淺析數(shù)字化變電站電氣二次設(shè)計(jì)

朱才桂

杭州國瑞電力科技有限公司

淺析數(shù)字化變電站電氣二次設(shè)計(jì)

朱才桂

杭州國瑞電力科技有限公司

數(shù)字化變電站的電氣系統(tǒng)，主要由一次設(shè)備與二次設(shè)備所構(gòu)成。其中，二次設(shè)備是對一次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測、控制、調(diào)節(jié)與保護(hù)的設(shè)備，它不僅是變電站電氣系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分，也是確保整個(gè)變電站安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基礎(chǔ)。本文結(jié)合工作實(shí)際，著重就數(shù)字化變電站的電氣二次設(shè)計(jì)目標(biāo)及要點(diǎn)進(jìn)行了分析與探討。

數(shù)字化；變電站；電氣二次設(shè)計(jì)

電氣二次設(shè)計(jì)，是數(shù)字化變電站安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要基礎(chǔ)，它不僅是在技術(shù)、設(shè)備、理念上的全方位創(chuàng)新工作，也是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不僅需要涉及到多學(xué)科理論與多領(lǐng)域技術(shù)，還必須采用全新的設(shè)計(jì)思路與方法，以全面提升變電站的綜合自動(dòng)化水平，并能更好的適應(yīng)新時(shí)期電力供應(yīng)優(yōu)質(zhì)、高效的發(fā)展需要。

一、數(shù)字化變電站的電氣技術(shù)特點(diǎn)

數(shù)字化變電站不僅是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)的重要樞紐，而且能為智能電網(wǎng)提供標(biāo)準(zhǔn)、可靠的節(jié)點(diǎn)（一、二次設(shè)備）支持。其站內(nèi)電氣設(shè)備普遍具有系統(tǒng)集成化、結(jié)構(gòu)緊湊化、設(shè)備先進(jìn)化、調(diào)控一體化等多項(xiàng)技術(shù)特征：

（一）系統(tǒng)高度集成

數(shù)字化變電站在設(shè)備上包括一、二次設(shè)備、建筑物及它們之間的集成；在系統(tǒng)上包括了對保護(hù)、測控、計(jì)量、功角測量等二次系統(tǒng)一體化集成和故障錄波、輔助控制等系統(tǒng)的融合；在功能上包括了變電站與調(diào)控、檢修中心功能的無縫銜接。

（二）結(jié)構(gòu)布局合理

數(shù)字化變電站對內(nèi)主要包括了一、二次設(shè)備整體集成優(yōu)化、通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，以及建筑物平面設(shè)計(jì)優(yōu)化；對外包括主接線優(yōu)化，靈活配置運(yùn)行方式適應(yīng)變電站功能定位的轉(zhuǎn)化和電源、用戶接入。

（三）裝備先進(jìn)適用

數(shù)字化變電站采用了一體化的二次設(shè)備，其具有技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)、性能穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)；在系統(tǒng)上通過功能配置、系統(tǒng)調(diào)試，確保了各設(shè)備運(yùn)行控制的靈活高效，調(diào)控有力；在通信系統(tǒng)非常安全可靠，能保障信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確無誤。

（四）支撐調(diào)控一體

數(shù)字化變電站不僅能優(yōu)化信息資源，增加信息維度，精簡信息總量，而且能支持與多級調(diào)控中心的信息傳輸，支撐告警直傳與遠(yuǎn)程瀏覽，從而為主站系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)視控制、信息查詢以及遠(yuǎn)程瀏覽等功能所服務(wù)。

二、數(shù)字化變電站電氣二次設(shè)計(jì)方案

（一）電氣二次設(shè)計(jì)的目標(biāo)

數(shù)字化變電站電氣二次設(shè)計(jì)目標(biāo)，即是在IEC61850通信規(guī)約的基礎(chǔ)上，利用全微機(jī)化、智能化的二次新型設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)所有設(shè)備的“遙測”、“遙控”、“遙信”以及“遙調(diào)”功能，并通過光纖電纜通信，以實(shí)現(xiàn)“一主多備”的環(huán)網(wǎng)運(yùn)行方式的通信網(wǎng)絡(luò)，替代傳統(tǒng)信號(hào)電纜的繁瑣連接。綜合而言，數(shù)字化變電站的電氣二次設(shè)計(jì)，應(yīng)具有設(shè)計(jì)簡潔、維護(hù)方便、占地面積小、變電運(yùn)行更加安全可靠的特點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)變電站無人值班的水平。

