所以，設(shè)計方案時為消除電流差，需讓電磁式互感器具有非飽和的特征。

1.1.2距離

實現(xiàn)距離保護的目的是判斷電流運行時是否產(chǎn)生非周期分量，但變電器常用的電磁交互器很難改變菲周期含量，由此引發(fā)的情況是：擴大了故障檢測的距離，增加了誤差。對于這一點最常用的解決方式是用擴大數(shù)據(jù)窗的方式減小誤差，但會降低了保護的速度。電子式互感器的使用，是用微積分的阻抗算法，縮小數(shù)據(jù)窗的大小，以加快距離保護的速度。

1.2過流

當電磁式互感器達到飽和后，反時限過流保護的時間會受到影響，保護的時間延遲。另外，相角的測試角度也會改變電流的保護方式，如果互感器的狀態(tài)飽和，相角的精確測量就會受到影響，引發(fā)二次波形的畸變。為解決這一難題，我們應(yīng)選擇不具備飽和特征、不屬于常規(guī)使用范疇的互感器。

1.3母差與數(shù)字化的低周保護

1.3.1母差保護

設(shè)計人員設(shè)計母差保護時，可以通過子站的設(shè)置，把系統(tǒng)內(nèi)的模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號，把原有的單一母差保護變?yōu)槟覆钪髡?、子站的保護。在保護的過程中，子站的使用會有一個過渡，連接系統(tǒng)產(chǎn)生的電流、電壓與開關(guān)，而每個電流之間有一定的間隔。完成每個間隔的數(shù)字化設(shè)計后，間隔內(nèi)的電流、電壓逐一與主站連接，借助網(wǎng)絡(luò)完成數(shù)據(jù)連接。

1.3.2數(shù)字化低周保護

新的系統(tǒng)建立后，可實現(xiàn)數(shù)字式低周無線屯纜的保護，即它會在合并單元的接口處，搜集母線電壓的數(shù)值，并基于數(shù)據(jù)計算其頻率，把計算結(jié)果轉(zhuǎn)化為報文的形式輸出。而在每個間隔中設(shè)置自動投退板，是根據(jù)已有的數(shù)據(jù)定值，決定出口跳壓投退的數(shù)值，以發(fā)揮低周跳線路的功能。

2變電站電氣二次設(shè)計的方案

目前，變電站電氣的二次設(shè)計逐漸從傳統(tǒng)的設(shè)計方式向數(shù)字化、智能化的方式轉(zhuǎn)變。所以，本文是根據(jù)上述注意事項，借助現(xiàn)代信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，完成電氣二次方案的數(shù)字化設(shè)計。

2.1科學選擇智能設(shè)備

數(shù)字變電站建設(shè)的過程中，使用的智能設(shè)備包括二次設(shè)備、智能開關(guān)等。其中，二次設(shè)備具有唯一性，即運用以網(wǎng)絡(luò)形式為主的二次設(shè)備，而智能開關(guān)的選擇是在系統(tǒng)中加入智能終端，或是使用傳統(tǒng)的開關(guān)組合。除以上兩個智能設(shè)備外，系統(tǒng)建設(shè)時也會使用電子式交互器，它有兩種選擇，一是無源電子式，二是有源電子式，當下我國主要使用的是后一種。

2.2合理選擇通信規(guī)約

數(shù)字化的電氣二次設(shè)計方案，需要變電站設(shè)計自己的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并明確網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的層次。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的層次是：站控網(wǎng)絡(luò)層與過程網(wǎng)絡(luò)層，前者的通信規(guī)約有兩種，一是103規(guī)約，二是IEC 61850規(guī)約，后者會使用IEC 61850規(guī)約，但它也會使用IEC 60044 -8觀約。這三種中，l03規(guī)約可以為傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信層提供服務(wù)，所以站控網(wǎng)絡(luò)層會選擇后者，而過程網(wǎng)絡(luò)層是把兩種可使用的規(guī)約整合，把整合后的規(guī)約作為通信規(guī)約使用。

2.3優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計

數(shù)字化系統(tǒng)多在電壓在35～500 kV的變電站中使;用實際設(shè)計時需結(jié)合IEC 61850規(guī)約。系統(tǒng)的整體層次可以劃分為三層，分別是過程層、間隔層與站控層。這三個層次中，間隔層和控制層傳遞信息的途徑是使用IEC61850 -8 -1規(guī)約，站控和間隔層是把以太網(wǎng)作為兩}者連接的媒介，在兩個層次間建立交流的通道，另間隔層數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞绞墙柚鶪OOSE協(xié)議，建立與其他兩個層敞數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?，進行層與層之間數(shù)據(jù)的單向、雙向傳隧，這可以有效提升間隔單元具有的防誤閉鎖能力。

過程層設(shè)備的使用是把以太網(wǎng)和IEC 61850-9 -2規(guī)約融合，并通過數(shù)據(jù)傳輸通道把信息傳輸?shù)介g隔保護層中，以及相應(yīng)的設(shè)備上。而數(shù)字化系統(tǒng)使用的設(shè)備也包含了不屬于IEC 61 50規(guī)約的沒備，比如IED設(shè)備，對于這類設(shè)備，可通過轉(zhuǎn)化操作讓其接入系統(tǒng)。

2.4 畫出設(shè)計原理圖

待初步確定設(shè)計方案后，可以畫出設(shè)計原理圖，讓方案的遠離用直觀的方式展示出來。即完成電氣設(shè)備的二次設(shè)計時，會先通過電子式交互器搜集信息，隨后對信息進行量化處理，并以光纖為載體，把信息傳輸?shù)蕉卧O(shè)備中。確保設(shè)備運行的穩(wěn)定。而設(shè)計使用的智能開關(guān)也可以進行智能終端的操作，把操作命令放到在光纖上，通過光線的運行把命令傳到各個設(shè)備上，而它傳輸?shù)拿畎ê祥l命令等，由此，可讓命令的傳遞具備數(shù)字化功能。

