关于数字化变电站中电气二次设计的分析

近年来，在我国电力系统中，计算机网络技术被广泛应用，实现了电力信息数字化，尤其是数字化变电站的建设，使站内电气设备间可以共享信息、相互操作。在数字化变电站建设中，电气二次设计具有重要作用，直接影响着变电站运行的安全性和可靠性。因此，需要结合各方面的注意事项，科学、合理地进行电气二次设计。

1  数字化变电站概析

数字化变电站指的是在信息收集、传输、处理和输出的过程中，变电站完全使用数字化设备和技术，并实现数字化运行。与传统变电站对比，数字化变电站具有设备智能化、通信网络化、模型与通信协议统一化、运行管理自动化等特点。在数字化变电站建设中，智能化的一次设备和二次设备都是核心，而且这些设备都必须具有特殊功能的通信接口，以便设备间相互交换各种信息，例如控制命令、状态和参数等。此外，智能化设备本身还应具有高性能的自我检测能力，可以随时、快速检测自身的健康状态，并向自动化处理系统传输相关数据，经系统处理后，自动判断设备是否需要立即检修。总之，数字化变电站的建设是电网建设技术上的新突破，尤其是现代化先进设备的应用，例如电子设备、传感器等，更使变电站极具了现代化的气息。这不仅提高了信息交换的速率，还可以高效、准确地检测和判断设备的健康状态。

2  具体注意事项

2.1  线路保护方面

线路保护主要包括线路分相电流差动保护、过流保护和距离保护三部分，具体体现在：①线路分相电流差动保护。电磁式互感器饱和一直是导致线路分相电流差动保护误动的主要原因，但具有非饱和特性的电子式互感器可以有效解决线路分相电流差动保护发生误动的问题。②过流保护。如果电磁式互感器饱和，就会对反时过流保护的动作时间产生严重的影响，而且还会延长保护动作的时间。在一定程度上，过流保护还会受到相角精确度的影响，而相角精确度极易受电磁式互感器饱和的影响，这主要是由于二次电流波形发生畸变。所以，需要选择无饱和特性的非常规互感器。③距离保护。确定非周期分量是否存在于电流中是距离保护的目的，电磁型互感器通常无法根本性地改变非周期分量，导致测距误差过大。为了提高距离保护动作速度、降低测距误差，可以增大数据窗或利用微分方程原理阻抗算法对数据窗进行缩短。

2.2  母差保护方面

母差保护数字化设计时，可借助母差子站将模拟信号转化为数字信号。母差保护是指转变原母差保护为新母差保护，主要包括主站和子站两部分。一般情况下，子站连接在母线电压和开关等处。数字化设计每个间隔后，需从每个间隔合并单元光纤，逐步连接电流、电压和母差保护主站，之后将GOOSE输入，可以有效地实现网络连接。

2.3  数字化低周保护方面

与传统的低周保护相比，数字化低周保护具有很大的差异，主要体现在数字化低周保护无信号电缆。数字化低周保护指的是在单元位置接收母线电压，并计算相应频率，再通过报文形式，经跳闸命令输出。例如，为了实现低周跳线路功能，根据调度的定值，可在10 kV间隔设置自动投退低周压板，并在某段出口预先设置跳闸投退。

2.4  电气安全方面

在数字化变电站电气二次设计中，电气安全是重要的方面。为了确保电力系统的安全、可靠运行，除了科学、合理、专业的设计外，还应时刻注意和防止安全事故发生。所以，在电气二次设计时，可加入适当的安全防误装置，同步设计、施工、运行变电站系统和安全防误装置。

3  具体方案

3.1  合理选择电气智能设备

数字化变电站中包含的电气智能设备较多，例如智能开关、二次设备、电子式互感器等，合理选择电气智能设备，是数字化变电站中电气二次设计方案的重要内容，也是变电站实现智能化的关键。所以，在智能开关的选择上，目前主要采用的设备有智能终端、传统开关组合；二次设备选择网络化形式；电子式互感器有无源和有源两种选择方案，目前多采用有源电子式互感器。

3.2  合理选择通信规约

在数字化变电站中，网络层主要由站控层和过程层两部分组成，合理选择这两部分的通信规约，有利于变电站间各设备的互联，从而实现变电站数字化。站控网络层通信规约主要有两种，即103规约和IEC61850规约，103规约服务于传统通信网络层，而IEC61850规约服务于数字化变电站站控网络层；过程网络层通信规约也主要有两种，即IEC61850规约和IEC60044-8规约，数字化变电站过程网络层通信规约通常采用这两种规约的组合。

3.3  合理设计原理图

在数字化变电站电气二次设计时，需采用电子式互感器，再量化处理变电站输出的数据信息，最后通过光纤输送至二次设备，从而使电气设备安全、稳定的运行。为了实现控制命令传递数字化，在电气二次设计时，需采用有智能终端功能的智能开关，通过光缆传递控制命令，跳闸命令也由光缆传送至智能终端。一次设备数字化处理相关数据后向二次设备传输，再由二次设备向智能终端传输开关输出量，从而实现开关量信息的数字化采集、传输和输出。

3.4  合理设计组屏方案

与传统组屏方案设计相比，数字化变电站电气二次设计存在较大差异，主要体现在：功能齐全、易操作；可以通过不同的组屏方式处理不同等级的电压一体化装置，再整合各个组屏。所以，设计组屏方案时，需在主控室内连接各电气设备装置，例如远动主机、监控主机等，单独对非智能化设备进行组屏。

3.5  合理设计网络结构

数字化变电站系统通常适用的电压等级是35～500 kV，所以需结合IEC61850合理设计系统的网络结构。该系统通常由站控层、间隔层和过程层组成，其中，间隔层与站控层之间的信息交换通过IEC61850-8-1方式实现，连接的媒介为以太网；间隔层电气设备间信息交换通过GOOSE通信协议实现，以增强间隔单元的防误闭锁能力；过程层设备向间隔保护层、测控设备传递互感信息则需要通过光纤结合以太网和IEC61850-9-2实现。

3.6  合理设计端子排图

数字化变电站电气二次设计端子排图时，可取消一次和二次间端子排列设计，优化设计控制回路，这不仅能减少工作量，简化二次回路设计，还能减少保护压板、按钮和把手的数量，降低安全事故发生的概率。除此之外，端子排图的合理设计可以彻底解决光纤老化问题，从而使变电站系统更加稳定、可靠，以实现变电站的数字化运行。

4  结束语

总之，随着计算机网络技术的高速发展和日益成熟，电子设备不断更新换代，为我国数字化变电站的建设发展提供了契机。在数字化变电站中，科学地进行电气二次设计，合理地选择电气智能设备、通信规约、设计原理图、组屏方案、网络结构和端子排图，可增强变电站的工作性能，提高电力资源质量，确保电力系统安全、稳定运行。

参考文献

［1］沈家新.如何开展智能变电站的二次设计［J］.通讯世界，2013（18）.

〔编辑：李珏〕