浅谈数字化变电站的电气二次设计

罗水生

（佛山市辰誉电力设计咨询有限公司，广东 佛山 528000）

一、数字化变电站概述

现阶段，国内数字化变电站逐步进入到工程实践阶段。早在2006年，我国首座220kV的数字化变电站就已经投入运行，这为我国在电网建设方面实现了技术上的新突破。建设数字化变电站的核心部分是数字化变电站中的一次设备与二次设备，并要求两者全部为智能化设备。智能化的设备要应具有特殊功能的通信接口，确保与其他设备可以方便地进行控制命令、状态、参数等信息的互相交换。

二、数字化变电站中电气二次设计需要注意的问题

（一）线路保护

1 线路分相电流差动保护

关于电磁式互感器的饱和问题，一直以来都是造成线路分相电流差动保护误动产生的主要因素之一,而电子式互感器的非饱和特性就很好地解决了该问题。

2 距离保护

距离保护是为了判据电流中是否含有非周期分量,而通常用的电磁型互感器不可以从根本上转变非周期分量,这就导致了故障测距误差很大,最常用的的解决办法是通过增大数据窗来降低误差,而这又使得距离保护的快速降低。电子式互感器能够使得用于微分方程原理的阻抗算法缩短数据窗,这就在很大程度上提高了距离保护的动作速度。

3 过流保护

如果电磁式互感器达到饱和，那么就会很大程度的影响到反时限过流保护的动作时间，并且会延迟保护动作时间。相角的精确测定也会在很大程度上影响方向过电流保护的选择性，一旦电磁式互感器达到饱和，就会很难的测定精确的相角，原因在于引发的二次电流波形畸变。为了有效的解决这个难题，在互感器的选择上我们应该选用无饱和特性的非常规互感器。

（二）母差保护

在设计母差保护的数字化时,能够借助于母差子站使得模拟信号转化为数字信号。指的是将原有母差保护变为新的母差保护主站与保护子站,其中，子站使用在过渡阶段,一般在各间隔常规电流、母线电压以及开关位置进行连接。在对每个间隔进行数字化设计之后,将电流电压一步一步地从每个间隔的合并单元光纤连接到母差保护主站,接着输入GOOSE网络实现连接。

（三）数字化低周保护

与传统低周保护相比,数字式低周保护无信号电缆。它是在合并单元处接收母线电压并进行频率计算,接着以报文的形式输出跳闸命令。在各l0kV间隔设置的自动投退低周压板,能够参考调度的定值,预先设置好某段出口跳闸投退,最终实现低周跳线路的功能。

三、数字化变电站中的电气二次设计方案

（一）选择智能设备

在数字化变电站中，其智能设备主要包含有二次设备、电子式互感器及智能开关等。对二次设备的选择是唯一的，就是选择网络化形式的二次设备。对电子式互感器的选择一般有两种方案，即有无源电子式传感器与有源电子式互感器，现阶段我国大部分使用的是有源电子式互感器。对智能开关的选择方案国内目前主要使用的是智能终端与传统开关组合的设备。

（二）选择通信规约

数字式变电站的网络层主要是由站控网络层和过程网络层组成的。站控网络层的通信规约主要有103规约与IEC61850规约两种。过程网络层的通信规约主要有IEC61850规约与IEC60044-8规约两种。其中，103规约是为传统通信网络层服务的，所以在数字化变电站的站控网络层中往往选择IEC61850规约作为其通信规约。对于数字化变电站的过程网络层中，往往选择IEC61850规约与IEC60044-8规约的组合为其通信规约。

（三）设计网络结构

数字化变电站系统一般适用于电压等级在35千瓦到500千瓦之间的变电站或开关站，设计时要结合IEC61850来进行，该系统一般是由过程层、间隔层以及站控层组成的。其中，间隔层与站控层之间是由IEC61850-8-1方式进行信息交换的，站控层与间隔层由以太网为媒介进行连接的，而间隔层设备是由GOOSE通信协议进行数据信息交换，极大地增强了间隔单元的防误闭锁能力，过程层设备借助于光纤以以太网的形式结合IEC61850-9-2的有关标准将互感信息传到间隔保护层与测控设备。对于数字化变电站中的非IEC61850标准的IED设备，需依靠转换设备连接到自动化系统中。

（四）设计原理图

进行数字化变电站的电气二次设计中，所采用的是电子式互感器，采样变电站所输出的信息进行后再通过量化过程的处理，由光纤送给二次设备，极大地增强了设备运行的稳定性。变电站设计中所采用的智能开关具有智能终端功能，由光缆进行其控制命令的传递，跳合闸命令也是通过光纤输送至智能终端，这就使得控制命令的传递实现了数字化功能。一次设备的开关量进行数字化处理后输送至二次设备，接着二次设备再将开关输出量传递给智能终端，这一过程很好地实现了开关量信息的采集、传输与输出的数字化功能体现。

（五）设计组屏方案

对于数字化变电站电气二次部分组屏方案的设计，其与传统的设计是存在差别的，相比较来说，数字化变电站的组屏方案功能齐全且容易操作，不仅如此，它对不同等级的电压一体化装置可以进行分别组屏方式处理，将各个组屏进行合并。进行设计时，应将变电站层的远动主机、监控主机以及工程师站等设备装置在主控室内来进行，而对于那些非IEC61850智能设备需要单独地进行组屏。

(六）设计端子排图

在进行数字化变电站电气二次部分设计端子排图过程中，为了节省设计工作量，可以取消一次与二次间的端子排列设计，并且对于多余的控制回路可以进行优化设计。这样就使得二次回路设计的极为简化，例如，保护压板、按钮以及把手的数量明显变少，减少了运行维护人员的安全事故发生的几率，不仅如此，完全解决了在光纤应用方面电缆老化的问题，极大地增强了系统的稳定性，实现了全数字化的目标。

结语

随着数字化变电站建设的不断加快，为了确保数字化变电站的安全运行，在对其电气二次部分设计时一定要做到科学规范。本文提出的设计方案很好地解决了当前数字化变电站设计中存在的不足，希望能够为同行提供一定的指导意义。

[1]陈淑芝，赵双石.数字化变电站中的电气二次设计[J].高科技与产业化.2010（12）.

[2]赵丽君，席向东.数字化变电站技术应用[J].电力自动化设备.2008（05） .

[3]王昱力，白浩，段耀强.数字化变电站智能化与网络化的实现[J].大众商务.2010(14).