一次設(shè)備開關(guān)量的信息經(jīng)過數(shù)字化的轉(zhuǎn)化后，可以傳輸?shù)蕉卧O(shè)備中，隨后二次設(shè)備與智能終端建立連接，由前者單向的把數(shù)據(jù)傳向智能終端，在這個過程中，優(yōu)化了開關(guān)量信息的采集、整理，實現(xiàn)了開關(guān)量信息的數(shù)字輸出，增加了處理、輸出的數(shù)字化功能。由此，設(shè)計人員可以畫出對應(yīng)的設(shè)計圖。

2.5 設(shè)計組屏方案與和端子排圖

設(shè)計組屏方案是運用信息技術(shù)，從不同方面設(shè)計方案，保證了方案內(nèi)功能的齊全，增加方案的可行性。同時，他可以優(yōu)化設(shè)計多個等級電壓一體化裝置的使用，用對應(yīng)的方式處理，最后把組屏進行合并。這一方式與傳統(tǒng)的設(shè)計方式明顯的不同，即它可以加快設(shè)計的速度，提高設(shè)計的準確性，為實際操作帶來便利。故設(shè)計人員設(shè)計方案時，應(yīng)把多個主機與系統(tǒng)放在不同的主控室內(nèi)，綜合分析后完成設(shè)計，放到一個或多個組屏中，而如果設(shè)備不屬于通信規(guī)約智能設(shè)備的范疇，需放在獨立的組屏內(nèi)。

另外，設(shè)計端子排圖時，為減少設(shè)計人員的工作量，可以只設(shè)計二次部分的端子，一次設(shè)備與二次設(shè)備的過渡可以直接省略。而若是在設(shè)計中出現(xiàn)多余的回路，可以用不同的方式簡化設(shè)計。如此，可以簡化二次回路的設(shè)計，減少保護把手的使用，保證工作人員操作過程中的安全，減少事故出現(xiàn)的概率。另外，這也可以有效處理光纖在使用過程中老化的問題，讓系統(tǒng)的運行保持穩(wěn)定，真正實現(xiàn)全數(shù)字化的建設(shè)

3變電站電氣二次系統(tǒng)功能的整合

變電站電氣實現(xiàn)數(shù)字化的二次設(shè)計后，可以優(yōu)化變電站內(nèi)資源的配置，實現(xiàn)變電站內(nèi)不同功能的整合。

3.1站用電源系統(tǒng)的整合

變電站使用的電源系統(tǒng)包括直流、交流與交流不間斷的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的穩(wěn)定運行是變電站運行的根本。而若是系統(tǒng)出現(xiàn)問題，會影響變電站的安全，引發(fā)大范圍的故障停電。由此，系統(tǒng)會使用一體化電源技術(shù)，即系統(tǒng)內(nèi)有兩個蓄電池組：一個是常用蓄電池，用于日常提供電力;另一個是備用蓄電池組，一旦電力供應(yīng)出現(xiàn)故障，可以通過電源逆變的操作，為各個設(shè)備提供電力。這項技術(shù)使用后，變電站內(nèi)的三個電源系統(tǒng)可以快速融合，實現(xiàn)模塊化、數(shù)字化操作，且各個系統(tǒng)無需接線，即可完成系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳輸。

由此，可以總結(jié)出一體化電源技術(shù)的優(yōu)勢：減少了電能的使用，使變電站的運行帶來更多的經(jīng)濟效益，實現(xiàn)環(huán)保，同時也為后期維護提供了便利。而用一體化電源技術(shù)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了全網(wǎng)絡(luò)化的操作，每個子系統(tǒng)制之間可以實現(xiàn)信息共享，便于后期進一步開發(fā)。這在某種程度上也延長了維護的周期，減少了電源維護使用的成本。但這項技術(shù)的不足是：要求工作人員有較高的技術(shù)水平，不斷完善設(shè)備。

3.2實現(xiàn)合并單元與智能終端的整合

目前，很多變電站電氣二次設(shè)計后都會選擇合并單元、智能終端就地下放的安裝方式。隨著電壓等級的變化，會遵循不同的設(shè)計原則，如果是110 kV以下的電壓，是單套配置原則，一套保護與相應(yīng)的單元與終端;若是220 kV的電壓，為雙套配置原則，兩套保護與相應(yīng)的單元與終端，而保護的裝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則，確定需合并的數(shù)量與配置方案，而過程中也需要繼電器保護的配置方案，它可以決定配置后的間隔數(shù)，而這些方案制定結(jié)束后，隨即按照方案內(nèi)容實施。即可以在主變側(cè)合的終端放置兩套配置，或是為主變本體的終端配置單套配置，并用保護措施保護;在220 kV線路合并的終端放置雙套配置;在110 kV的終端放置單套配置;10 kV的電壓下，工作人員會在開關(guān)柜內(nèi)設(shè)置保護，但除主變進線外，柜內(nèi)其他設(shè)備都不可以配置單元與終端。

4結(jié)語

本文共包含三方面論述，分別是變電站電氣二次設(shè)計方案的注意事項、具體的方案內(nèi)容，以及方案設(shè)計后功能整合。其中，設(shè)計方案是要求設(shè)計者科學選擇智能設(shè)備與通信規(guī)約，畫出設(shè)計原理圖，并優(yōu)化組屏方案與和端子排圖的設(shè)計，由此實現(xiàn)站用電源系統(tǒng)、合并單元和智能終端的整合，實現(xiàn)數(shù)字變電站的設(shè)計。

參考文獻

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