浅析电气二次设计在110kV综合自动化变电站的应用

河源供电局 钟永城

引言：近些年来，我国各地经济获得显著发展，变电站系统逐渐向综合自动化发展，特别是电气二次设计在综合自动化变电站中得到很大的应用。本文简要分析了某市110kV微机型成套无人值班综合自动化变电站的电气二次设计，分析了电气二次设计与综合自动化系统之间的一致性和差异性。

1.概述

当前，电力系统各项新技术不断发展，电网越来越智能化。从变电站可靠运行方面考虑，综合自动化变电站已经在智能电网建设中普及。电网安全运行也有了更高的要求，电气二次设计工作随之也需要更高的质量。变电站的二次系统设计需要考虑配置全面、功能匹配等复杂的问题，特别是各类新设备之间的匹配，体现出来的功能要满足各项规范化要求。因此，电气二次设计在综合自动化变电站中的应用是当前重要的研究课题。

2.110kV微机型成套无人值班变电站的项目概况

某市现有110kV综合自动化变电站新建项目，根据供电范围，该变电站主要向城区供电，导线型号为JL/LB1A-400/35。该无人值班变电站是室内GIS站，有10kV及110kV110kV两个电压等级，高压侧母线为单母分段接线方式，选用两台三相双卷油浸式有载调压变压器，其高压侧中性点接地方式为经隔离开关接地，低压侧中性点为小电阻接地方式，380/220V站用电系统采用中性点直接接地方式。

图1 某市110kV综合自动化系统接线简图

3.电气二次设计与综合自动化系统之间的一致性和差异性

完善的自动化系统对于变电站电气设备的运行工况可以进行全方位、多渠道地监测与感知。特别是微机型控制、遥控遥测、通信控制等各项新技术的应用，使得变电站的综合自动化水平越来越高。在计量测量、电气设备运行监测等功能构建下，综合自动化系统具有较强的自运行功能，具备了无人值班及高效节能站的条件。

具备自运行功能的综合自动化变电站借助电气设备采集并传输信息量及进行电压调控，变电站系统的设计中，二次电气设计需要具备与综合自动化系统一致的功能目标。二次电气设计部分涉及到电能传输、电压变换、电压分配等有益于提高稳定性的基础功能。110kV微机型成套无人值班变电站的综合自动化系统和电气二次设计所要实现的功能是一致的，分为系统继电保护及安全自动装置、调度自动化、计算机监控系统、控制、操作及防误闭锁、同期、信号系统、直流系统及同步对时系统等内容。然而，电气二次设计与综合自动化系统之间也存在差异性，在功能一致的前提下，两者的装置系统及对象和实现方式又有明显差别。

4.某市110kV无人值班综合自动化变电站的电气二次设计

4.1 系统继电保护

在变电变电站在正常工况运行状态下，需要继电保护进行全过程的监护管控，失去继电保护的系统是不可靠的，也是无法安全运行的系统。因而，对于110kV微机型成套无人值班变电站的电气二次设计，要重点加强保护监测系统的配置和独立运行性能的提高，避免在系统发生软硬件故障时无保护运行，造成电力系统的严重故障。稳定独立的继电保护可以实现系统的安全可靠运行，对于综合自动化系统的变电站至关重要。

4.2 防误闭锁功能

五防功能按照与计算机监控系统一体化配置。变电站五防子系统应由站控层防误和间隔层防误两层构成，站控层防误包括防误闭锁软件系统、电脑钥匙及锁具，间隔层防误是由测控装置的软件逻辑闭锁来完成。现场布线式单元电气闭锁也作为整个变电站五防的组成部分，实现本间隔内电动隔离开关（接地开关）、断路器之间的电气闭锁，以及为完成线路倒闸操作所必需的母线接地开关与线路隔离开关之间跨间隔的电气闭锁。现场布线式单元电气闭锁与计算机监控系统五防子系统相互配合，共同完成刀闸闭锁，正常操作时，二者之间逻辑为“与”的关系。高压开关柜配置完善的微机五防装置实现五防功能。

110kV微机型成套无人值班变电站的电气二次设计在所有会造成误操作的高压一次设备都采用防误闭锁的功能，在开关、刀闸及地刀之间以逻辑闭锁的规则编写相应控制程序。110kV线路典型一次接线示意图如图2所示。

