智能化变电站中电气二次设计要点研究

摘要：在城镇化进程加快，信息技术不断发展的背景下，信息技术在智能化变电站中的广泛应用大大提高了变电站的智能化水平。对于智能化变电站来说，合理设计电气二次设计要点具有重要的意义。文章从工作实际出发，从智能变电站的优势、智能变电站中电气二次设计要点等方面分析了该命题。

关键词：智能化变电站；电气二次设计；设计要点；信息技术；数字化设计

中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）33-0031-02

在数字化技术和电子互感器技术不断发展的背景下，智能化变电站大量出现，如何把数字化设计引入到变电站电气二次设计中，成为人们关注的热点。智能化变电站，也被称之为数字化变电站，与传统的变电站相比，特点鲜明，功能完善，在本文中，笔者结合相关的文献资料，探讨了智能化变电站电气二次设计要点这一命题。

1 智能变电站的优势分析

1.1 智能化变电站的内涵

智能化变电站建立在IEC 61850通信规约基础上，包括智能化一次设备，主要是电子式互感器、智能开关等以及电气二次设备分层，分为过程层、间隔层和站控层，由这两部分构成，可实现电气设备之间信息共享、互操作的变电站。

1.2 数字化变电站的电气技术特点

从数据源头转变成数字化信息，实现电气数据采集的数字化，为信息集成化和数据共享性提供坚实的技术支撑。智能化变电站使变电站具备监视、控制和故障录波等功能，由功能单一模式的传统变电站转变为利用计算机监控系统的继电保护、安全装置的数字化变电站，把原有的硬件重复配置问题、信息不共享缺陷、成本高的问题，转化成新装置与系统间可通过串口或网口交换信息的智能化系统，为分散二次系统装置向信息集成和功能优化转变提供了坚实的基础。

智能化变电站从逻辑结构上看，是“三层两网”结构，即包括站控层、间隔层和过程层以及站控层网络、过程层网络几部分。这种结构构架方式为信息采集、传输、处理和输出的数字化提供了可能，主要的特点是：智能化变电站的信息均实现数字化，设备之间的信息传递通过网络传递实现了通信模型的标准化，各种设备与功能之间通过信息平台得以共享。智能化变电站与传统变电站相比，特点包括：第一，最显著的特点是增加了过程层，也就是把一次电气设备纳入到智能化变电站通信网络中来，这是智能化变电站数字化技术发展史上的重大变革；第二，智能化变电站间隔层设备实现了网络化，数字信息可直接传输到站控层交换机中，消除了转换型接口，大幅提高了信息交换的整体速率；第三，智能化变电站带有电子设备、传感器和执行器等智能化设备，同时具备智能开关设备，也就是具有高智能开关的全部功能，可实现对系统运行的有效控制，特别是在监测和诊断两方面具有较大的优势；第四，智能化变电站间隔层与一次设备均配备有智能终端装置，智能终端与智能终端之间由光纤通信连接，替代现有的测控柜电缆连接，而测控装置与智能终端之间由电气回路连接，这同样是智能化变电站的特点之一。

1.3 智能化变电站的优势

相比一般意义上的传统变电站，智能化变电站的主要优势体现在一个方面：智能变电站增设过程层，由过程层作为结构支持，从而使数字化变电站依赖的通信网络与一次电气设备实现完美的融合，在这种工况条件下，在实际运行过程中的变电站的数字化水平便可得到极大的提升与大幅发展。

此外，对于智能化变电站来说，间隔层中涉及的设备，可通过连接一定的设备，实现网络化。在信息技术的支持下，变电站的数字信息可直接进入站控层交换机中，因此使信息交换变成可能，节省了网络结构下接口装置步骤，实现提高信息交换率的目的。

在实现信息交换目的基础上，智能化变电还可面向系统提供智能化开关装置，使得系统具备控制设备运行的功能，变电站正常运行情况下，充分发挥在线监测作业、故障诊断等方面的优势。但是，需注意的是：智能化变电站针对间隔层、一次设备等，都设置了对应的智能化终端装置，通过光纤线路，能够实现终端之间的互联，这种互联是可靠的。在这种互联的方式下，可优化传统变电站系统中的电缆进线线路连接这一步骤，提高变电站运行的安全性和可靠性。

