智能化变电站中电气二次设计的要点

高双伟

（泰兴市供电公司，江苏 泰兴 225400）

0 引 言

随着科学技术的发展，智能化变电站的操作仿真、电子式互感器、一体化自动化等技术取得了重大突破，为国内智能化变电站的设计和施工打下了坚实的技术基础。电力二次设计的结果是影响整个变电所正常运转的关键，因此要把重点放在二次设计上，并依据其运行需要进行科学合理的二次设计。根据过去智能变电站的运行实践，电力二次设计的确定存在着一些问题，从而使其设计效果不理想，且智能变电站的建设质量也不高。为了防止这种现象的再次出现，必须对变电工程的智能化施工要求进行分析和确定，从而科学合理地规划与设计二次设计，以提高其使用价值，确保智能化变电站的良好运行。

1 智能化变电站的特点

智能化变电站的各项功能与传统变电站相比有较大的不同，其各项功能更加趋于智能化和复杂化。传统变电站在运行中由于缺少相应的监控和诊断设备，使得变电站在出现故障后无法及时发现，而采用智能化变电站就可以很好地解决这些问题。数字变电站的出现解决了传统变电站存在的问题，采用了安全防护设备、计算机监控系统以及继电保护系统，从而减少了安全事故的发生，为电力用户提供了安全可靠的电力。

传统变电站不仅在硬件上有一些缺点，而且在传输信息上也有很大的漏洞，智能化变电站正好解决了这些问题。具体分析表明，目前我国的智能化变电站主要采取3层2网的方式，能够实现间隔层、过程层、站控层和网络层的信息共享。智能化变电站最大的优点就是能够对信息进行数字化控制，然后通过网络进行数据传递，从而提高信息的传递效率，达到信息共享的目的。

智能化变电站的主要特征是：首先，传统变电站没有过程层，而智能变电则采用了这种结构，通过过程层可以对二次电器进行有效控制，从而推动了智能化变电站的发展；其次，在智能化变电站的应用中，利用隔离层等设备可以有效进行信息的传递和转换，智能化变电站具有的网络化优点使得变电站的信息传递速度更快、更有效；最后，智能化变电站在某些故障诊断和故障监控上具有很好的优越性，其应用将会涉及很多的智能化设备，必须要有外部的传感器和执行机构，以保证系统的正常运行。只要有任何一种设备出了问题，系统就能第一时间发现，分析出问题的根源，并通过相应的技术来解决[1]。在进行故障监控和诊断时，智能化变电站具有更大的优越性，充分利用智能化的优点，实现故障的自动处理，降低人工成本。智能化变电站中电气二次设计结构如图1所示。

图1 智能化变电站中电气二次设计结构

2 智能化变电站的优势

与常规变电站相比，智能化变电站具有的主要优点是增加了过程层，并以过程层为支撑，将数字变电站依靠的通信网络与一次电力系统有机结合，使得变电站在实际工作中的数字化程度大大提高。在智能化变电站中，可以将隔离层内的一些设备与某些设备进行联网。由于采用了计算机技术，可以将变电站内的数据信息传输到站控层交换机中，从而减少了数据交换，减少了在网络中进行界面设置的步骤，提高了数据交换速率。为了达到信息交流的目标，智能变电还可以为用户提供智能化的切换装置，从而使整个系统具有在线监测和故障诊断等功能。需要指出的是，智能化变电站在隔离层、一次设备等方面都设有相应的智能终端设备，并利用光缆使终端设备与设备之间的连接更加可靠。通过这样的互联，可以使传统变电站的进线连接达到最佳化，从而使变电站的运行更加安全、可靠[2]。

3 智能化变电站中电气二次设计的要点分析

通过对智能化变电站的认识，认为智能化变电站可以弥补过去变电站存在的缺点，并能达到一定的自主性。而要达到这一目标，必须加强对电力二次设计的关注，确定其设计重点，科学合理地展开工作，为提高变电站的智能化水平创造条件。通过查阅有关数据，得出了智能化变电站二次设计的广泛应用，其中包括计算机监控、元件保护、集成电源以及智能辅助控制等。为了确保二次设计的良好效果，支持智能化变电站的正常工作，必须明确二次设计的原则，即对设备和技术的使用进行清楚的界定。其中，电子互感器是是信息快速有效传输的重要因素，因此在设计和使用该设备时，必须明确设备的使用情况和使用要求，并对设备的接入和安装进行合理的设计，确保其稳定运行。由于智能开关的加入，可以实现对输出和发送指令的数字化控制，但是要使其得到充分使用，就必须对一次装置的开关量进行合理的设计，以确保一次装置的信息传输和二次装置的接收，并将信息高效地运用于智能终端。智能化变电站中电气二次设计要点分析如图2所示。

图2 智能化变电站中电气二次设计要点分析

3.1 安全防误设计

从实践的观点来看，二次电气系统的安全防误主要有：减少开关装置的误合率和误分率；尽可能地避开带电间隙的连接；不能使装置在带电时连接到接地；当有负载时，应尽量避免与刀闸有关的动作；接地线和开关之间不能有任何的接触，要有对应的锁定。随着我国电力行业的快速发展，电力系统的维修技术和运行的复杂性越来越大，对电力系统的设计、维修人员的整体素质提出了更高的要求。结合我国电网目前的工作特点及运行情况，指出目前亟需加强的是对防误设备的管理及操作者的操作能力。因此，应加强对重点设备的维护。在二次设计时，若不在电刀位置上设置电子锁止机构，则每次使用后必须关闭[3]。