图2 110kV线路典型一次接线示意图

从图2看出，110kV线路典型逻辑关系防误闭锁主要包括对1G、2G、4G以及B0、C0、40地刀相互之间的关系，具体对应的操作逻辑关系如表1所示：

表1 110kV线路典型逻辑关系防误闭锁表

4.3 断路器分合闸控制

综合自动化变电站能够实现电气设备的安全稳定运行，针对实时运行工况，反映电气设备的状态并及时通过控制命令确保电力系统的安全。电力系统中的断路器、刀闸、接地刀等都属于实时控制的对象，满足系统的可靠性要求。通过综合自动化改造的变电站系统，对电气二次回路起到整合优化及保持功能目标一致的效果。因此，对于断路器的分合闸控制属于电气二次设计的关键性任务。综合自动化变电站的断路器分闸与合闸的弱电信号能够在设定的时间内及时发出，通过电信号的转换能够直接作用于强电系统和断路器的合闸及跳闸线圈，达到控制断路器分合闸的性能。实际应用中，配置的断路器需要通过远方控制的措施来处理，相应的开关机构箱、端子箱及操作箱都要实施自动化远操技术进行控制。

4.4 故障录波或保信子站

故障录波对于电力系统发生故障或异常时的信息记录和分析非常重要，其生成的故障分析报告包含了故障时间、故障性质、故障相别、故障时的各相电流、电压等电气量，有助于快速定位故障区段。通过故障录波对故障信息的采集分析，达到快速确定故障范围和隔离故障点，缩短处理故障时间以及快速复电的效果。

该市110k无人值班综合变电站有三回110kV线路，有多侧电源，处于城区带有重要负荷，需要配置故障录波器一台，故障录波器具有事件记录、远传和接受站内时间同步系统统一对时功能。

新建变电站宜配置两台互为冗余的智能远动机装置，智能远动机集成远动、在线监测、保信子站、电能采集、相量测量数据处理等业务功能，智能远动机作为全站统一的出口系统，负责厂站与各级主站之间的通讯和协调。

本期某市110kV变电站配置智能远动装置一套，集成保信子站功能，不再配置独立的保信子站。

4.5 中性点小电阻接地方式

中心城区的10kV供电方式需要较高的供电可靠性，对于10kV城区网的接地方式往往采用中性点经小电阻接地，这种接地方式对于发生10kV线路发生单相接地时，能够快速判断故障相别，确定故障区段及迅速进行选线切除故障，降低了10kV站内电气设备和馈线的短路电流通过时间和过电压时间，有效延长电气设备的使用寿命，也可以选用绝缘水平相对较低的电气设备，节省城区电网的投资，同时又能保证电网的安全可靠运行。

根据新建、改造工程中的供电范围要求，该市主要向城区（市区、江东区、高新区、市级以上工业园区、县城等）范围供电或者电缆及绝缘导线长度之和超过出线总长度50%的变电站，因此，某市 110kV变电站首选10kV中性点小电阻接地方式。

4.6 变电站的二次系统安全防护

某市的110kV综合自动化变电站的二次系统安全防护符合规范标准，其二次安全防护设备均统一布置在一面屏中，由UPS系统中的2路220V电源供电。

该综合变电站的二次安全防护系统具体配置如下：

A平面和B平面控制区及非控制区各配置一台互联交换机，用于各自区内有纵、横向数据通信的业务系统的汇集接入、接入系统之间的访问控制、安全区的横向及纵向互联。

A平面和B平面各配置一套纵向互联硬件防火墙，部署在控制区与非控制区的网络边界上，用于控制区与非控制区网络的逻辑隔离，实现对控制区有关业务与其他区域相关业务系统的横向数据通信的访问控制。

A平面和B平面各配置一台纵向加密认证网关，部署在控制区互联交换机与调度数据网之间，用于本地与远端相关业务系统或业务模块之间网络数据通信的身份认证、访问控制和传输数据的加密与解密，保障系统链接的合法性和数据传输的机密性及完整性。

A平面和B平面各配置一台纵向加密认证网关，部署在非控制区互联交换机与调度数据网之间，用于本地与远端相关业务系统或业务模块之间网络数据通信的身份认证、访问控制和传输数据的加密与解密，保障系统链接的合法性和数据传输的机密性及完整性。

在安全区I部署1台监测终端装置，采集处理区域内的网络流量、日志数据、资产数据等，安全区II 及安全区III暂不考虑部署独立的监测终端装置，安全区II 内的所有数据通过横向防火墙发送至安全区I 中的监测终端装置进行采集处理。

5.结语

随着电网技术的发展，综合自动化变电站的电气二次设计与自动化系统要保持功能目标的一致性，自动化装置与继电保护装置既要保证可靠性，也要保证协同功能，确保变电站电气设备安全可控，从而保证电力系统稳定运行。继电保护、自动化及二次系统的安全防护是综合变电站的重要内容，自动化和保护装置的科学应用可以有效保证电力系统的可靠运行。