2 智能化变电站电气二次设计要点

2.1 智能化变电站设备选择要点

对于智能化变电站来说，电气二次设备选择是重要的内容之一，对于涉及的二次设备，包括电子式互感器、智能开关和二次设备三种类型的设备。在建设智能化变电站过程中，进行进线网络化的根本目的是：使得电气二次设备与智能化变电站正常运行要求适应。但是，笔者从自身的实际情况来看，智能开关、电子式互感器等在智能化变电站设计选择时存在的问题包括以下三个方面：一是就智能开关来说，在选择智能开关时，应选择理想的开关或从传统开关基础上发展而来的开关终端模式。其中，较为理想的智能开关，其在实际的运行过程中，主要的特点包括在线监测功能与智能控制功能两个方面。与此同时，智能开关可为智能化变电站提供数字化接口，所以智能化水平相对比较高。但是从投资成本和维修角度来看，智能化开关的费用比较多，因此，在操作方面可能存在缺陷。二是对于传统开关来说，在与智能终端连接过程中，虽可提供数字化接口，但是由于缺少在线监测功能，所以智能化水平较低。在这种情况下，就需要选择投资成本低的智能化装置。三是从电子互感器角度看，有两种装置可供选择：一种是有源电子互感器，另一种是无源性电子式互感器。前者是指带有低功率线圈的电磁式电流互感器，在运行时的特点主要体现为：可实现电源与电子电路之间的匹配，然后通过激光方式，有效解决电源稳定性方面的问题，因此目前得到应用广泛。对后者来说，其建立在光学传感技术基础上实现的电子互感器装置，由于费用比较高，性能的可靠性无法得到保障，因此在目前无法得到广泛应用。

2.2 通信规约选择要点

智能化变电站内部的网络结构分为两层：一层是站控层网络，一层是过程层网络。对于不同网络，其通信规约选择是各不相同的。对于站控层网络来说，可选择103通信规约，该通信规约采用传统功能设计形式，缺点是互操作性相当差，针对要求低的、以太网为通信基础的使用，费用同样比较低。而还有一种基于IEC 61850网络的通信规约，基于网络通信平台变电站系统面向对象设计，可以说是构建数字化变电站的有效平台，不过该种形式的通信规约建设费用高，实施性好是其主要的优点。对于过程层网络规约，可选择后者，这主要是因为后者采用FT3帧格式，实施性较好，同时具有传输延时固定的优点。而对一些要求高的串口通信，使用插值法实现同步，可靠性相对较高。

此外，通信规约还有另外一种形式，即IEC 60044-8通信规约，这种通信规约形式主要面向对象设计，从而构建数字化变电站理想平台，这种通信规约的主要特点：传输延时不固定，无法自同步，可靠性相当差，费用也比较高。

通过上文中的论述，完全可看出，单间隔、无需数据同步的电气二次设备选择第三种通信规约形式比较合适。

2.3 网络结构设计要点

对于智能化变电站来说，网络结构设计中，需要把整个变电站划分为三个层次，即过程层、网络层和架空层。对于这三个层次来说，均需独立网络方案的设计。在这三个层次中，过程层网络由于是智能化变电站与传统变电站网络设计得以有效区别的核心内容，因此，在具体操作中，应予以重点的关注。目前，综合考量经济性、合理性和可靠性等因素，在智能化变电站站控层网络设计方案的选择上，应选择以星型太网网络为支撑。

3 结语

随着科学技术的快速发展，变电站目前已经实现了智能化，对于智能化变电站的电气二次设计来说，明确电气二次设计要点，便可提高设计的水平。同时，还必须做好设计质量的控制措施。在本文中，笔者结合自身的工作实际以及目前智能化变电站电气二次设计的现状，从智能化变电站的优势、电气二次设备的技术特点、优势以及智能化变电站电气二次设备设计的要点等几个方面分析了该命题。

参考文献

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作者简介：钟澎（1987-），女，江西萍乡人，中级工程师，硕士，2011年毕业于华南理工大学电力学院，研究方向：电子装置与系统、变电站设计。