探究智能化变电站中电气二次设计

1、探究智能化变电站中电气二次设计（安徽华电工程咨询设计有限公司安徽合肥237300）摘要：变电站是电力系统的重要组成部分，在计算机网络技术的发展推动下, 智能变电站得到了越来越广泛的应用。智能变电站指的是，在变电站的信息收集、 传输以及处理、输出过程中，使用智能化的技术和设备，使这一流程实现智能运 行。在智能电气设计中，二次设计占有重要的位置，其关系到智能变电站的方方 面面。木文针对智能变电站中电气二次设计进行了详细的探讨。关键词：智能化；变电站；电气二次设计当前，我国的科学技术水平不断提高，智能变电站运行操作仿真技术、电子 式互感器技术和综合自动化技术都实现了突破，为我国智能变电站的设计与建设

2、 提供了必要的技术基础。与此同时，计算机高速网络开发也实现了新的突破，为 我国智能变电站建设提供了契机。对于智能化变电站来说，在其正常的运行中所涉及的二次设备主要包括在线 状态检测装置、电压无功控制装置、故障录波装置、防误闭锁装置、测量控制装 置、继电保护装置、远程传动装置以及同期操作装置。这些装置建立在对网络系 统加以运用的基础之上，使得变电站二次设备运行状态下相关的数据资源能够充 分的共享得以实现。实现智能化二次设备标准化的运行，对确保二次设备操作系 统的安全性与可靠性起到至关重要的作用。一、智能变电站概述智能变电站即采用采用智能设备实现全站信息数字化、通信平台网络化、信 息共享标准化，自

3、动完成信息的收集、传输以及处理、输出。相比于传统的变电 站，智能变电站主要有以下四个特点：拥有智能化的设备；统一的模型与通信协 议；网络化通信；自动化的运行管理。实现智能变电站的前提即为一次设备的智能化与二次设备的智能化。智能化 设备可以和其它的设备相互交换控制命令、状态，设备本身具有高性能的自我检 测能力，可以很快检测出自身的状态，然后把相关的数据信息传输给自动化处理 系统，系统接到数据信息后，经过数据处理之后，自动做出设备是否需要维修的 判断。二、智能变电站的优势分析2.1智能化变电站的内涵智能化变电站是建立在iec61850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

4、关等），以及电气二次设备分层，分为过程层、间隔 层和站控层，可实现电气设备之间信息共享、互操作的变电站。2.2智能化变电站的电气技术特点智能化变电站具备监视、控制和故障录波等功能，由功能单-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 的便件重复配置问题、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。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。智能化变电站从逻辑结构上看，是“三层两网”结构，即包

5、括站控层、间隔 层和过程层以及站控层网络、过程层网络。这种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，设备之问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、

6、传感器和执行器等智能化设备，同吋具备智能开关设备，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 电站过程层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，大大简化了接线，方便运维。2.3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：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。此外，对于智能化变电站来说，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，实现网络化，大大提高信 息交换率。在实现信息交换目的基础上

7、，猶能化变电还可面向系统提供猶能化开 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，提升了变电站运行的安全性和可靠性。三、智能变电站电气二次设计中的关键点3.1智能化变电站当中智能设备的选择要点智能化变电站电气二次设计中所涉及到的相关设备主要包括智能开关、电子 式互感器装置以及相应的二次设备这三个方面。对电气二次设备进行网络优化建 设的一个主要目的便是与整个智能化变电站的运行发展需求更好的相互适应。但 是，结合当前实际工作的经验来看，对于智能化开关和电子式互感器装置来说, 在它们的选择和设计过程当中还存在着一些相应的问题，现将值得关

8、注的问题简 要介绍如下：智能开关的选择过程当中，应该是以传统开关连接方式为基础进行智能终端 开关模式或者是选择一些相对较为理想的开关。其中，对于理想开关来说，它在 相应的实际应用过程中所表现的主要特点在于对智能控制功能以及在线监测功 能的支持。除此之外，理想的智能开关也能够为整个变电站提供相应的数字化接 口，这样来看它的智能化水平相对较高。但运维成本高，并且在可操作性方面也 存在着一些缺陷。对于传统的开关来说，它通过与智能终端进行一些连接，就可以提供相对 应的数字化接口，但是这一过程会使其在线监测的功能支持得以丢失，由此导致 它在智能化水平方面仍存有劣势。然而由于这种连接具有较高的可操作水平以

9、及 投资成本相对较低，这就使得它在现阶段的实际当中得到了较为广泛的应用。对于电子互感器而言，可以选取无源或者有源性的电子式互感器装置。其 中，有源的电子式互感器主要指的是具有相对较低功率线圈的电磁式电流互感器 装置，它能够使电源与电子电路的匹配得以实现，然后通过激光的形式，从而使 得在电源稳定性方面所存在的一些问题得以解决，为此在实际当中得到了相对比 较广泛的使用。而对于无源电子式互感器装置而言，它是在光学传感技术的基础 之上得以实现的电子互感装置，从而导致其费用相对较高，并且它的可靠性水平 也不能够得到有效的保障，为此，在现阶段的应用也相对较少。3.2智能化变电站当中通信规约的选择要点智能化

