變電站電氣二次設(shè)備自動化設(shè)計(jì)分析

楊 濤

（寧夏送變電工程有限公司，銀川 750001）

目前，隨著我國經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步高速增長，我國的科學(xué)技術(shù)水平也得到了很大提高，而電氣二次設(shè)備自動化設(shè)計(jì)水平也隨之獲得了提高。變電站的自動化能夠通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提高自身的技術(shù)水平，不僅能夠?qū)﹄娋W(wǎng)信息進(jìn)行共享，還可以實(shí)時(shí)監(jiān)控變電站的日常運(yùn)行情況。另外，還實(shí)現(xiàn)了其控制系統(tǒng)和通信技術(shù)的結(jié)合，極大地方便了工作人員的操作。除此之外，變電站的自動化，還可以實(shí)時(shí)記錄變電站的數(shù)據(jù)，提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率。

1 電氣二次設(shè)備自動化和變電站自動化的相同點(diǎn)和區(qū)別

變電站自動化系統(tǒng)信息化水平較高，而且系統(tǒng)性較強(qiáng)，通過通信手段和信息技術(shù)的結(jié)合，可以對變電站進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，并進(jìn)行管理，可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。變電站自動化系統(tǒng)信息的交流和共享及時(shí)有效，因此，系統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)測比較完整。而電氣二次設(shè)備的設(shè)計(jì)是基于一次設(shè)計(jì)，能對一次設(shè)備進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)測，有序變換電壓的等級，也是運(yùn)輸和分配電能的途徑。電氣二次設(shè)備的自動化設(shè)計(jì)包括變電站自動化系統(tǒng)，能夠鞏固和加強(qiáng)電氣一次設(shè)計(jì)。變電站自動化系統(tǒng)為了保證其功能完整，需要使用計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)等。電氣二次設(shè)備的設(shè)計(jì)和變電站自動化系統(tǒng)都具有繼電保護(hù)、防誤閉鎖和后臺監(jiān)控的功能，這些功能是這2 者的共同點(diǎn)[1]。

2 電氣二次設(shè)備自動化設(shè)計(jì)

變電站的電氣二次設(shè)備主要監(jiān)測和控制一次設(shè)備的工作，以及進(jìn)行調(diào)節(jié)和保護(hù)，另外，設(shè)備維護(hù)人員需要的生產(chǎn)指揮信號也是由電氣二次設(shè)備提供。二次設(shè)備可以為一次設(shè)備的正常運(yùn)行提供技術(shù)支持。電氣二次設(shè)備通過對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行后臺監(jiān)控，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中的故障，并做好預(yù)防和處理措施，從而提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的效率，保障系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。變電站的電氣二次設(shè)備自動化設(shè)計(jì)需要保證電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全，而且設(shè)計(jì)方案具有可行性。

變電站的二次設(shè)計(jì)和一次設(shè)計(jì)相比，優(yōu)勢明顯，不僅能夠保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全和穩(wěn)定，還能保證其電力生產(chǎn)的連續(xù)性，電力供應(yīng)穩(wěn)定，方便電能的類型轉(zhuǎn)換，電力的分配和輸送過程也變得順暢，而且可操作性強(qiáng)，比較靈活。變電站電氣二次設(shè)備自動化設(shè)計(jì)有較強(qiáng)的綜合性，通過其應(yīng)用，不僅能夠保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全，還可以提高變電站的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)，可降低電力設(shè)備的故障率，因此，維護(hù)設(shè)備的費(fèi)用也大大降低[2]。所以，電氣二次設(shè)備的自動化設(shè)計(jì)具有重大的應(yīng)用意義和良好的應(yīng)用效果，但是在設(shè)計(jì)過程中，也存在一些不足，需要進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，解決這些問題，提高其設(shè)計(jì)的水平和質(zhì)量。

3 電氣二次設(shè)備自動化設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 繼電保護(hù)設(shè)計(jì)

