章學(xué)明

(上海電力高壓實(shí)業(yè)有限公司，上海 200331)

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變電站的發(fā)展方向及二次設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

章學(xué)明

(上海電力高壓實(shí)業(yè)有限公司，上海 200331)

提出了變電站的發(fā)展方向，簡(jiǎn)單介紹智能化變電站的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)， 提出了智能化變電站電氣二次設(shè)計(jì)需要注意的問(wèn)題，分析了智能化變電站中電氣二次設(shè)計(jì)的具體方案。

變電站；智能系統(tǒng)；二次設(shè)計(jì)

由于我國(guó)最近幾年科技有了很大的發(fā)展，變電站作為基礎(chǔ)建設(shè)之一，也開(kāi)始使用新技術(shù)。目前，無(wú)論是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還是計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)都已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)成熟，在我國(guó)的電力系統(tǒng)中，信息技術(shù)也已經(jīng)普遍應(yīng)用。應(yīng)用信息技術(shù)，可以把電力信號(hào)智能化，建立強(qiáng)大的數(shù)據(jù)儲(chǔ)備資源，為后期變電系統(tǒng)的控制提供基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)技術(shù)可以取代過(guò)去古老的變電測(cè)量、檢測(cè)、保護(hù)和排查，以全新的方式操控變電站。目前智能化變電站已經(jīng)可以做到變電站間的數(shù)據(jù)共通和信息傳遞，并且具備了現(xiàn)代化變電站應(yīng)用的規(guī)模，因此智能化變電站成為新型變電站建設(shè)的發(fā)展方向。其中變電站電氣二次設(shè)計(jì)是智能化建設(shè)的關(guān)鍵，直接關(guān)系著變電站的正常運(yùn)行。

1 智能化變電站特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)介

智能傳感器和智能化設(shè)備的使用，加上計(jì)算機(jī)信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普遍使用，使得我國(guó)電力系統(tǒng)變電站的技術(shù)也得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步和發(fā)展。

全智能化系統(tǒng)可以把各種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成智能化的信號(hào)，充分體現(xiàn)出電氣數(shù)據(jù)處理和分析的智能化優(yōu)越性，體現(xiàn)了各種信息和數(shù)據(jù)集成化的優(yōu)點(diǎn)，給變電站電氣二次設(shè)計(jì)提供一定的基礎(chǔ)。由于以前變電站的數(shù)字化系統(tǒng)無(wú)論是數(shù)據(jù)的測(cè)量、檢測(cè)、保護(hù)和排查，還是監(jiān)視、控制、計(jì)量和排障都獨(dú)立運(yùn)行、互不聯(lián)系。因此，需要采取計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形式對(duì)整個(gè)電氣系統(tǒng)進(jìn)行全面的監(jiān)控。配備必要的監(jiān)控系統(tǒng)、繼電器和智能開(kāi)關(guān)，將原來(lái)設(shè)備復(fù)雜、信息溝通少、投資費(fèi)用高的變電器系統(tǒng)，改造成全系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)，信息交換通暢的自動(dòng)化智能系統(tǒng)，將原有功能單一的裝置，整合成信息集中、配備優(yōu)化的系統(tǒng)。

智能化的變電站結(jié)構(gòu)組成有三層兩網(wǎng)，三層：站控層、間隔層、過(guò)程層。兩網(wǎng)：站控層網(wǎng)絡(luò)和過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)。這種結(jié)構(gòu)可以將所有的信號(hào)智能化的進(jìn)行收集、歸納、分析、處理和輸出，基本實(shí)現(xiàn)全變電系統(tǒng)的信息、通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化和智能化，建立標(biāo)準(zhǔn)化、全方位的信息統(tǒng)一體系，真正達(dá)到智能化的要求。

智能化變電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：

(1)在智能化變電站中，采用了具有過(guò)程層的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能夠大大提高變電站人力和物力的效率；

(2)鑒于智能化變電站采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，變電站就和網(wǎng)絡(luò)具有了相同的優(yōu)點(diǎn)，主要是方便了人們之間的信息交換和共享，提高了信息傳遞的速度；

(3)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步給我們提供了很多精密的電子儀器和設(shè)備，這些設(shè)備將最先進(jìn)的技術(shù)和實(shí)際應(yīng)用結(jié)合在一起，充分發(fā)揮了技術(shù)的優(yōu)越性，在變電系統(tǒng)的檢查和數(shù)據(jù)分析上表現(xiàn)出非常強(qiáng)的實(shí)用功能；

(4)由于間隔層中智能化終端的使用，使通過(guò)光纖進(jìn)行的通信更直接，更便捷。人們往往只需要控制管理好光纖的具體走向，就可以掌控整個(gè)變電站系統(tǒng)的工作情況；