10、变电站内的网络可以分为过程层网络或者是站控层网络，对于不同的 网络要选择相对应的不同规约。其中站控层网络可以选取103规约，这规约釆 用的主要是一种较为传统的面向功能设计形式，它的缺点主要是互操作性相对较 差，主要是针对一些要求相对较低的以太网进行通信吋使用，而且它的费用相对 较低。还有一种网络规约是iec61850,它主要是变电站自动化系统基于网络通信平 台来进行面向对象的设计。在逻辑上，iec61850将变电站划分为过程层（第一层）、 间隔层（第二层）、变电站层（第三层）这三层体系架构，其相应的结构示意图 如图1所示，其中变电站层通常被称为站控层。在间隔层和站控层之间的网络通 信通常都是采

11、用抽象通信服务接口，然后映射到传输控制协议/网际协议（tcp/ip）、 制遣报文规范（mms）；在过程层和间隔层之间的网络采用的是单点向多点的一 个单向传输以太网。相比较而言，它是一个构建数字化变电站较为理想的平台， 其可实施性相对较好，但是其费用相对较高。过程层网络在进行规约的选取上， 可以考虑选取后一种，这种形式的规约主要是采用ft3格式，具有相对较好的传 输延时固定以及实施性的特点。除此之外，还有另一种规约形式iec60044-8,主要特点在于构建数字化变电 站的同时面向对象设计,但由于其传输延吋相对来说较为不固定，不可以自同步， 并且费用相对较高、可靠性相对较差，在实际工程中运用较少。

12、3.3智能化变电站对网络结构的设计要点对于智能化变电站来说，在进行网络结构设计的时候，需要对站控层、间隔 层以及过程层分别进行相应的设计，并且这些相关的网络都要采用独立的设计方 案。对于过程层的网络来说，由于它是一个智能化的变电站，就需要对其在操作 中给与重点关注。然而在现阶段当中，考虑到可靠性、合理性以及经济性，在站 控层网络设计方案的选取问题上，建议优先选用星型以太网网络。四、电气二次设计中存在问题与解决措施4.1光纤纵差保护问题光纤纵差保护属于特殊的差动保护，与普通差动保护的区别在于，光纤纵差 保护主要是将电气信号转化为数字信号，然后利用光纤提高通讯的质量，光纤纵 差保护可以利用电气量的

13、比较，对线路起到保护的作用。在传统的电气二次设计 中，多采用的是普通差动保护的形式，其主要是通过电流差比较的方式，使电缆 线形成差流冋路，差流的冋路越长，二次冋路的负载就越人，而口输入功的利用 率也会降低，为了提高电气二次设计的质量，可以采用光纤纵差保护的方式，其 受到的局限比较小，值得在电气二次设计中广泛推广。光纤差动主要是以数字信号的形式对电进行传输，其传输的信息量比较人， 受到的损耗也比较小，而且光纤纵差的中继距离比较长，其对雷电有着较强的抗 干扰性，所以受到了电力工作人员的青睐，在电网系统中应用比较广，光纤纵差 保护可以提高电力企业资源的利用率，但是其光纤通道的切换需要耗费人量时间,

14、电气二次设计需要注意的问题：光纤保护通道在应用的过程中，继电保护以及通 信设计存在着较大漏洞，设计人员一定要建立低阻抗的保护系统，电气二次设计 吋，还需要利用两套纵联保护设置独立的传送通道，为了保证传输的质量，可以 利用opgw光纤进行施工，另外，根据不同的设计要求，还可以使用不同的光 纤芯以及复用光纤，利用光纤分相电流差动进行保护。4.2继电保护继电保护是电气二次设计的重要环节，其可以分为系统继电保护与原件继电 保护两种形式。继电保护可以有效防止保护装置故障而引起的安全事故，其对系 统的稳定运行有着保障作用。在电气二次设计中，继电保护主要是将电气信号进 行及时的输出，可以使线路以及周围环境更

15、加安全。有的电气施工人员，专业性 不强，对继电保护的施工不够重视，而且操作不够规范，影响了电气元件的正常 运行，而口也使得电力系统在运行的过程中，出现了较多故障。为了促进继电保 护效用的发挥，必须优化电气二次设计，使继电保护达到以下职责。首先，继电保护要能够识别系统中的故障元件，并自动对其进行切除，还要 避免故障元件由于性能受到影响，而阻碍了其他元件效用的发挥。其次，继电保 护在检测出元件运行异常时，要发出相应的信号，提醒值班人员及时处理与调整, 还要防止保护装置运行不良，而对系统造成故障，保护装置应处于断路的状态, 而口保护装置在营运后，不能对企业保护装置造成影响，其应该处于相关独立的 状态

16、。在继电保护中，电力设备和路线必需有主保护和后备保护装置，同时还需要 增加辅助保护，其中主保护需要考虑系统稳定和设备安全，后背保护主要考虑主 保护和断路器在用于故障切除，辅助保护是补充前者的缺陷。对于线路和设备所 有可能的故障或者是异常运行的方式都设计出相应的设备进行保护装置，以此来 切除可能岀现的所有的故障和给岀异常运行的信号。4.3智能化变电站电气二次设计问题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

17、。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1能化变电站设计选择吋存在的问题包括以下二个方面：就猶能 开关来说，在选择智能开关吋，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1能控制功能两个方面。与此同时，猶能开关可为猶能 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。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。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