變電站電氣二次設(shè)計(jì)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(yùn)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(dú)立的運(yùn)行系統(tǒng)。而實(shí)現(xiàn)變電站的電氣二次設(shè)計(jì)后，可以進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)的建設(shè)，讓變電站的運(yùn)行變得更加穩(wěn)定。故需給出完善的設(shè)計(jì)方案，并按照設(shè)計(jì)方案豐富系統(tǒng)功能。

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

中圖分類(lèi)號(hào) TM76;TM63

0引言

變電站是輸電系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，在整個(gè)電網(wǎng)建設(shè)中位于重要位置，而它二次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可優(yōu)化對(duì)電網(wǎng)的控制與監(jiān)控，讓回路處于最佳的運(yùn)行狀態(tài)，保證系統(tǒng)安全運(yùn)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(yùn)行的問(wèn)題，故需優(yōu)化對(duì)線路的科學(xué)保護(hù)，讓變電站順利運(yùn)行。

1變電站電氣二次設(shè)計(jì)方案的注意事項(xiàng)

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(huì)傳輸不同功率的電流，又因?yàn)殡姶攀交ジ衅鞯娘柡停纬闪穗娏鞑睢Ｋ裕O(shè)計(jì)方案時(shí)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(shí)現(xiàn)距離保護(hù)的目的是判斷電流運(yùn)行時(shí)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(kuò)大了故障檢測(cè)的距離，增加了誤差。對(duì)于這一點(diǎn)最常用的解決方式是用擴(kuò)大數(shù)據(jù)窗的方式減小誤差，但會(huì)降低了保護(hù)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(hù)的速度。

1.2過(guò)流

當(dāng)電磁式互感器達(dá)到飽和后，反時(shí)限過(guò)流保護(hù)的時(shí)間會(huì)受到影響，保護(hù)的時(shí)間延遲。另外，相角的測(cè)試角度也會(huì)改變電流的保護(hù)方式，如果互感器的狀態(tài)飽和，相角的精確測(cè)量就會(huì)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(hù)

1.3.1母差保護(hù)

設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)母差保護(hù)時(shí)，可以通過(guò)子站的設(shè)置，把系統(tǒng)內(nèi)的模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，把原有的單一母差保護(hù)變?yōu)槟覆钪髡尽⒆诱镜谋Ｗo(hù)。在保護(hù)的過(guò)程中，子站的使用會(huì)有一個(gè)過(guò)渡，連接系統(tǒng)產(chǎn)生的電流、電壓與開(kāi)關(guān)，而每個(gè)電流之間有一定的間隔。完成每個(gè)間隔的數(shù)字化設(shè)計(jì)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(hù)

新的系統(tǒng)建立后，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字式低周無(wú)線屯纜的保護(hù)，即它會(huì)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(jì)算其頻率，把計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)化為報(bào)文的形式輸出。而在每個(gè)間隔中設(shè)置自動(dòng)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(jì)的方案

目前，變電站電氣的二次設(shè)計(jì)逐漸從傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(xiàng)，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(jì)。

2.1科學(xué)選擇智能設(shè)備

數(shù)字變電站建設(shè)的過(guò)程中，使用的智能設(shè)備包括二次設(shè)備、智能開(kāi)關(guān)等。其中，二次設(shè)備具有唯一性，即運(yùn)用以網(wǎng)絡(luò)形式為主的二次設(shè)備，而智能開(kāi)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(kāi)關(guān)組合。除以上兩個(gè)智能設(shè)備外，系統(tǒng)建設(shè)時(shí)也會(huì)使用電子式交互器，它有兩種選擇，一是無(wú)源電子式，二是有源電子式，當(dāng)下我國(guó)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(jì)方案，需要變電站設(shè)計(jì)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(guò)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(huì)使用IEC 61850規(guī)約，但它也會(huì)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(huì)選擇后者，而過(guò)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(jì)

數(shù)字化系統(tǒng)多在電壓在35～500 kV的變電站中使;用實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)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(guò)程層、間隔層與站控層。這三個(gè)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(gè)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(gè)層敞數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ溃M(jìn)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(guò)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(guò)數(shù)據(jù)傳輸通道把信息傳輸?shù)介g隔保護(hù)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(méi)備，比如IED設(shè)備，對(duì)于這類(lèi)設(shè)備，可通過(guò)轉(zhuǎn)化操作讓其接入系統(tǒng)。