(5)智能化變電站具有靈活性、簡(jiǎn)便性、可操作性強(qiáng)等特點(diǎn)，有效的實(shí)現(xiàn)先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和變電站電氣二次設(shè)計(jì)的完美融合。

2 智能化變電站電氣二次設(shè)計(jì)需要注意的問(wèn)題

電氣二次設(shè)計(jì)的主要工作包括是檢查一次線(xiàn)路和設(shè)備、測(cè)量一次設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)和檢測(cè)控制電路是否正常，一次設(shè)備的操作控制等等。電氣二次設(shè)計(jì)主要針對(duì)于:元件繼電保護(hù)、系統(tǒng)繼電保護(hù)、直流電源系統(tǒng)、變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和自動(dòng)化工程安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。

下面就針對(duì)于電氣二次設(shè)計(jì)中常遇到的問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)分析。

(1)繼電保護(hù)問(wèn)題

繼電保護(hù)分為元件繼電保護(hù)和系統(tǒng)繼電保護(hù)。元件繼電保護(hù)主要是指對(duì)變壓器的繼電保護(hù)，主要包括廠用變壓器保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)以及變壓器組保護(hù)等。系統(tǒng)繼電保護(hù)可以檢測(cè)出系統(tǒng)中不正常運(yùn)行的元件，及時(shí)切斷這些元件和系統(tǒng)的聯(lián)系。

(2)光纖縱差保護(hù)問(wèn)題

光纖縱差保護(hù)是指在兩側(cè)電氣量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后通過(guò)光纖進(jìn)行雙側(cè)通訊，從而比較兩側(cè)電氣量的一種差動(dòng)保護(hù)。與一般的差動(dòng)保護(hù)相比，光纖縱差保護(hù)的差流回路線(xiàn)纜可以很長(zhǎng)，也不會(huì)對(duì)流變二次回路的負(fù)載造成太大影響。此外，光纖差動(dòng)保護(hù)防雷防電的能力較強(qiáng)，可以傳輸?shù)男畔⒘枯^大、中繼距離長(zhǎng)。

(3)流變和壓變的級(jí)次選擇配置問(wèn)題

電流互感器和電壓互感器主要是為繼電儀表、繼電測(cè)量、繼電保護(hù)提供一次電流電壓的信息。電流互感器和電壓互感器的二次參數(shù)與繼電儀表、繼電測(cè)量、繼電保護(hù)相關(guān)聯(lián)。由于二次纜線(xiàn)長(zhǎng)度及電磁干擾的問(wèn)題使得儀器的測(cè)量值不夠準(zhǔn)確，前后兩次參數(shù)不重合。光電互感器的發(fā)明解決了這個(gè)問(wèn)題。光電互感器是一種將計(jì)算機(jī)技術(shù)和光纖通信技術(shù)綜合利用的新型互感器，在形成的光纖局域網(wǎng)中，光電互感器與電子式儀器儀表、計(jì)算機(jī)測(cè)量、保護(hù)裝置的接口標(biāo)準(zhǔn)化、合理化，就能夠簡(jiǎn)化二次保護(hù)裝置、簡(jiǎn)化二次測(cè)量裝置，并提高參數(shù)的準(zhǔn)確性。

(4)安全生產(chǎn)問(wèn)題

在保證電氣二次設(shè)計(jì)技術(shù)達(dá)到指標(biāo)的基礎(chǔ)上，必須高度重視安全問(wèn)題。電力系統(tǒng)是個(gè)復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)，涉及的電壓很高，對(duì)人身安全有很大威脅。因此，在進(jìn)行電氣二次設(shè)計(jì)時(shí)，必須有相關(guān)的防護(hù)措施，一般采用安全防誤裝置。

3 智能化變電站中電氣二次設(shè)計(jì)的具體方案

(1)挑選先進(jìn)的設(shè)備

智能化變電站主要采用的先進(jìn)設(shè)備有二次設(shè)備、電子互感器及智能開(kāi)關(guān)等。由于二次設(shè)備種類(lèi)比較單一，所以只能采用以網(wǎng)絡(luò)形式為主體的二次設(shè)備。在挑選電子互感器時(shí)，有兩種類(lèi)型，分為無(wú)源電子傳感器與有源電子互感器，在我國(guó)主要采用的是有源電子互感器，這種類(lèi)型的互感器適合中國(guó)的變電系統(tǒng)。至于智能開(kāi)關(guān)，我國(guó)普遍采用智能終端和原始開(kāi)關(guān)相結(jié)合的方式。

(2)變電系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)

