智能变电站电气二次设计常见问题及对策分析

王培秀

（南京南瑞继保电气有限公司）

0 引言

随着我国科技的不断进步与创新，我国电网领域的工程设计与建设越来越走向智能化。智能变电站作为智能电网中的核心组成部分，其生产安全关乎到整个电网的运行稳定性［1］。而智能变电站的电气二次设计，乃是整个智能变电站设计中十分重要的组成部分。在实际电气二次设计的环节中需要涉及大量的理论知识，仅仅只通过传统的设计理念和手段已无法满足智能变电站智能化发展的要求。然而，受到经济发展和技术经验等因素的影响，我国智能变电站的电气二次设计环节中仍存在诸多问题。因此，需要结合智能变电站的具体运行要求，切实优化变电站内部的设计方案。

与普通变电站相比，智能变电站具有明显的信息数字化特征。智能变电站是采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站［2］。

此外，智能变电站还具备有通信平台网络化的特点。通过完善的网络通讯体系，选择适合的网络拓扑结构和冗余技术，实现全站内的信息网络传输和通讯，能够增强系统的可靠性和稳定性［3］。同时，利用光缆替代传统电缆结构，减少连接线数量，能够提高系统运行的可靠性，保证数据传输的稳定和准确性。

1 智能变电站电气二次设计意义

电气二次设计是智能变电站建设过程中关键的环节，直接影响着变电站的运行效率、安全性和可靠性。电气二次设计主要针对的就是变电站建设最后的施工部分，因此在这一环节工作效率会直接影响到变电站运行质量［4］。在智能变电站的电气二次设计中，各种电力设备的布置、接线连接、通信协议的配置以及数据交换与处理等方面都扮演着至关重要的角色。随着设备的优化升级，电气二次设计也需要持续改进优化。通过计算机对施工数据进行详细分析，可以提升数据计算的精准度，确保设备始终处于安全高效运行状态。

智能变电站的电气二次设计质量直接影响变电站的运行效果。电气设备的安装和线路铺设等环节在建设智能变电站过程中是至关重要的。同时，电气设备的功能发挥效果对智能变电站的整体运行效果也起着决定性的作用。

2 智能变电站电气二次设计常见问题

智能变电站的电气二次设计在整个设计过程中扮演着重要的角色，因此设计人员需要特别关注该环节。然而，目前的二次设计仍存在一些问题，如果不对这些问题进行分析和解决，智能变电站的设计工作将无法顺利进行。

2.1 通信协议选择的不足

在过去的智能变电站中，电气二次设计涉及到通信协议和通信架构这两种不同的概念。该协议采用传统的设计形式。但通信协议存在一些不足之处，特别是在系统运行时，其缺点更加明显。尽管103通信协议适用于成本较低的变电站系统，但其完善性有待提高。此外，还有其他选择，如IEC61850协议，其在实现方面具有明显的优势，但想要实施该协议则需投入大量的人力资源。其次，进程层网络协议更加适合于第二层网络协议，因为后者采用的FT3帧格式，具有许多优点，如易于实现且具有固定的传输时延。此外，IEC60044-8是另一种通信协议形式，它着重于对象的设计，使智能变电站更加完善。然而，这种协议的缺点包括无法固定的传输时延、不够稳定以及高成本等问题，从而在实际应用中受到一定限制。

2.2 变电站传感器容易损坏

在智能变电站的电气二次设计中，传感器的损坏是一个常见的问题。传感器在变电站中起着监测和测量电力系统参数的重要作用，但容易受到损坏的影响。

首先，环境因素是一个重要因素。变电站通常处于恶劣的环境条件下，如高温、潮湿、尘埃等。这些环境因素会对传感器的正常运行造成不利影响。为了应对这个问题，可以选择符合环境要求的高质量传感器，并采取适当的防护措施，如密封、防尘罩等。