2.4 畫(huà)出設(shè)計(jì)原理圖

待初步確定設(shè)計(jì)方案后，可以畫(huà)出設(shè)計(jì)原理圖，讓方案的遠(yuǎn)離用直觀的方式展示出來(lái)。即完成電氣設(shè)備的二次設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)先通過(guò)電子式交互器搜集信息，隨后對(duì)信息進(jìn)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(yùn)行的穩(wěn)定。而設(shè)計(jì)使用的智能開(kāi)關(guān)也可以進(jìn)行智能終端的操作，把操作命令放到在光纖上，通過(guò)光線的運(yùn)行把命令傳到各個(gè)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(kāi)關(guān)量的信息經(jīng)過(guò)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(gè)過(guò)程中，優(yōu)化了開(kāi)關(guān)量信息的采集、整理，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)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(jì)人員可以畫(huà)出對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)圖。

2.5 設(shè)計(jì)組屏方案與和端子排圖

設(shè)計(jì)組屏方案是運(yùn)用信息技術(shù)，從不同方面設(shè)計(jì)方案，保證了方案內(nèi)功能的齊全，增加方案的可行性。同時(shí)，他可以優(yōu)化設(shè)計(jì)多個(gè)等級(jí)電壓一體化裝置的使用，用對(duì)應(yīng)的方式處理，最后把組屏進(jìn)行合并。這一方式與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式明顯的不同，即它可以加快設(shè)計(jì)的速度，提高設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，為實(shí)際操作帶來(lái)便利。故設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)把多個(gè)主機(jī)與系統(tǒng)放在不同的主控室內(nèi)，綜合分析后完成設(shè)計(jì)，放到一個(gè)或多個(gè)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(dú)立的組屏內(nèi)。

另外，設(shè)計(jì)端子排圖時(shí)，為減少設(shè)計(jì)人員的工作量，可以只設(shè)計(jì)二次部分的端子，一次設(shè)備與二次設(shè)備的過(guò)渡可以直接省略。而若是在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)多余的回路，可以用不同的方式簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。如此，可以簡(jiǎn)化二次回路的設(shè)計(jì)，減少保護(hù)把手的使用，保證工作人員操作過(guò)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(guò)程中老化的問(wèn)題，讓系統(tǒng)的運(yùn)行保持穩(wěn)定，真正實(shí)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(shí)現(xiàn)數(shù)字化的二次設(shè)計(jì)后，可以優(yōu)化變電站內(nèi)資源的配置，實(shí)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(yùn)行是變電站運(yùn)行的根本。而若是系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，會(huì)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(huì)使用一體化電源技術(shù)，即系統(tǒng)內(nèi)有兩個(gè)蓄電池組：一個(gè)是常用蓄電池，用于日常提供電力;另一個(gè)是備用蓄電池組，一旦電力供應(yīng)出現(xiàn)故障，可以通過(guò)電源逆變的操作，為各個(gè)設(shè)備提供電力。這項(xiàng)技術(shù)使用后，變電站內(nèi)的三個(gè)電源系統(tǒng)可以快速融合，實(shí)現(xiàn)模塊化、數(shù)字化操作，且各個(gè)系統(tǒng)無(wú)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(shì)：減少了電能的使用，使變電站的運(yùn)行帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)環(huán)保，同時(shí)也為后期維護(hù)提供了便利。而用一體化電源技術(shù)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了全網(wǎng)絡(luò)化的操作，每個(gè)子系統(tǒng)制之間可以實(shí)現(xiàn)信息共享，便于后期進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。這在某種程度上也延長(zhǎng)了維護(hù)的周期，減少了電源維護(hù)使用的成本。但這項(xiàng)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(shí)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(jì)后都會(huì)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(jí)的變化，會(huì)遵循不同的設(shè)計(jì)原則，如果是110 kV以下的電壓，是單套配置原則，一套保護(hù)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(hù)與相應(yīng)的單元與終端，而保護(hù)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(guò)程中也需要繼電器保護(hù)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(shí)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(hù)措施保護(hù);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(huì)在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)設(shè)置保護(hù)，但除主變進(jìn)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(yǔ)

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

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