繼電保護(hù)系統(tǒng)能夠保證變電站的運(yùn)行安全。一旦繼電保護(hù)功能出現(xiàn)問題，就會對變電站的穩(wěn)定運(yùn)行造成影響。繼電保護(hù)系統(tǒng)有多個(gè)保護(hù)單元，各保護(hù)單元都可以發(fā)揮保護(hù)系統(tǒng)的作用。所以，變電站系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，通過繼電保護(hù)系統(tǒng)還能夠正常運(yùn)行。例如，某省的變電站，自動化系統(tǒng)先進(jìn)，通過監(jiān)控保護(hù)設(shè)置，可以動態(tài)監(jiān)測間隔層的電流，采集相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，然后通過繼電保護(hù)系統(tǒng)，可以對間隔層的電氣二次設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。因此，對電氣二次設(shè)備進(jìn)行自動化設(shè)計(jì)時(shí)，需要做好繼電保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，完善其功能，以此達(dá)到對變電站系統(tǒng)的維護(hù)。

3.2 跳合閘設(shè)計(jì)

通過自動化的變電站系統(tǒng)，利用隔離開關(guān)、斷路器等，可以完成對故障線路的隔離工作。關(guān)鍵是，隔離工作的開展需要通過遠(yuǎn)程控制和二次回路，所以，跳合閘的設(shè)計(jì)，需要考慮如何在變電站自動化系統(tǒng)下，使用何種方法來轉(zhuǎn)換線圈中強(qiáng)電和弱電信號的電平。進(jìn)行跳合閘設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮到變電站的四通功能，并分析其設(shè)計(jì)要點(diǎn)。例如，某變電站，設(shè)計(jì)自動化的跳合閘時(shí)，對選線功能和接地方式進(jìn)行了考慮，使用了獨(dú)立于通信功能的選線，接線方式使用了3IO 技術(shù)。因此，電氣二次設(shè)備的設(shè)計(jì)，對變電站的接地方式要進(jìn)行充分的考慮。

3.3 備自投設(shè)計(jì)

我國變電站備自投方式主要有2 種，一種是母聯(lián)分段供電，另一種是通過雙進(jìn)線向單項(xiàng)母線供電。第一種備自投方式，是斷開分段開關(guān)時(shí)，對正在作業(yè)的設(shè)備進(jìn)行供電，供電依靠工作電源，在這一過程中，有2 個(gè)電源都保持在備用狀態(tài)。這種備自投方式也叫暗備用；第二種備自投方式有2 條備用線路，分別是1#和2#，這種備自投方式也叫明備用。在某變電站中，電氣二次設(shè)備的自動化設(shè)計(jì)對變電站自動化系統(tǒng)具體情況進(jìn)行了考慮，也考慮到了各項(xiàng)因素，比如，電壓、電流等，從而使用了最佳的備自投方式，達(dá)到了變電站穩(wěn)定運(yùn)行的要求[3]。

3.4 防誤閉鎖設(shè)計(jì)

防誤閉鎖有2 種類型，一種是微機(jī)防誤閉鎖，一種是電氣防誤閉鎖。對于防誤閉鎖的設(shè)計(jì)，需要注意的是，為了防止出現(xiàn)高壓設(shè)備的錯誤操作，需要積極地使用防誤閉鎖措施。電氣防誤閉鎖實(shí)質(zhì)是通過電氣的聯(lián)動效應(yīng)，通過相關(guān)的設(shè)備進(jìn)行輔助，進(jìn)行閉鎖，該方法需要的電纜數(shù)量較多，而且連接線路的過程復(fù)雜，不利于運(yùn)行的管理。另外，輔助接點(diǎn)常常會發(fā)生不穩(wěn)定的問題。二次接線和防誤功能關(guān)系密切，因此嚴(yán)禁對其隨意進(jìn)行變動。微機(jī)防誤閉鎖對斷路器、隔離開關(guān)等的控制是通過程序來進(jìn)行的，管控實(shí)現(xiàn)可數(shù)字化，對于電氣防誤閉鎖的缺陷進(jìn)行了彌補(bǔ)，比如電氣防誤閉鎖不能獨(dú)立完成防誤閉鎖，而該技術(shù)比較智能，功能齊全，具有較強(qiáng)的可操作性，為相關(guān)信息的補(bǔ)充和增加提供了有利條件。微機(jī)防誤閉鎖方式工作原理如圖1 所示。變電站自動化技術(shù)日趨成熟，一些生產(chǎn)廠家將防誤閉鎖功能設(shè)計(jì)到了相應(yīng)的變電站系統(tǒng)中，通過變電站對該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，取得了良好的應(yīng)用效果，具有科學(xué)性和實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值[4]。