其次，过电压和过电流也可能导致传感器损坏。在变电站中，突发的过电压和过电流可能对传感器造成不可逆的损坏。为了解决这个问题，可以采取过电压保护装置和过电流保护装置等措施，以保护传感器免受过载和电压冲击。

最后，设备老化也是一个问题。随着时间的推移，传感器可能会因为老化而失去性能。定期的设备检查和维护可以及时发现老化问题，并及时更换传感器，以确保系统的可靠性。

2.3 二次系统模型的运行维修问题

智能变电站的电气二次系统在建模阶段和模型运行后期都具有复杂的内部结构。在没有制定可行的设计方案的情况下，可能导致模型的准确性受到影响，从而使维修工作难以顺利进行。

在智能变电站电气二次系统建模时期，需要充分考虑系统的复杂性和实际运行需求，确保模型的准确性和可操作性。此外，建模过程中需要与各个供应商和设备制造商密切合作，以确保设备的参数和接口规范的一致性，从而避免后续运行和维修中出现不匹配的问题。

在模型运行后期，由于智能变电站的二次系统模型的复杂性，需要制定可行的设计方案和运行维修流程，以应对可能出现的故障和问题。这包括建立完善的运行维修流程、提供专业培训和支持、定期检查和维护模型等措施。同时，加强数据管理和维护工作，确保模型中的数据准确更新，为运行维修工作提供可靠的数据支持。

2.4 电气二次设计管控力度不足

电气二次设计管控力度不足是智能变电站电气二次设计中常见的问题之一。这意味着在设计过程中，对电气二次系统的管控和监督不够严格，导致设计方案的质量和可靠性受到影响。

其中的主要原因可能是对电气二次设计的重要性认识不足或对相关规范和标准的理解不深。这导致在设计过程中没有充分考虑电气二次系统的安全性、可靠性和可操作性方面的要求，缺乏详细的设计方案和控制措施。

3 智能变电站电气二次设计解决对策

3.1 通信协议选择的不足解决对策

首先，评估变电站的需求和特点，确保所选通信协议能够满足系统的功能要求和性能指标。其次，进行详细的技术比较和评估，综合考虑协议的特点、实施难度、成本和性能等方面的因素，选择最适合的通信协议。此外，定制化和优化通信协议也是一种可行的方式，根据变电站的具体需求，对通信协议进行定制和改进，提高其稳定性、可靠性。另外，加强人员培训和技术支持，提高工作人员对通信协议的理解和操作能力，确保协议的正确配置和维护。最后，密切关注通信协议的发展趋势和技术创新，及时更新和升级协议，以适应变电站的发展和需求。

通过采取这些对策，可以有效解决智能变电站电气二次设计中通信协议选择的问题，提升系统的稳定性、可靠性和性能，确保变电站的正常运行和数据传输的顺畅进行。

3.2 虚回路和虚端子的运用

在智能变电站的电气二次设计中，采用虚端子（Floating Terminal）可以减少变电站传感器易损坏的问题，通过对智能变电站电气设备的及时监测，利用二次设备的优化可以节省相应的人工成本［5］。通过对智能变电站电气系统的准确监测，可以保证智能变电站的运营安全性。因此，在对智能变电站电气系统进行创新设计时，需要利用虚回路和虚端子对相关设备进行控制和监测，保证智能变电站电气设备的使用寿命能够得到有效的测量，避免智能变电站电气数据丢失的现象。

常规变电站与智能变电站电气二次回路关于虚端子的比较见下表：

表 常规变电站与智能变电站电气二次回路比较

以下是确保虚端子的正确接线以及有效抑制地电流的干扰地方法：

在接线时，将虚端子与传感器的测量端口或信号输入端连接，这可以通过正确选择接线点和连接方式来实现。确保连接牢固、稳定，并遵循相关的接线标准和规范。将虚端子连接到变电站系统中不产生地电流的位置，例如隔离变压器的中性点或其他地电流环路较弱的位置。通过连接到这些地电流较小的位置，可以降低地电流对传感器的干扰。