3.2 通信协议选择要点

过去，在智能化变电站二次电力系统的设计中，所采用的通信结构、通信协议等各有不同。103规约与传统的功能设计方式相比，更适用于站控层网络。另外，通信协议也有缺陷，在系统运行时，这种协议的缺陷就会暴露出来，其核心功能是在一些价格低廉的变电站中使用。IEC61850是一种替代通信协议，它在实际应用中有着很大的优越性，但是所需的人手非常多。由于进程层协议采用FT3帧，实现性能高，传输时延稳定，因此更适用于第2层。另外，IEC60044-8通信协议也被采用。该协议的应用主要是为了满足用户的需要，从而使智能化变电站的性能得到进一步提高。但是在实际应用中，该协议存在许多限制[4]。

3.3 智能设备的选择要点

从智能化变电站二次智能装置的选型看，它涉及了电子互感器、智能开关以及二次装置3类。电力二次装置的进线网络化建设，最基本的目标是使其更好地满足整个智能化变电站的运营和发展需要。但是，根据实际工作经验可知，智能开关和电子互感器在设计与选用时还需要考虑到一些问题。（1）在智能开关的选择上，可以选择一个理想的智能开关，也可以基于传统的开关连接方式。其中，理想智能交换机最大的特点就是它能够支持在线监测和智能控制。同时，该系统具有面向全变电站的数字化接口功能，具有较高的智能化程度。但就维护和资本投入而言，其投资成本较高，在可操作性上也有不足。（2）传统交换机在与智能终端进行互联时，尽管可以提供相应的数据接口，但是缺少了在线监控的功能，在智能化程度上有一些不足。这种接入方式具有较高的可靠性和较低的投资成本，因此在当前的实际工作中被广泛采用。（3）从变压器的观点出发，可以选择有源或无源的电子变压器。

3.4 主接线设计

变电站的主接线设计是一个重要环节，它是依据电网中的地位、出线数量、回路数量以及设备特性来决定的，同时还要考虑供电负荷的控制，保证供电可靠性、运行灵活性和使用灵活性。从经济性上看，变电站的主接线设计应从方便维修、节约投入、扩大建设规模等角度考虑。在电气设计中，选择合适的设备，既要确保接线的有效、科学、安全，又要尽量选择经济合理的电气设备和线路。变电站的主线路在设计时要按照设计任务书的规定，结合国内和区域的发展情况，确定变电站的容量、电压等级、负载回路。通过对原有数据进行细致的分析、研究，初步制定了几种主要接线方案，并根据以上对主要接线的基本需求，经过科学论证和分析，最终得出了最优的接线方式[5]。

3.5 网络结构设计要点

在实际的智能化变电站中，网络设计十分关键。一般将智能化变电站分为3层，即站控层、间隔层以及工艺层，每一层都要求设计者根据其本身的特性进行有针对性的设计。特别需要指出的是，流程层的设计是区别于传统变电站和智能化变电站的一项重要内容，在实际的智能化变电站设计中必须强调流程层的设计。在进行智能化变电站网络结构设计时，应综合考虑各种因素，如选择成本、技术和性能等，使其达到要求，且性能稳定、可靠。在这些系统中，最能满足各种需求的就是星型以太网结构。

3.6 变电站的后台系统

在以往的变电站集成智能控制系统设计中，对后台监控计算机的选取问题一直未引起设计者的重视。由于监控系统的后台监控设备无时无刻不在运转，因此对数据处理速度和抗干扰能力的要求都非常高。因此，在设计时需要对设备的周围环境进行全面分析，确保设备在恶劣环境下稳定、安全的工作。从我国智能化变电站的设计分析来看，一般都会选用家用或商用机器来进行监测，但由于其在实际操作中容易发生故障，致使测试工作无法正常进行，从而造成电力系统的故障。因此，在电力系统的设计中，要考虑选用高质量、高配置的电力设备，以确保电力系统的安全与稳定。此外，在设计时应注意对交、直流方式的选取，其中以双输入电源为主，可选用双用型逆变器。为了确保设备的正常运转，只有使用变电站的交流电源，在逆变后，用于后台的监控。

3.7 继电保护自动化设计

继电保护工作的好坏对变电站的稳定具有重要作用，在进行智能化变电站二次设计时，必须对继电保护的自动化进行设计。通过对智能化变电站的功能和实际应用需求进行分析，从而进行合理的选型与设计。根据有关资料，决定在变电站中增加保护和控制设备，合理地配置中心处理器，使其与控制系统的工作协调一致，从而将采集到的隔离层电流、电压等数据进行处理，为保护设备进行安全、合理且科学的调整和维护。

3.8 加强培养有关人员专业素养

在智能化变电站的二次设计中，由于二次设计的系统建模非常复杂，二次设计的工作人员不能在不进行二次系统建模的情况下进行二次设计的工作。如果发生了故障，相关的工作人员应该利用相关技术对其进行检查和修理，努力减少二次系统模型的维护问题，同时提高系统的整体性能。

4 结 论

随着科学技术的飞速发展，电力需求量不断增加，电力在人们生活和工作中的地位也在不断的提高，其建设得到了越来越多的重视，因此做好变电站的设计是每个电力设计人员都必须认真对待的一项重要工作。而要做好变电站的设计，除了要满足各种理论上的要求之外，还要根据具体的施工条件，因地制宜地设计出符合运行需求的变电站，并积极引进新技术、新设备。只有如此，才能够确保变电站在运行过程中的安全性与稳定性，进一步延长变电站的使用寿命，提高变电站的服务水平。