目前超高壓電網(wǎng)中智能變電站系統(tǒng)大部分是220 V電壓，可以滿(mǎn)足30 kV至500 kV之間的功率要求。上文中已經(jīng)討論過(guò)，智能變電站系統(tǒng)分為過(guò)程層、間隔層和站控層三部分。其中，間隔層與站控層兩級(jí)的信息交流基本依靠以太網(wǎng)來(lái)完成的，而且間隔層的設(shè)備采用的系統(tǒng)不僅能夠交流數(shù)據(jù)，還可以對(duì)各個(gè)單元起到單獨(dú)封鎖的作用。因此，過(guò)程層可以通過(guò)以太網(wǎng)，準(zhǔn)確的將信息傳到間隔層和其他設(shè)備。

(3)設(shè)計(jì)電路圖

對(duì)于智能化變電站電氣二次設(shè)計(jì)，電路的設(shè)計(jì)也尤為重要。因?yàn)殡娮踊ジ衅魇峭ㄟ^(guò)光纜實(shí)現(xiàn)信息和信號(hào)的輸送和傳遞的，所以完備的電路圖可以保證整個(gè)變電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。變電站電氣二次設(shè)計(jì)所采用的智能終端是能感受命令的終端，它能夠及時(shí)接收光纜所傳遞的信息，對(duì)系統(tǒng)的開(kāi)閉起控制作用。這個(gè)過(guò)程就是系統(tǒng)智能化的過(guò)程。由于一次設(shè)備的反饋信號(hào)會(huì)在處理后送至二次設(shè)備處，二次設(shè)備再把信息輸送到智能終端，整個(gè)信號(hào)的傳遞過(guò)程充分地體現(xiàn)了智能變電站系統(tǒng)在信息的整合和輸送功能方面的優(yōu)勢(shì)。

(4)屏的組成

智能化變電站電氣二次設(shè)計(jì)還關(guān)系到組屏的設(shè)計(jì)。區(qū)別于傳統(tǒng)的組屏模式，一般來(lái)說(shuō)，智能化變電站的組屏方法是：能夠同時(shí)包括所有要求的功能，操作簡(jiǎn)單，系統(tǒng)組成一目了然。此外，如果適用的電壓不同，那么組屏的方式也要有所不同?？梢圆捎孟确纸M進(jìn)行組屏，待各個(gè)部分組屏成功后，再將所有分組進(jìn)行整合。變電站的主機(jī)部分的操作一定要在中心控制室中完成，除非某些特別的設(shè)備能夠獨(dú)立完成工作。

(5)終端接線(xiàn)圖

智能化變電站電氣二次設(shè)計(jì)很重要的部分包括終端接線(xiàn)部分。為了簡(jiǎn)化工序，一次和二次終端的設(shè)計(jì)可以同時(shí)進(jìn)行，主電路設(shè)計(jì)完成后，再規(guī)劃額外的電路部分，達(dá)到綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。如果二次電路設(shè)計(jì)得簡(jiǎn)單一些，就能大大降低事故發(fā)生的危險(xiǎn)性。此外，老化的電纜要及時(shí)更換，保證變電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，達(dá)到智能化的要求。

4 結(jié)語(yǔ)

目前,我國(guó)屬于工業(yè)化發(fā)展階段,無(wú)論是企業(yè)生產(chǎn)，還是居民生活，都對(duì)電力系統(tǒng)提出了更高的要求，因此，電力系統(tǒng)要保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定供電也必須在技術(shù)上有所提高。作為電力系統(tǒng)的重要部分，變電站正在大踏步地向智能化發(fā)展。智能化變電站有著區(qū)別于傳統(tǒng)變電站的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，從一、二次設(shè)備選型到保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)都有所不同，因此智能化變電站電氣二次設(shè)計(jì)也有相應(yīng)需要注意的問(wèn)題。同時(shí)智能化變電站是新技術(shù)的革命，需要專(zhuān)業(yè)人員不斷學(xué)習(xí)新技術(shù)，及時(shí)掌握相關(guān)知識(shí)，確保設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能在實(shí)際生產(chǎn)中安全穩(wěn)定運(yùn)行，以適應(yīng)整個(gè)電網(wǎng)智能化發(fā)展的需要。

(本文編輯：楊林青)

Development Trend of Substation and Electrical Secondary Design Analysis

ZHANG Xue-ming

(Shanghai Electric High Voltage Industrial Co., Ltd., Shanghai 200331, China)

This paper presents the development trend of substation, outlines the characteristics and advantages of intelligent substation, points out the problems in intelligent substation electrical secondary design, and finally analyzes the concrete scheme for intelligent substation electrical secondary design.

substation; intelligent system; electrical secondary design

10.11973/dlyny201506011

章學(xué)明(1973)，女，工程師，從事電氣設(shè)計(jì)工作。

TM63

B

2095-1256(2015)06-0794-03

2015-10-22