确保虚端子线路具有良好的绝缘性能，以防止虚端子线路与其他线路或地电流环路之间的电流互联。使用高质量的绝缘电缆和绝缘接头，并进行正确的安装和绝缘测试，以确保虚端子线路与其他电路之间的电气隔离。

有效地抑制地电流是降低传感器损坏风险的重要措施。采取有效的措施来抑制变电站系统中的地电流，例如使用补偿电流传感器来衡量地电流的大小，安装地电流抑制装置，或者调整接地系统的设计和布置等。这些措施可以帮助降低地电流对传感器的干扰，并减少损坏风险。

需要注意的是，虚端子技术可以降低传感器损坏的风险，但并不能完全消除问题。因此，综合考虑其他保护措施和工程设计方案是至关重要的，以确保变电站系统的可靠性和安全性。根据具体的变电站要求和情况，与专业人员进行详细讨论和评估，以制定适合的虚端子应用策略。

3.3 建立健全设计管控机制

为提高智能变电站电气二次设计的管控力度，应确保设计方案的有效性，并建立严格的设计审查流程。通过多层次的设计评审和验证，可以及早发现潜在问题并进行及时修正，确保设计方案符合要求，并能够达到智能变电站的运行目标。

现代化的设计工具和技术的应用可以极大地提升电气二次设计的效率和准确性。利用计算机辅助设计软件、仿真工具和数据分析技术，可以对设计方案进行模拟和优化，识别潜在问题并提供更准确、可靠的设计方案。

最后，建立有效的监督和质量管理机制是确保电气二次设计可靠性的关键。通过现场巡检、质量把关和验收程序等措施，可以对设计过程进行有效监控和管理，及时发现和解决问题，确保电气二次设计的质量得到有效控制和管理。

3.4 加强人员的培养与制定计划

智能变电站的二次设计在运行后期可能面临各种问题和故障。这些问题可能源自于设计阶段的不完善、设备老化、操作误操作或其他因素，这些问题和故障对于工作人员来说是一个巨大的挑战。

所以首先，应该重点加强人员培训并提供技术支持，确保维修人员熟练掌握操作和维修二次系统模型的技能。此外，建立有效的知识管理和经验分享机制，促进团队之间的合作和交流，共同解决运行维修问题。通过不断提升维修人员的专业水平和技术能力，能够更加高效地处理模型故障和维护工作。

其次，建立完善的模型维护计划。制定详细的维护计划，包括定期检查、校准和更新二次系统模型。通过定期的维护工作，确保模型始终保持准确性和可靠性。同时，引入模型监测和故障诊断系统，实时监测模型运行数据，及时发现异常情况并采取相应的维修措施，以减少模型故障对智能变电站运行的影响。

最后，持续改进和优化模型设计。密切关注模型运行过程中出现的问题，并根据实际运行经验进行相应的调整和改进，以提高模型的稳定性和可维护性。同时，借助现代化的设计工具和技术，进行模拟和优化，识别潜在问题，并提供更准确、可靠的设计方案。

通过增强人员培训和技术支持、建立完善的模型维护计划，以及持续改进和优化模型设计，可以有效解决智能变电站二次系统模型后期的运行维修问题。这些措施将有助于确保模型的稳定运行和可靠性维护，从而保障智能变电站的正常运行。

4 结束语

在当前科技快速发展的背景下，智能变电站工程建设变得至关重要。为了确保工程的整体运行效率，在设计过程中需要重视电气二次设计问题。同时，建设单位应该高度重视电气二次设计，并加强对工作人员的专业能力培养。这样可以确保工作人员能够运用专业的工程理念进行电气二次设计，并在工作中解决潜在问题，进一步推动智能变电站的现代化发展。只有这样，智能变电站才能为我国社会和经济发展奠定坚实的基础。通过加强专业培训、优化设计结构、选择适宜的通信协议以及加强设计审查流程等措施，我们可以有效应对智能变电站电气二次设计中的常见问题，并推动其朝着科学、智能、绿色和节能的方向发展。