智能變電站二次系統(tǒng)設計及工程應用

摘要：設計智能變電站二次系統(tǒng)，并加強系統(tǒng)的工程應用，能夠使變電站系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性得到提高，進而促進我國經濟的健康發(fā)展?；谶@種認識，先對智能變電站二次系統(tǒng)的結構及特點展開了分析，然后對系統(tǒng)的設計及其工程應用問題展開了研究。

關鍵詞：智能變電站；二次系統(tǒng)；設計

1、智能變電站二次系統(tǒng)結構及特點

從系統(tǒng)結構上來看，智能變電站二次系統(tǒng)由檢測與監(jiān)控設備、數據運行計算設備、電流電壓波動數據錄波設備、自動化智能運行設備、智能化管理與終端調試設備等部分構成。其中任何一個設備出現問題，將導致系統(tǒng)正常運行受到影響，繼而導致智能變電站系統(tǒng)可靠性降低。目前，使用光電互感器進行二次系統(tǒng)設計，可實現電力信息共享，并使二次系統(tǒng)得到有效補充。因此，現階段變電站二次系統(tǒng)設計都以智能化為核心，從而使系統(tǒng)產生了一些固有特點。

首先，二次系統(tǒng)設備均利用數字化采集和整理完成數據分析，可通過動態(tài)管理實現所有高進度和高密度信息的管理。其次，智能變電站二次系統(tǒng)設備將在網絡控制下運行，以至于一次系統(tǒng)調節(jié)控制模式被數字化系統(tǒng)所取代。實施網絡管理模式，則使變電站整體效益得到提高，并使變電站建設在安全系數和成本投入方面得到改善。很后，智能變電站二次系統(tǒng)具有信息共享優(yōu)勢，能夠實現對所有信息的互換操作，并可實現系統(tǒng)操作難度的有效控制，因此能使變電站系統(tǒng)運行更加規(guī)范和標準，從而為其帶來更多的經濟效益。

2、智能變電站二次系統(tǒng)的設計

2.1 互感器工程設計

在變電站智能化運行過程中，互感器是實現實時信息處理的重要設備，可使電力系統(tǒng)運行控制的整體水平得到提升。而電子互感器擁有簡單的絕緣結構，可較好抵抗電磁干擾性，并具有較大動態(tài)范圍和頻率響應范圍，制作成本較低。應用該類互感器實現互感器工程設計，可獲得較好數據測量精度，并無鐵磁諧振問題和開路、短路危險，可確保低壓側線路安全。

在實際進行互感器設計配置時，可利用其雙端口優(yōu)勢利用光纖完成采集數據的傳輸，能將數據直接傳至網絡數據交換平臺。通過該平臺，智能設備單元可完成采樣值數據獲取，從而實現功能一體化，并確保智能電源保持可靠運行。

通過分析可以發(fā)現，設計互感器工程可使互感器二次采樣電纜傳輸距離長的問題得到解決，并能適應各種環(huán)境，同時準確測量非周期分量和高頻分量，能實現對環(huán)境、溫度和自我運行情況的檢測，因此能夠滿足智能單元的功能一體化設計需求。

其次，設計互感器工程可實現合并單元設計，根據IEC 61850 標準完成互感器選擇，將使用統(tǒng)一數據結構，并利用信息網絡平臺使所有互感器實現同步數據采集。在此基礎上，變電站運行將完成信息采集監(jiān)測信息的協(xié)同作業(yè)，繼而實現各模塊信息共享。

此外，設計互感器工程，能利用雙重化網絡交換平臺完成互感器雙保險優(yōu)化配置，可確保智能單元可靠運行，并滿足冗余度要求。因此，實現互感器工程設計，能通過減少互感器數量降低系統(tǒng)投資成本，從而為電力企業(yè)帶來更多的經濟效益。

2.2 網絡架構設計

傳統(tǒng)變電站之所以工作效率不高，與其網絡技術的應用有著直接的聯系。隨著網絡技術的發(fā)展，智能電網已經得到建立，因此能夠使智能變電站的運行效率得到有效提高。在設計智能變電站二次系統(tǒng)時，按照協(xié)議模型完成網絡架構的標準化設計，以實現站內數據共享、工程實施簡化、智能單元互操作和系統(tǒng)配置。從網絡架構功能邏輯上來看，使用雙重化星型以太網絡進行網絡結構設計，網絡架構具體由站控層、間隔層和過程層構成。

首先，在站控層及間隔層設計上，要利用前者完成MMS 報文和GOOSE 報文傳輸，并利用后者實現相鄰間隔、間隔層設備之間和各層別之間通信，以確保報文數據能夠在站控層可與間隔層間得到傳輸。為達成這一目標，為站控層配備4 臺交換機，并完成A 網和B 網的設置。在交換機布置上，安全Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)分別放置2 臺交換機，并利用防火墻進行各區(qū)連接。使用100 Mbit/s 電口通信實現站控層和間隔層間設備通信，并使用100 Mbit/s 光口實現交換機間通信。

其次，在過程層設計上，考慮到利用過程層網絡實現一次設備和間隔層二次設備連接的問題，還要確保其設計能夠實現GOOSE 報文和采樣值報文SV 的實時傳輸、共享，以確保保護、狀態(tài)檢視和測控等二次設備能得到可靠連接。在采樣數據信息傳輸上，使用點對點網絡。在開關量數據傳輸上，利用GOOSE 網絡傳輸。利用這2 種網絡，可實現采樣數據獨立傳輸，并接受間隔層設備跳合閘等控制命令。此外，在間隔層二次設備和互感器連接上，使用光纖以太網，并滿足IEC 61850 協(xié)議要求。在不同層間隔設備連接上，滿足FT3 協(xié)議標準，使用光纖串口行口連接。