圖1 微機(jī)防誤閉鎖方式工作原理

3.5 后臺監(jiān)控自動化設(shè)計(jì)

電氣二次設(shè)備的自動化設(shè)計(jì)，需要站在后臺監(jiān)控的角度，對變電站的監(jiān)控和中央控制進(jìn)行充分的考慮。后臺監(jiān)控主要是通過計(jì)算機(jī)設(shè)備，然后在計(jì)算機(jī)中安裝監(jiān)控軟件，來實(shí)現(xiàn)集成管理。后臺監(jiān)控，即便是無人值守，也可以正常工作，完成監(jiān)控工作。所以，進(jìn)行電氣二次設(shè)備的自動化設(shè)計(jì)時(shí)可以不對后臺監(jiān)控的模式進(jìn)行考慮，但是需要對計(jì)算機(jī)中交流電的模式進(jìn)行考慮，設(shè)計(jì)過程中，需要保證計(jì)算機(jī)所使用交流電的穩(wěn)定性。在某變電站的實(shí)例中，通過穩(wěn)定專屬交直流電的配備，保證了后臺監(jiān)控工作的正常進(jìn)度，也提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如圖2 所示。

圖2 穩(wěn)定專屬交直流電的配備

3.6 遠(yuǎn)程通信設(shè)計(jì)

一般情況下，變電站的信息傳輸主要是通過遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)。實(shí)際的應(yīng)用過程中，變電站的日常運(yùn)行信息，以及故障信息是通過遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)進(jìn)行傳遞的，具體過程是：由計(jì)算機(jī)完成信息的傳遞，主要是傳遞到調(diào)度中心，幫助調(diào)度中心對變電站的實(shí)際運(yùn)行進(jìn)行了解，然后對于故障問題及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)解決。對電氣二次設(shè)備進(jìn)行自動化設(shè)計(jì)，可以遠(yuǎn)程傳播四通，還可以實(shí)現(xiàn)保護(hù)值的遠(yuǎn)方修改，另外，調(diào)度中心的對時(shí)可以通過全球定位系統(tǒng)（GPS）實(shí)現(xiàn)。某變電站的實(shí)際工作過程中，系統(tǒng)的時(shí)間同步是通過衛(wèi)星時(shí)鐘GPS 來實(shí)現(xiàn)的，系統(tǒng)內(nèi)的保護(hù)和監(jiān)控設(shè)備的對時(shí)也是通過此項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。所以，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員需要在設(shè)計(jì)電氣二次設(shè)備自動化時(shí)，對電氣二次回路中的對時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行考慮，通常情況下，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的對時(shí)不夠準(zhǔn)確，所以，需要以變電站的實(shí)際情況為依據(jù)，進(jìn)行對時(shí)方式的選擇。

3.7 四遙系統(tǒng)設(shè)計(jì)

雖然變電站自動化系統(tǒng)功能眾多，但是最基本的功能還是其四遙系統(tǒng)，其是其他眾多功能的基礎(chǔ)，并且基于此系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)展，同時(shí)該系統(tǒng)能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行共享。變電站系統(tǒng)采集信息、分類和傳輸都是通過四遙系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，方便各單元對信息進(jìn)行及時(shí)的接收，使變電站能夠穩(wěn)定正常的運(yùn)行。因此，在電氣二次設(shè)備的自動化設(shè)計(jì)中，需要對四遙系統(tǒng)的各項(xiàng)功能進(jìn)行考慮，例如，實(shí)例中的變電站，收集信息并進(jìn)行分類，是通過四遙系統(tǒng)中的功能來實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)，在檢修過程中為變電站提供了數(shù)據(jù)支持，保證了變電站系統(tǒng)內(nèi)有效的信息傳遞。

3.8 小電流接地選線設(shè)計(jì)