（二）電氣二次設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

數(shù)字化變電站電氣二次設(shè)計(jì)的總體框架，主要包括了智能設(shè)備選擇、通信規(guī)約選擇、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這三個(gè)部分，如下圖1所示。

圖1 變電站電氣二次設(shè)計(jì)的總體框架

1、智能設(shè)備的選擇

變電站二次設(shè)備的智能化，是數(shù)字化變電站的重要特征，也是數(shù)字化變電站區(qū)別于常規(guī)變電站的主要標(biāo)志之一。因此，在變電站電氣二次設(shè)計(jì)時(shí)，尤其應(yīng)做好智能設(shè)備的選擇，盡量選用性能優(yōu)良、維護(hù)量小、可靠性高、自動(dòng)化程度高的二次設(shè)備，以保障變電站電力運(yùn)行的安全與可靠。

目前，變電站電氣二次設(shè)計(jì)中智能設(shè)備選擇的要點(diǎn)，主要包括了對智能高壓開關(guān)設(shè)備以及電子式互感器的選擇。其中，智能高壓開關(guān)設(shè)備應(yīng)選擇具有較高性能的開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備，并應(yīng)配備有電子設(shè)備、傳感器和執(zhí)行器，以實(shí)現(xiàn)良好的監(jiān)測與診斷功能；而電子式互感器作為能將一次系統(tǒng)電壓／電流信號(hào)按比例轉(zhuǎn)換成二次信號(hào)的一種裝置，它能有效克服傳統(tǒng)電磁式互感器的缺點(diǎn)，目前常見的電子式互感器主要包括了有源與無源兩類，適用于變電站電氣二次設(shè)計(jì)的主要是有源電子式互感器。

2、通信規(guī)約的選擇

在常規(guī)變電站中，二次設(shè)備使用的通信規(guī)約并不統(tǒng)一，由于不同設(shè)備廠家使用不同的通信規(guī)約，導(dǎo)致各設(shè)備在聯(lián)調(diào)過程中需進(jìn)行不同程度的規(guī)約轉(zhuǎn)換，這都加大了設(shè)備調(diào)試的復(fù)雜性，增加了設(shè)備運(yùn)行維護(hù)的難度與成本。

為滿足技術(shù)的發(fā)展需要，目前我國數(shù)字化變電站普遍采用了新一代的通信規(guī)約（IEC61850），它具有互操作性、開放性、分層體系等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，從而滿足變電站電氣一、二次設(shè)備間的信息共享與互操作的要求。同時(shí)，IEC61850按照變電站自動(dòng)化系統(tǒng)所要完成的監(jiān)視、控制和繼電保護(hù)三大功能，提出了信息分層的概念，從邏輯上、物理概念上，將變電站的通信體系分為三層：過程層、間隔層、站控層，并且定義了層與層之間的通信接口。

因此，盡管傳統(tǒng)的103規(guī)約現(xiàn)今仍然被廣泛應(yīng)用，但是IEC61850標(biāo)準(zhǔn)以其不可取代的優(yōu)勢，更加適宜用于數(shù)字化變電站的電氣二次設(shè)計(jì)當(dāng)中。

3、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在IEC61850通信規(guī)約的基礎(chǔ)上，數(shù)字化變電站是由智能化的一次設(shè)備與二次設(shè)備分層（過程層、間隔層、站控層）構(gòu)建而成，從而實(shí)現(xiàn)站內(nèi)電氣設(shè)備間的信息共享與互操作性。因此，二次設(shè)備的分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，也是變電站電氣二次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

目前，變電站二次設(shè)備的間隔層網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案，主要采用的是點(diǎn)對點(diǎn)技術(shù)；站控層網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案，則主要采用的是星型以太網(wǎng)。通過二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)變電站信息的數(shù)字化采集與網(wǎng)絡(luò)化信息交互，并具有全站信息數(shù)字化、平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化、高級應(yīng)用互動(dòng)化這四個(gè)重要特征。

總結(jié)

構(gòu)建堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，已成為了保障我國能源安全以及承載社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的關(guān)鍵因素。而數(shù)字化變電站，則是當(dāng)前銜接智能電網(wǎng)發(fā)電、輸電、配電、變電等各環(huán)節(jié)的重要樞紐，也是實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)化與電力控制的核心平臺(tái)。本文從著重就數(shù)字化變電站的電氣二次設(shè)計(jì)目標(biāo)、設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了分析與探討，以此希望對我國電力系統(tǒng)的發(fā)展能有所參考與借鑒。

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