很后，在交換機配置上，按照間隔完成220 kV 過程層的交換機配置，為每個間隔配置4 臺中心交換機和2 臺交換機。針對220 kV 過程層，按照線路或母線間隔完成交換機配置，即為每個間隔配備2 臺交換機，并為每個主變間隔配備4 臺中心交換機和2 臺交換機。在過程層網絡交換機和智能設備連接上，使用100 Mbit/s 光口光纖連接。

2.3 系統(tǒng)保護設計

在智能變電站二次系統(tǒng)運行的過程中，利用繼電保護裝置為系統(tǒng)運行提供安全保障。在科學技術得到快速發(fā)展的同時，合理進行繼電保護裝置選擇，則能夠為二次系統(tǒng)智能化設計提供更多的安全保障。在電力元件或系統(tǒng)本身發(fā)生故障時，繼電保護裝置則能發(fā)出警告信號，值班人員則可以根據信號及時進行系統(tǒng)故障排除，因此能為系統(tǒng)供電的可持續(xù)性提供保障。

除了實現繼電保護設計，還要通過線路保護設計為系統(tǒng)線路的安全運行提供保障。針對220 kV 線路，則要完成2 套線路保護裝置的配置。這2 套裝置分別為電流差動保護和縱聯就努力保護，能發(fā)揮完整的主、后備保護功能，并能采取點對點直接跳閘方式和保護直接采樣方式實現智能終端采樣和控制。

3、智能變電站二次系統(tǒng)的工程應用

3.1 在故障檢測上的應用

在智能變電站運行的過程中，可應用二次系統(tǒng)完成變電站運行的全局監(jiān)測，從而為變電站內設備的安全、穩(wěn)定運行提供保障。應用該系統(tǒng)工程，可完成電網運行狀態(tài)數據、信號回路狀態(tài)、智能裝置動作信息、智能裝置IED 故障信息的有效獲取，并能實現所有設備的自動監(jiān)控，不存在設備狀態(tài)信息采集漏點。

此外，應用二次系統(tǒng)，可以將設備檢修策略從常規(guī)的“定期檢修”變?yōu)椤盃顟B(tài)檢修”，所以能夠使系統(tǒng)可用性得到較大程度的提高。在系統(tǒng)設備發(fā)生故障時，利用計算機技術，二次系統(tǒng)可以完成故障發(fā)生的有關信息的詳細記錄，可使技術人員用于檢查故障的時間得到節(jié)省，并能為技術人員實現故障科學診斷提供可靠數據，繼而有利于實現故障盡快排除。

3.2 在繼電保護上的應用

在電力系統(tǒng)運行的過程中，繼電保護裝置將起到至關重要的作用。而想要確保裝置的功能可以正常發(fā)揮，還要確保繼電保護系統(tǒng)的安全運行。應用二次系統(tǒng)，可以利用先進科學技術完成繼電保護系統(tǒng)模型模擬，從而實現對繼電保護系統(tǒng)功能故障的逐一排查。利用計算機，則能夠將排查得到的故障數據顯示出來，進而為檢修人員實現系統(tǒng)高效檢修提供數據依據。

在實際應用繼電保護系統(tǒng)的過程中，故障信息管理系統(tǒng)將和廣域向量測量系統(tǒng)完成實時數據和非實時數據的縱向傳輸，控制區(qū)的業(yè)務系統(tǒng)則能利用實時VPN 和非實時VPN 實現各種數據的傳輸，因此能夠避免出現數據傳輸的縱向交叉連接。在進行系統(tǒng)通信外網口IP 地址傳輸的非實時數據的接收時，則可利用橫向互聯防火墻將實時VPN 業(yè)務段地址轉換為非實時段地址，然后利用防火墻對轉換得到的地址實現訪問控制。

例如220 kV 火龍崗變電站，采用GIS 設備為500 kV和220 kV 配電裝置，全站采用非智能化斷路器設備和傳統(tǒng)互感器設備，并完成了合并單元和智能終端這2 種二次設備配置。為確保系統(tǒng)安全運行，就地完成了若干個二次設備小間放置相應屏柜的設置，并將保護、測控、智能終端等裝置放在戶外柜中為35 kV 配電裝置提供保護，同時使用LCP 柜放置智能終端和合并單元為220 kV 配電裝置提供保護。

此外，系統(tǒng)實現母線、線路、變壓器和開關的雙重化配置，并使用測保一體裝置和故障錄波分析系統(tǒng)。而系統(tǒng)投入運行1 年后，并未發(fā)生重大故障，因此采取該種二次安全防護方案能夠為系統(tǒng)安全運行提供了保障。與采取常規(guī)建設模式的500 kV 變電站工程相比較，采取二次安全防護方案的工程更具有經濟性，初步估計能夠節(jié)省600萬元設備費，而節(jié)約的綜合造價費用可達1000 萬元。

4、結束語

在經濟發(fā)展的過程中，供電系統(tǒng)發(fā)揮了至關重要的作用。而在供電系統(tǒng)中，變電站的作用較為突出。目前，傳統(tǒng)變電站系統(tǒng)設計已難滿足社會發(fā)展需求，所以以智能化為核心的變電站二次系統(tǒng)得到了設計和應用。從本文的研究來看，想要加強智能變電站二次系統(tǒng)設計，還要加強互感器工程、網絡架構和線路保護3 方面設計。在實際的工程應用中，可以將系統(tǒng)用于系統(tǒng)故障檢測和繼電保護，從而為變電站系統(tǒng)的安全運行提供保障。