目前，全世界范圍內(nèi)的大部分生產(chǎn)廠家都不能生產(chǎn)獨(dú)立的小電流接地選線設(shè)備，一般情況下，是通過其他設(shè)備進(jìn)行代替。比如，通過后臺監(jiān)測系統(tǒng)來代替。對于接地故障一般是通過零序電壓來進(jìn)行判斷，或者通過5 次諧波方式。其中，10 kV 的保護(hù)測控設(shè)備負(fù)責(zé)為零序電壓提供數(shù)據(jù)信息，利用網(wǎng)絡(luò)信息完成信息數(shù)據(jù)的傳送后，到達(dá)處理區(qū)。10 kV 的出線在大型變電站中屬于電纜，有優(yōu)越的對地電容功能，可以通過小電流接地線設(shè)備對其進(jìn)行保護(hù)，減少雷擊的風(fēng)險(xiǎn)，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.9 低周減載設(shè)計(jì)

在變電站的電氣二次設(shè)備自動化設(shè)計(jì)過程中，通過低周減載能夠降低其設(shè)計(jì)的難度。因?yàn)樽冸娬咀詣踊到y(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)10 kV 和110 kV 這2 種線路的低周減載功能，無須建立專屬的系統(tǒng)模塊。另外，布置線路也比較簡單，同時(shí)，也會減少工作人員的工作量和難度。

3.10 直流供電設(shè)計(jì)

變電站能源和動力的提供來自直流供電系統(tǒng)，直流供電系統(tǒng)能夠?yàn)樽冸娬据斔头€(wěn)定而且持續(xù)的能源，能夠?qū)ψ冸娬镜木C合性能進(jìn)行提升。通過直流供電系統(tǒng)的使用，能夠突破斷電的限制，再加上供電電池的合理設(shè)計(jì)，能夠提供無障礙供電，實(shí)現(xiàn)良好的變電站運(yùn)行狀態(tài)，提高處理電力的水平。對直流供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，一般需要通過計(jì)算機(jī)技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)能夠保障電力輸送的正常轉(zhuǎn)化。

3.11 收集故障信息

對于變電站故障問題的處理，傳統(tǒng)的處理方式效率低，如果出現(xiàn)故障，故障的修復(fù)所需人力物力較大，維修成本也很高。而自動化的變電站系統(tǒng)，可以記錄相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，一旦發(fā)生故障，工作人員就會收到反饋信息，有利于及時(shí)排除故障，并提出解決辦法，減少事故的發(fā)生，減輕工作人員的壓力和工作量，從而提高變電站電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，提高電力系統(tǒng)的建設(shè)水平。

4 電氣二次設(shè)備自動化設(shè)計(jì)的發(fā)展

首先，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，變電站的電氣二次設(shè)備自動化設(shè)計(jì)會實(shí)現(xiàn)智能化，也是其未來的發(fā)展方向。這對于維護(hù)變電站的穩(wěn)定安全運(yùn)行具有重要的意義，尤其是對系統(tǒng)故障的智能化處理，能發(fā)揮重要的作用。其次，變電站電氣二次設(shè)備中的回路問題需要引起相關(guān)部門的重視，所以，需要使用合適的自動化技術(shù)對這一問題進(jìn)行解決，這也是未來電氣二次設(shè)備自動化設(shè)計(jì)的一個(gè)方向。最后，電氣二次設(shè)備的自動化設(shè)計(jì)，過去是以功能設(shè)計(jì)為主，現(xiàn)在則是以對象為主，其設(shè)計(jì)模式發(fā)生了改變，這也是未來變電站電氣二次設(shè)備自動化設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。

5 結(jié)束語

隨著人們對電力需求的增加，以及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，做好變電站中電氣二次設(shè)備的自動化設(shè)計(jì)已經(jīng)成為需要重點(diǎn)進(jìn)行關(guān)注的問題。通過使用計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)及其他先進(jìn)的信息技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)電氣二次設(shè)備的自動化，提高變電站電力輸送的能力，穩(wěn)定其正常運(yùn)行。但是，變電站的自動化系統(tǒng)中，仍然存在一些問題，因此就需要進(jìn)行電氣二次設(shè)備的自動化設(shè)計(jì)，完善變電站自動化系統(tǒng)，同時(shí)要重視設(shè)計(jì)過程中的技術(shù)問題，通過科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，提高變電站的運(yùn)行質(zhì)量和水平。